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变频器种类详解

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：变频器种类很多，其分类方式也是多种多样，可根据需求，按其用途、变换方式、电源性质、变频控制等多种方式进行分类。图11-2所示为几种常见专用变频器的实物外形。表11-1 电压型变频器与电流型变频器的对比图11-6 电流型变频器结构相关资料电压型变频器与电流型变频器不仅在电路结构上有所不同，其性能及使用范围也有所差别，表11-1所列为两种类型变频器的比较。

变频器种类很多，其分类方式也是多种多样，可根据需求，按其用途、变换方式、电源性质、变频控制等多种方式进行分类。

1.按用途分类

变频器按用途可分为通用变频器和专用变频器两大类。

（1）通用变频器

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通用变频器是指在很多方面具有很强通用性的变频器，该类变频器简化了一些系统功能，并主要以节能为主要目的，多为中小容量变频器，一般应用于水泵、风扇、鼓风机等对于系统调速性能要求不高的场合，图11-1所示为几种常见通用变频器的实物外形。

图11-1 几种常见通用变频器的实物外形

（2）专用变频器

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专用变频器是指专门针对某一方面或某一领域而设计研发的变频器，该类变频器针对性较强，具有适用于其所针对领域独有的功能和优势，从而能够更好地发挥变频调速的作用。图11-2所示为几种常见专用变频器的实物外形。

图11-2 几种常见专用变频器的实物外形

2.按照变换方式分类

变频器按照其工作时，频率变换的方式主要分为两类：交—直—交变频器和交—交变频器。

（1）交—直—交变频器

交—直—交变频器又称间接式变频器，是指变频器工作时，首先将工频交流电通过整流单元转换成脉动的直流电，再经过中间电路中的电容平滑滤波，为逆变电路供电；在控制系统的控制下，逆变电路再将直流电源转换成频率和电压可调的交流电，然后提供给负载（电动机）进行变速控制。

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图11-3所示为交—直—交变频器结构。

图11-3 交—直—交变频器结构

（2）交—交变频器

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交—交变频器又称直接式变频器，是指变频器工作时，将工频交流电直接转换成频率和电压可调的交流电，提供给负载（电动机）进行变速控制，图11-4所示为交—交变频器结构。

图11-4 交—交变频器结构

3.按照电源性质分类

在上述交—直—交变频器中，根据其中间电路部分电源性质的不同，又可将变频器分为两大类：电压型变频器和电流型变频器。

（1）电压型变频器

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电压型变频器的特点是中间电路采用电容器作为直流储能元件，缓冲负载的无功功率。直流电压比较平稳，直流电源内阻较小，相当于电压源，故电压型变频器常选用于负载电压变化较大的场合，图11-5所示为电压型变频器结构。

图11-5 电压型变频器结构

（2）电流型变频器

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电流型变频器的特点是中间电路采用电感器作为直流储能元件，用以缓冲负载的无功功率，即扼制电流的变化，使电压接近正弦波，由于该直流内阻较大，可扼制负载电流频繁而急剧的变化，故电流型变频器常选用于负载电流变化较大的场合，适用于需要回馈制动和经常正、反转的生产机械，图11-6所示为电流型变频器结构。

图11-6 电流型变频器结构

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电压型变频器与电流型变频器不仅在电路结构上有所不同，其性能及使用范围也有所差别，表11-1所列为两种类型变频器的比较。

表11-1 电压型变频器与电流型变频器的对比

4.按照其变频控制方式分类

由于电动机的运行特性，使其对交流电源的电压和频率有一定的要求，变频器作为控制电源，需满足对电动机特性的最优控制，从应用目的不同出发，采用多种变频控制方式，如：压/频（U/f）控制变频器、转差频率控制变频器、矢量控制变频器、直接转矩控制变频器等。

（1）压/频（U/f）控制方式

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压/频控制方式又称为U/f控制方式，即通过控制逆变电路输出电源频率变化的同时也调节输出电压的大小（即U增大则f增大，U减小则f减小），从而调节电动机的转速，图11-7所示为典型压/频控制电路框图。

图11-7 典型压/频控制电路框图

（2）转差频率控制方式

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转差频率控制方式又称为SF控制方式，该方式采用测速装置来检测电动机的旋转速度，然后与设定转速频率进行比较，根据转差频率去控制逆变电路，图11-8所示为转差频率控制方式工作原理示意图。

图11-8 转差频率控制方式工作原理示意图

（3）矢量控制方式

矢量控制方式是一种仿照直流电动机的控制特点，将异步电动机的定子电流在理论上分成两部分：产生磁场的电流分量（磁场电流）和与磁场相垂直、产生转矩的电流分量（转矩电流），并分别加以控制。

该类方式的变频器具有低频转矩大、响应快、机械特性好、控制精度高等特点。

（4）直接转矩控制方式

直接转矩控制方式又称为DTC控制，是目前最先进的交流异步电动机控制方式，该方式不是间接的控制电流、磁链等量，而是把转矩直接作为被控制量来进行变频控制。

目前，该类方式多用于一些大型的变频器设备中，如重载、起重、电力牵引、惯性较大的驱动系统以及电梯等设备中。

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除上述分类方式外，还可按调压方法不同分为PAM变频器和PWM变频器。

PAM是PulseAmplitudeModulation（脉冲幅度调制）的缩写。PAM变频器是按照一定规律对脉冲列的脉冲幅度进行调制，控制其输出的量值和波形。实际上就是能量的大小用脉冲的幅度来表示，整流输出电路中增加开关管（门控管IGBT），通过对该IGBT的控制改变整流电路输出的直流电压幅度（140～390V），这样变频电路输出的脉冲电压不但宽度可变，而且幅度也可变。

PWM是英文PulseWidthModulation（脉冲宽度调制）缩写。PWM变频器同样是按照一定规律对脉冲列的脉冲宽度进行调制，控制其输出量和波形的。实际上就是能量的大小用脉冲的宽度来表示，此种驱动方式，整流电路输出的直流供电电压基本不变，变频器功率模块的输出电压幅度恒定，控制脉冲的宽度受微处理器控制。

另外，常用变频器按输入电流的相数还可分为：三进三出变频器和单进三出变频器。

其中，三进三出是指变频器的输入侧和输出侧都是三相交流电，大数变频器属于该类。单进三出是指变频器的输入侧为单相交流电，输出侧是三相交流电，一般家用电器设备中的变频器为该类方式。