一、概述
        變頻調(diào)速不是指改變交流電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)來(lái)使電動(dòng)機(jī)得到極為有限的幾種轉(zhuǎn)速的調(diào)速方式。它是指交流電動(dòng)機(jī)放棄用傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)的三相正弦波交流電源驅(qū)動(dòng)，而是接在由既能改變電源頻率，又能改變電源電壓的變頻器提供的電源來(lái)驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)，并對(duì)其進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速的電機(jī)調(diào)速技術(shù)。
        不管何種機(jī)械只要使用，都需要用原動(dòng)機(jī)給其機(jī)械提供動(dòng)力。在絕大多數(shù)情況下，各種機(jī)械所使用的原動(dòng)機(jī)均由各種交流電動(dòng)機(jī)或直流電動(dòng)機(jī)擔(dān)任，能夠調(diào)速是多數(shù)工業(yè)裝置必須具備的功能，通常改變裝置的運(yùn)行速度，可在裝置內(nèi)增加機(jī)械變速環(huán)節(jié)，但這增加了較大的成本及產(chǎn)品的體積，最好的方法是直接在原動(dòng)機(jī)即電機(jī)上采用電子裝置或電器傳動(dòng)環(huán)節(jié)。而在需要進(jìn)行調(diào)速的拖動(dòng)系統(tǒng)中，則基本上采用的是直流電動(dòng)機(jī)。由于早于交流電動(dòng)機(jī)問(wèn)世，且進(jìn)入實(shí)用的直流電動(dòng)機(jī)可分別對(duì)磁場(chǎng)電流和轉(zhuǎn)矩電流分別進(jìn)行控制，所以調(diào)速性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于交流電動(dòng)機(jī)。
        既然如此，為什么現(xiàn)要放棄直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，改用調(diào)速困難的交流電動(dòng)機(jī)呢？這是因?yàn)橹绷麟姍C(jī)在具備有優(yōu)良的調(diào)速特性之外，在電機(jī)的結(jié)構(gòu)、制造、保養(yǎng)、運(yùn)用方面存在著很大缺陷；甚至是無(wú)法預(yù)防和幾乎無(wú)法找到技術(shù)措施，來(lái)應(yīng)對(duì)直流電機(jī)才有的特別缺陷。具體說(shuō)來(lái)4點(diǎn)：1、隨著設(shè)備容量的增大，所需的驅(qū)動(dòng)電源的電壓、電流也在不斷提高，而直流電機(jī)受換向器的片間電壓限制，在制造上困難很大；2、直流電機(jī)車運(yùn)行過(guò)程中存在的換向火花無(wú)法解決。3、由電刷和換向器接觸引入電流的方式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的碳粉又造成故障增加，清理、保養(yǎng)工作量大的缺陷；4、大功率的直流電機(jī)比同功率交流電動(dòng)機(jī)的體積和重量更大、更重，在某些安裝空間非常狹窄的裝置上安裝非常困難。
        通過(guò)對(duì)電機(jī)運(yùn)行的長(zhǎng)期實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，直流電動(dòng)機(jī)在實(shí)踐中出現(xiàn)的這種不足，完全可以通過(guò)用交流電動(dòng)機(jī)取代直流電動(dòng)機(jī)，同時(shí)由于交流電弧的熄弧遠(yuǎn)比同電壓等級(jí)的直流電弧熄弧的技術(shù)難度小很多，隨著同時(shí)期內(nèi)電力、電子技術(shù)的發(fā)展，相應(yīng)須配備的交流開關(guān)器件也容易設(shè)計(jì)制造，并且在成本、體積、重量、運(yùn)行、保養(yǎng)方面也明顯優(yōu)于直流系統(tǒng)；利用電力電子元器件組成的無(wú)觸點(diǎn)系統(tǒng)，彌補(bǔ)了調(diào)速性能不如直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的不足。于是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用，維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單的三相交流異步鼠籠電動(dòng)機(jī)就成為調(diào)速系統(tǒng)的原動(dòng)機(jī)，而被大量使用于各種調(diào)速系統(tǒng)中。

二、變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)
        與傳統(tǒng)的交流拖動(dòng)系統(tǒng)相比，利用變頻器對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制的交流拖動(dòng)系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)，如節(jié)能，容易實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制，可以實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的高效連續(xù)調(diào)速控制，容易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反切換，可以進(jìn)行高頻度的起停運(yùn)轉(zhuǎn)，可以進(jìn)行電氣制動(dòng)，可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行高速驅(qū)動(dòng)，可以適應(yīng)各種工作環(huán)境，可以用一臺(tái)變頻器對(duì)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，電源功率因數(shù)大，所需電源容量小，可以組成高性能的控制系統(tǒng)。
        異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制是通過(guò)改變變頻器的輸出頻率實(shí)現(xiàn)的；因此在進(jìn)行調(diào)速控制時(shí)，可以通過(guò)控制變頻器的輸出頻率使電動(dòng)機(jī)工作在轉(zhuǎn)差較小的范圍，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速較寬，并可以達(dá)到提高運(yùn)行效率的目的。
        對(duì)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換，電源進(jìn)行換相切換，利用變頻調(diào)控時(shí)，只需改變變頻器內(nèi)部逆變電路換流器件的開關(guān)順序即可達(dá)到對(duì)輸出進(jìn)行換相的目的，很容易就實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換，而不需要專門設(shè)置正反轉(zhuǎn)切換裝置。對(duì)在電源下運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正反切換時(shí)，如果在電動(dòng)機(jī)尚未停止時(shí)就進(jìn)行相序的切換，電動(dòng)機(jī)內(nèi)將會(huì)由于相序的改變而流過(guò)大于起動(dòng)電流的電流，有燒毀電動(dòng)機(jī)的危險(xiǎn)，所以通常必須等電動(dòng)機(jī)完全停下來(lái)之后，才能夠進(jìn)行換相操作，而在采用變頻調(diào)速系統(tǒng)中，由于可以通過(guò)改變變頻器的輸出頻率，使電動(dòng)機(jī)按照斜坡函數(shù)的規(guī)律進(jìn)行減速，并使電動(dòng)機(jī)減速至低速范圍后，再進(jìn)行相序切換。進(jìn)行相序切換時(shí)電動(dòng)機(jī)的電流可以很小，同樣，在電動(dòng)機(jī)的加速過(guò)程中可以通過(guò)改變變頻器的輸出頻率使電動(dòng)機(jī)按照斜坡函數(shù)的規(guī)律進(jìn)行加速，從而達(dá)到限制加速電流的目的。
        由于電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流較大，并存在與起動(dòng)時(shí)間成正比的功率損耗，所以不能使電動(dòng)機(jī)進(jìn)行高頻度起停運(yùn)轉(zhuǎn)。而對(duì)于變頻調(diào)速系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于電動(dòng)機(jī)起停都是在低速區(qū)進(jìn)行，加減速過(guò)程都比較平緩，電動(dòng)機(jī)的功耗和發(fā)熱較小，可以進(jìn)行較高頻度的起停運(yùn)轉(zhuǎn)。
        變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的調(diào)速控制是通過(guò)改變變頻器的輸出頻率進(jìn)行的，當(dāng)把變頻器的輸出頻率降至電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的頻率以下時(shí)，負(fù)載的機(jī)械能將被轉(zhuǎn)換為電能，并被回饋到變頻器。而變頻器則可以利用自己的制動(dòng)回路將這部分能量以熱能消耗或回饋給供電系統(tǒng)中，并形成電氣制動(dòng)。此外，一些變頻器還具有直流制動(dòng)功能，即在需要制動(dòng)時(shí)，可以通過(guò)變頻器給電動(dòng)機(jī)加上一個(gè)直流電壓，并利用該電壓產(chǎn)生的電流進(jìn)行制動(dòng)。
        當(dāng)用電源對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流為額定電流的5-7倍；而在用變頻器對(duì)異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于可以將變頻器的輸出頻率降至很低時(shí)起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流很小，因而變頻器輸入端的容量也可以比較小。一般來(lái)說(shuō)，變頻器輸入端電源的容量只需為電動(dòng)機(jī)輸出容量的1.5倍左右即可。這也說(shuō)明變頻器也可以同時(shí)起到減壓起動(dòng)器的作用。
        隨著控制理論、交流調(diào)速理論和電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器技術(shù)也得到了充分的重視和發(fā)展，由高性能變頻器和專用的異步電動(dòng)機(jī)組成的控制系統(tǒng)，在性能上已經(jīng)達(dá)到和超過(guò)了直流電動(dòng)機(jī)的伺服系統(tǒng)。
        由于變頻器具有上述優(yōu)點(diǎn)，因此在各領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。

三、變頻器的基本原理及控制方式
1、電力電子技術(shù)是以功率處理電能變換為主要對(duì)象的工業(yè)電子技術(shù)。一般包括電力半導(dǎo)體器件，功率變換器及其控制系統(tǒng)。
電能的變換形式可概括為以下四種：
① AC—→DC 把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能，實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的裝置統(tǒng)稱為整流器；如用于充電、電解等。
② DC—→AC 把直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的裝置統(tǒng)稱為逆變器。如用于各種變頻電源、電焊機(jī)電源、交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速等。
③ AC—→AC 將交流電能的任一參數(shù)（幅值，頻率和相位）加以轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的裝置統(tǒng)稱為交流變換器。其中，對(duì)于交流電壓幅值進(jìn)行轉(zhuǎn)換的電路稱為交流調(diào)壓器，對(duì)交流頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換的電路則稱為變頻器。如用于調(diào)溫、調(diào)光、交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速等。
④ DC—→DC 將直流電能的任一參數(shù)（幅值和極性）加以轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換的裝置稱為直流變換器或稱直流斬波器；如用于直流電壓變換器，開關(guān)電源，直流電動(dòng)機(jī)的牽引傳動(dòng)等。
2、將直流電變?yōu)轭l率電壓可調(diào)的交流電的變換器稱逆變器。如果把變成的交流電能送回交流電網(wǎng)的叫做有源逆變；如果把變成的交流電能供給負(fù)載用了叫做無(wú)源逆變；逆變器輸入可以是蓄電池等直流供電電源，也可以由交流電網(wǎng)整流獲得的電源。（如下圖）

逆變器總起來(lái)就稱為變頻器。先把工頻交流通過(guò)整流器變成直流，然后把直流變換成頻率電壓可控制的交流電供給負(fù)載（例如三相異步交流變頻電動(dòng)機(jī)），故這種變頻器稱為交—直—交變頻器，又稱間接變頻器，相對(duì)于交——交變頻器（直接變頻器），它的優(yōu)點(diǎn)是輸出交流電的頻率可高于輸入交流電的頻率。

交——直——變 的變頻器的原理
        該原理是首先將工頻交流通過(guò)三相全波整流橋器件二極管構(gòu)成變流器，輸出直流電通過(guò)中間儲(chǔ)能元件電容或者蓄電池，再作為逆變器的輸入能量，通過(guò)由控制電路輸出的觸發(fā)信號(hào)，按一定規(guī)律分別使構(gòu)成逆變器的電力電子半導(dǎo)體元件有規(guī)律的通、斷動(dòng)作，使逆變器輸出頻率和電壓均可變的交流電源來(lái)驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)而完成這一模式所要求的預(yù)定動(dòng)作。
        直流中間環(huán)節(jié)電路的作用是對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑，以保證逆變電路和控制電源能夠得到質(zhì)量較高的直流電源。
        逆變電路是變頻器最主要部分之一，它的主要作用是在控制電路的控制下，將平滑電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源，逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，它被用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。

三相逆變器的工作原理
        逆變電路的基本作用是將直流電源轉(zhuǎn)換為交流電源，在逆變電路中一般由六個(gè)開關(guān)組成一個(gè)三相橋式電路，交替打開和關(guān)斷這六個(gè)開關(guān)，就可以在輸出端得到相位上各相差120°（電氣角）的三相交流電源，如下圖