变频器技术与应用
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频器称为电流型变频器，这种型式的变频 器较为少见。
• 根据调压方式的不同，交-直-交变频器又可
分为脉幅调制（PAM）和脉宽调制（PWM） 两种。
• 3）脉幅调制（PAM）
• 变频器输出电压的大小是通过改变直流电
模块1 概述
专题1.1 变频器技术的发展 专题1.2 变频器的分类 专题1.3 变频器应用
概述
变频器就是利用电力半导体器件的通断作 用将固定电压、频率的交流电变换为频率、 电压都连续可调的交流电的装置，主要用 于对异步电动机的调速控制，它与电动机
之间连接框图如图1-1所示。
交流电源
变频器
电动机
负载
内容介绍
模块1：概述 模块2：变频器的工作原理 模块3：变频器的基本知识 模块4： PLC与变频器组成的调速电路 模块5： 变频器选 模块6： 变频器在工业上的应用
变频器技术与应用 The Technology of frequency
converter and application
模块1 概述
1.2.1、 按变频器的电路组成分类
从变频器的电路组成来看，变频器可分为交-交变频器和交直-交变频器。
• 1. 交-交变频器 • 它是将频率固定的交流电源直接变换成频
率连续可调的交流电源，其主要优点是没 有中间环节，变换效率高。但其连续可调 的频率范围窄，所采用的器件多，其应用 收到很大限制。
• 2、交-直-交变频器
例如：风机、水泵专用变频器、起重机械专用变频器、电梯控制专
用变频器、张力控制专用变频器和空调专用变频器。
• 6、开发清洁电能的变频器
• 随着变频技术的不断发展和人们对环境问题的重视，不断减少变频
器对环境的影响已经是大势所趋。尽可能降低网侧和负载的谐波分
量，减少对电网的公害和电动机转矩的脉动，实现清洁电能变换。
1.1.2变频器技术发展的趋势
• 在现代工业和经济生活中，随着电力电子技术、
微电子技术及现代控制理论的发展，变频器作为 高新技术、节能技术已经广泛应用于各个领域。
• 变频器技术是强弱电混合、机电一体化的综合性
技术，既要处理巨大电能的转换（整流、逆变） 问题，同时又要处理信息的收集、变换和传输问 题。在巨大电能转换的功率部分要解决高电压、 大电流的技术问题及新型电力电子器件的应用问 题，而在信息的收集、变换和传输的控制部分， 则主要解决控制的硬件、软件问题。
•
总之，变频器技术的发展趋势是朝着智能、操作简便、功
能健全、安全可靠、环保低噪、低成本和小型化的方向发展。
专题1.2变频器的分类
• 变频器的种类很多，下面根据不同的分类
方法对变频器进行简单介绍。
• 1.2.1、 按变频器的电路组成分类
• 1.2.2、按变频器的控制方式分类
• 1.2.3、按变频器的用途分类
• 20世纪70年代以后，电力电子技术和微电子技术
以惊人的速度向前发展，变频调速传动技术也随 之取得了日新月异的进步，开始出现了通用变频 器。它功能丰富，可以适用于不同的负载和场合， 特别是进入20世纪90年代，随着半导体开关器件 IGBT、矢量控制技术 成熟，微机控制的变频调速 成为主流，调速后异步电动机的静、动态特性已 经可以和直流调速相媲美。随着变频器的专用大 规模集成电路、半导体开关器件、传感器的性能 越来越高，进一步提高变频器的性能和功能已称 为可能。现在的变频器功能很多，操作也很方便， 其寿命和可靠性也较以前有了很大进步。
• 先将频率固定的交流电整流后变成直流，
再经过逆变电路，把直流电逆变成频率连
续可调的三相交流电，由于把直流电逆变
成交流电较易控制，因此在频率的调节范
围，以及变频后电动机特性改善等方面，
都具有明显优势，目前使用最多的变频器
均属于交-直-交变频器。其组成方框图如图 1-2所示。
AC
交流
整流
50HZ
DC
AC
目前变频器技术主要发展方向为：
• 1、高水平的控制
• 微处理器的进步使数字控制成为现代控制器的发展方向。
各种控制规律软件化的实施，大规模集成电路微处理器 的出现，基于电动机、机械模型、现代控制理论和智能 控制思想等控制策略的矢量控制、磁场控制、转矩控制、 模糊控制等高水平技术的应用，使变频控制进入了一个 崭新的阶段。
滤波 UD 逆变
变压 变频
• 图1-2 交-直-交变频器主电路方框图
• 根据直流环节的储能方式来分，交-直-交变
频器又可分为电压型和电流型两种。
• 1）电压型 • 整流后若是靠电容来滤波，这种交-直-交变
频器称为电压型变频器，而现在使用的变 频器大部分为电压型。
• 2）电流型 • 整流后若是靠电感来滤波，这种交-直-交变
• 2、网络智能化
• 智能化的变频器安装到系统后，不必进行那么多的功能
设定，就可以方便地操作使用，有明显的工作状态显示， 而且能够实现故障诊断与故障排除，甚至可以进行部件 自动转换。利用互联网可以遥控监视，实现多台变频器 按工艺程序联动，形成最优化的变频器综合管理控制系 统。
• 3、结构小型化
• 紧凑型的变频系统要求功率和控制元件具有很高的集成度。主电路
中功率电路的模块化、控制电路采用大规模集成电路和全数字控制
技术，均促进了变频装置结构小型化。
• 4、高集成化
• 提高集成电路技术及采用表面贴片技术，使装置的容量体积比得到
进一步提高。
• 5、专门化
• 根据某一类负载的特性、有针对性地制造专门化的变频器，这Fra Baidu bibliotek但
利于对负载的电动机进行经济有效的控制，而且可以降低制造成本。
图1-1 变频器与电动机的连接框图
专题1.1 变频器技术的发展
• 1.1.1变频器技术发展的历程 • 1.1.2变频器技术发展的趋势
1.1.1变频器技术发展的历程
• 变频调速被认为是一种理想的交流调速方法。但
如何得到一个单独向异步电动机供电的经济可靠 的变频电源一直是交流变频调速的主要课题。20 世纪60年代中期，随着普通晶闸管、小功率管的 实用化，出现了静止变频装置，它是将三相的工 频电源经变换后，得到频率可调的交流电，这个 时期的变频装置，多为分立元件，它体积大、造 价高，大多是为特定的控制对象而研制的，容量 普遍偏小，控制方式也不完善，调速后电动机的 静、动态性能还有待提高，特别是低速性能不理 想，因此仅用于纺织、磨床等特定场合。
• 根据调压方式的不同，交-直-交变频器又可
分为脉幅调制（PAM）和脉宽调制（PWM） 两种。
• 3）脉幅调制（PAM）
• 变频器输出电压的大小是通过改变直流电
模块1 概述
专题1.1 变频器技术的发展 专题1.2 变频器的分类 专题1.3 变频器应用
概述
变频器就是利用电力半导体器件的通断作 用将固定电压、频率的交流电变换为频率、 电压都连续可调的交流电的装置，主要用 于对异步电动机的调速控制，它与电动机
之间连接框图如图1-1所示。
交流电源
变频器
电动机
负载
内容介绍
模块1：概述 模块2：变频器的工作原理 模块3：变频器的基本知识 模块4： PLC与变频器组成的调速电路 模块5： 变频器选 模块6： 变频器在工业上的应用
变频器技术与应用 The Technology of frequency
converter and application
模块1 概述
1.2.1、 按变频器的电路组成分类
从变频器的电路组成来看，变频器可分为交-交变频器和交直-交变频器。
• 1. 交-交变频器 • 它是将频率固定的交流电源直接变换成频
率连续可调的交流电源，其主要优点是没 有中间环节，变换效率高。但其连续可调 的频率范围窄，所采用的器件多，其应用 收到很大限制。
• 2、交-直-交变频器
例如：风机、水泵专用变频器、起重机械专用变频器、电梯控制专
用变频器、张力控制专用变频器和空调专用变频器。
• 6、开发清洁电能的变频器
• 随着变频技术的不断发展和人们对环境问题的重视，不断减少变频
器对环境的影响已经是大势所趋。尽可能降低网侧和负载的谐波分
量，减少对电网的公害和电动机转矩的脉动，实现清洁电能变换。
1.1.2变频器技术发展的趋势
• 在现代工业和经济生活中，随着电力电子技术、
微电子技术及现代控制理论的发展，变频器作为 高新技术、节能技术已经广泛应用于各个领域。
• 变频器技术是强弱电混合、机电一体化的综合性
技术，既要处理巨大电能的转换（整流、逆变） 问题，同时又要处理信息的收集、变换和传输问 题。在巨大电能转换的功率部分要解决高电压、 大电流的技术问题及新型电力电子器件的应用问 题，而在信息的收集、变换和传输的控制部分， 则主要解决控制的硬件、软件问题。
•
总之，变频器技术的发展趋势是朝着智能、操作简便、功
能健全、安全可靠、环保低噪、低成本和小型化的方向发展。
专题1.2变频器的分类
• 变频器的种类很多，下面根据不同的分类
方法对变频器进行简单介绍。
• 1.2.1、 按变频器的电路组成分类
• 1.2.2、按变频器的控制方式分类
• 1.2.3、按变频器的用途分类
• 20世纪70年代以后，电力电子技术和微电子技术
以惊人的速度向前发展，变频调速传动技术也随 之取得了日新月异的进步，开始出现了通用变频 器。它功能丰富，可以适用于不同的负载和场合， 特别是进入20世纪90年代，随着半导体开关器件 IGBT、矢量控制技术 成熟，微机控制的变频调速 成为主流，调速后异步电动机的静、动态特性已 经可以和直流调速相媲美。随着变频器的专用大 规模集成电路、半导体开关器件、传感器的性能 越来越高，进一步提高变频器的性能和功能已称 为可能。现在的变频器功能很多，操作也很方便， 其寿命和可靠性也较以前有了很大进步。
• 先将频率固定的交流电整流后变成直流，
再经过逆变电路，把直流电逆变成频率连
续可调的三相交流电，由于把直流电逆变
成交流电较易控制，因此在频率的调节范
围，以及变频后电动机特性改善等方面，
都具有明显优势，目前使用最多的变频器
均属于交-直-交变频器。其组成方框图如图 1-2所示。
AC
交流
整流
50HZ
DC
AC
目前变频器技术主要发展方向为：
• 1、高水平的控制
• 微处理器的进步使数字控制成为现代控制器的发展方向。
各种控制规律软件化的实施，大规模集成电路微处理器 的出现，基于电动机、机械模型、现代控制理论和智能 控制思想等控制策略的矢量控制、磁场控制、转矩控制、 模糊控制等高水平技术的应用，使变频控制进入了一个 崭新的阶段。
滤波 UD 逆变
变压 变频
• 图1-2 交-直-交变频器主电路方框图
• 根据直流环节的储能方式来分，交-直-交变
频器又可分为电压型和电流型两种。
• 1）电压型 • 整流后若是靠电容来滤波，这种交-直-交变
频器称为电压型变频器，而现在使用的变 频器大部分为电压型。
• 2）电流型 • 整流后若是靠电感来滤波，这种交-直-交变
• 2、网络智能化
• 智能化的变频器安装到系统后，不必进行那么多的功能
设定，就可以方便地操作使用，有明显的工作状态显示， 而且能够实现故障诊断与故障排除，甚至可以进行部件 自动转换。利用互联网可以遥控监视，实现多台变频器 按工艺程序联动，形成最优化的变频器综合管理控制系 统。
• 3、结构小型化
• 紧凑型的变频系统要求功率和控制元件具有很高的集成度。主电路
中功率电路的模块化、控制电路采用大规模集成电路和全数字控制
技术，均促进了变频装置结构小型化。
• 4、高集成化
• 提高集成电路技术及采用表面贴片技术，使装置的容量体积比得到
进一步提高。
• 5、专门化
• 根据某一类负载的特性、有针对性地制造专门化的变频器，这Fra Baidu bibliotek但
利于对负载的电动机进行经济有效的控制，而且可以降低制造成本。
图1-1 变频器与电动机的连接框图
专题1.1 变频器技术的发展
• 1.1.1变频器技术发展的历程 • 1.1.2变频器技术发展的趋势
1.1.1变频器技术发展的历程
• 变频调速被认为是一种理想的交流调速方法。但
如何得到一个单独向异步电动机供电的经济可靠 的变频电源一直是交流变频调速的主要课题。20 世纪60年代中期，随着普通晶闸管、小功率管的 实用化，出现了静止变频装置，它是将三相的工 频电源经变换后，得到频率可调的交流电，这个 时期的变频装置，多为分立元件，它体积大、造 价高，大多是为特定的控制对象而研制的，容量 普遍偏小，控制方式也不完善，调速后电动机的 静、动态性能还有待提高，特别是低速性能不理 想，因此仅用于纺织、磨床等特定场合。