工业变频器（变频器工作原理）
变频器如今已经成为工业运用范畴非常广泛的产品。
那么什么是变频器，这个听着高端的产品跟电动机到底是什么关系？跟我们常说的变频空调有啥关联没有？
下面我们详细解读变频的原理，以及中国变频器产业的发展史，解读中国事如何在20年的时光，实现变频器国产化的过程。
一、什么是变频器？
变频器 | 百思特网图片来自网络
变频器的外观就像是一个可操作的集成掌握器，上面有按钮，可以进行各种参数调节。
变频器专业的说明是：通过整流和逆变，将输入的工频电流，转变电机工作电源频率方法来掌握交换电动机的电力掌握装备。
牢记上面加粗的“整流，逆变”“工频电流”，“电源频率”，“电动机”，这四个症结词。之后会详细的环绕着四大内容展开。
对于刚刚进入工业范畴的朋友而言，通俗化的说明变频器：这是一种掌握电动机的方法，就是转变电流的频率，从而转变线圈磁场强度，磁场强度不同，电机的转速和扭矩（出力）也不同。
最常见的玩具中的电动机，也就是俗称的“小马达”，在通常情形可以通过升高电压，串联两节，或者4节电池，用来进步转速。但是串联的干电池越多，电机发热忱况越严重。（有动手才能的应当都尝试过），这种并不是变频掌握的电机，这种方法对于电机来说，损害较大，同时发热严重，能效转化较低。大批的电能转化为热（内能）散发出去。
之后，在不断的试验中发明，三相异步电机，转变电流的频率，也可以掌握电机的转速。这就开端了变频器发展的生活。
二、变频器的工作原理
变频器的最终目标是：掌握电动机。那么就要从电动机向前反推变频的原理，这样易于懂得。
变频器工作原理：应用微盘算机掌握大功率开关器件，将工频交换电变为频率和电压可调的(等效于)三相交换电的电器装备。
1、变频掌握异步电机调速的三慷慨式之一。
异步电机构造
异步电机是由定子，转子两大核心构成。定子包含：定子绕组，铁芯，机座三大元件。
转子分为两种类型：
绕线式：三相转子绕组，可串电阻。鼠笼式绕组。
异步电机构造
异步电机之所以能够转动，是因为当三相对称的电流流入三相定子绕组后，电动机内便会发生旋转磁场。
转动方向由相序决议，扭矩大小：电流决议。
转速则是由：电源频率（f）；极对数（P）；转速（n）；转差率（s），四个要素决议，60为60秒。
异步电机的转速公式：n=60f/p（1-s）
同步电机转速公百思特网式
假设所有的电能都用于发生电机的动能，转差率为0，那么依照工业低压50HZ状况下，极对数是1的时候，额定转速是3000rpm（转每分钟），极对数是2的时候额定转速是1500转，以此类推。
异步电机活动原理：转子与旋转磁场有相对活动是电动机旋转的原因。
异步电机转速公式
这里就能够看到，转变异步电机的速度的参数：电流频率，极对数。可以调速的方法就限定在：转变频率变速，转变极对数变速，以及转变转差率变速，三种方法。
（1）转差率调速：滑差电机
转差率是一个什么概念？转差率就是定子旋转磁场转速与转子转速之差再除以定子旋转磁场转速（同步转速）。放在这个公式中，体现出来的情形是：一个额定3000转的电机，如果不斟酌补偿的情形，额定3000转，可能最高只有2900转。转差率一般为1%-6%之间，这个可以通过电机的绕线构造设计来填补。这就是转变转差率变速。
因此异步电机的工作原理：
通入三相电源 → 发生旋转磁场 → 转子导条切割磁场 → 发生感应电动势(电流) 带电导体在磁场中 → 发生电磁力 → 对轴心发生二个方向相反、大小相等的电磁转矩 →转子旋转。
（2）极对数调速：调速电机
异步电动机的旋转
上图是：一个线圈绕组，也就是上面说的极对数是1的时候，通电状况发生磁场，进行活动的构造图。倘若是2组就是2对极，3组3对极以此类推。
概念混杂解析：有一些将极对数和磁极数混杂的概念，磁极数是2n，也就是磁极数必定是偶数，2,4,6,8……。极对数是自然数。
从公式我们能看出来，极对数越少，那么转速越高。因此转变极对数叫做：级调剂变速，通常可进行二速、三速或四速调速。
但是这种转变极对数的变速，用在出力大，恒扭矩的场所，例如泵，风机范畴非常适合。但是对于一些须要时时变速，无级变速，对速度准确掌握请求更高的机床运用，起重机运用场所就不适合。因此极对数是一个档次的递减，并不是一个能够实现1-1000的均匀递减。
（3）变频调速：变频调速电机
变频器原理
输入三相工频电，通过变频器后，可以将频率在0-200HZ，0-400HZ，0-1000HZ之间转变，这个转变有一个比例，例如可以做到0.05Hz的调剂（0-50HZ额定变频），那么我们就说是1:1000的调频规模。实时情形中，一般没有这么高的。
但是从这个调频的幅度，能够清晰的看到，通过调频，确切可以实现电机转速准确地，迅速，均匀的转变。
因此，变频在纺织机械，起重机（龙门吊），塔机，电梯（单品类最大市场）等等范畴有很多的用处。
变频器运用行业
电梯，风电舵机，纺织机械，起重机械，都是变频运用的大行业。
三、变频器电路工作原理
1、三相交换电经过整流电路，变为脉动直流电，然后经过滤波电路变为平滑直流电。
2、主控CPU依据人工输入的指令送出的PWM信号进行电压和功率放大，PWM信号掌握逆变电路中六个IGBT开关器件，将直流电变为频率和电压实时对应变更的交换电，给电机供给电流，实现V/f掌握情势调速。
变频器电路原理
所有变频器其根本构造雷同，但具体电路各有差别。变频器分为两大电路：主电路和掌握电路。
1、主电路：实现输入的工频电流，先整流：交换——直流；然后逆变：直流——变交换。
（1）整流电路：将三相交换电变成脉动直流电。
（2）滤波电路：使脉动直流电成为较平滑的直流电。
滤波元器件分为两种：电容器：电压型变频器；电感器 电流型变频器。
（3）限流电路：限制刚接通电源时的充电电流，以掩护整流二极管。
（4）制动电路：接收泵生电压和增大电机制动转矩。
（5）逆变电路：在驱动电路的掌握下，将直流电变成交换电。逆变器的核心是IGBT芯片，IGBT的工作频率一般可以到达10～20 kHz之间，IGBT可以进步载波频率，甚至可以形成所需的PWM波形，这样可以大大下降谐波噪声。
2、掌握电路：依据信号掌握变频，例如调速，以及各种活动设定，都通过掌握电路实现。
（1）掩护电路：由取样、放大、处置三部分电路组成。
（2）驱动电路：把CPU送出的PWM信号进行电压和功 率放大，掌握逆变电路中六个开关器件。
（3）I/O电路：处置变频器对外输入和输出相干信号的 电路。
（4）操作面板：一是用于显示，另外作为操作键盘。
（5）CPU：变频器的核心电路，依照相干信号掌握变频器的工作。
（6）开关电源：向掌握电路供给所需的直流工作电压。
用一个形象的比方：主控电路是给电机供给能量相似于人的骨骼肌肉，掌握电路是给电机供给运行方法，相似于人的大脑。
变频器内部构造
四、变频器三大掌握方法
变频器的输出电压必需与输出频率按比例变更。疏忽定子绕组漏阻抗,每相定子绕组上的电动势，实现：
掌握影响因素
1、U1 / f1=C 掌握方法。也被称为：V/f掌握。V是指电压的有效值，转变V/f只能调节电机的稳态磁通和转矩。
因为 U1=Z1I1+E1：
f1较高时 U1较大 Z1I1影响较小。
f1较低时 U1较低 Z1I1影响较大。
V/f掌握
这种掌握方法：为了进步低频情形下的转矩，都须要进行转矩晋升，通常采取补偿电压的方法，有的还可以随负载变更补偿定子绕组电压降。但是电压并不能无穷制增长，同时我们又想进行扭矩转变。之后就研发发展出了矢量掌握。
2、矢量掌握方法：将电流功效拆分为励磁电流和电枢电流两大功效。
矢量掌握的目标是到达直流调速的性能，仿直流调速的方法实现。
直流调速的磁场分类
将异步机的定子电流分解为励磁分量和转矩分量离开掌握。掌握励磁矢量是最重要的，所以又把百思特网矢量掌握称为磁场定向掌握，而转矩的掌握则是间接的。
说白了，就是将电流给的功效给一分为二。
矢量掌握须要坐标变换运算以及须要检测实际的转速信号，所以都须要速度传感器进行反馈，也就是闭环矢量掌握。
等效直流电机
3、直接转矩掌握方法
通过检测到的定子电压和电流直接在定子坐标下可盘算出电动机的电磁转矩。转速和转矩的测量值与给定值进行比拟，通过磁通调节器和转速调节器掌握逆变器的开关状况，获取相应的空间电压矢量，由空间电压矢量直接掌握电机的转速和电磁转矩，到达调速的目标。
这种运用多用于拖拽体系，例如负重很大的起重装备。
五、中国变频器发展过程：国产化迎头赶上
中国变频器各厂商占比
中国变频发展时光并不长，相比于欧美国内变频器晚了20年，但是从2005年之后，尤其是华为买了安圣电气（逆变器生产商）给艾默生。
从华为出来的一批人，在逆变范畴率先找到了落地的产品：变频器，因此汇川技巧，英威腾，蓝海华腾等等一批企业迅速的成长起来。
如今的中国变频器范畴虽然外资品牌仍然占领大部分市场，但是国产企业已经迎头赶上。占领前十的行列。