变频

变频就是改变供电频率，从而调节负载，起到降低功耗，减小损耗，延长设备使用寿命等作用。

变频技术的核心是变频器，通过对供电频率的转换来实现电动机运转速度率的自动调节，把50Hz的固定电网频改为30—130 Hz的变化频率。同时，还使电源电压适应范围达到142—270V，解决了由于电网电压的不稳定而影响电器工作的难题。 通过改变交流电频的方式实现交流电控制的技术就叫变频技术。

发展

60年代

20世纪60年代后半期开始，电力电子器件从SCR（晶闸管）、GTO(门极可关断晶闸管)、BJT(双极型功率晶体管)、MOSFET(金属氧化物场效应管)、SIT(静电感应晶体管)、SITH(静电感应晶闸管)、MGT(MOS控制晶体管)、MCT(MOS控制晶闸管)发展到今天的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管)，器件的更新促使电力变换技术的不断发展。20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频(PWM—VVVF)调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代，作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世纪80年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并广泛应用。

变频器一般是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。

矢量控制变频调速的做法是：将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic、通过三相—二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流)，然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。

矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。

1985年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制变频技术。该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。并且变频技术所应用到的行业越来越广泛,和能源相关的行业都能用到. 举例:生活中空调,冰箱,洗衣机等等,工业:起重机等等

直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机化成等效直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。

VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交—直—交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低，谐波电流大，直流回路需要大的储能电容，再生能量又不能反馈回电网，即不能进行四象限运行。为此，矩阵式交—交变频应运而生。由于矩阵式交—交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。它能实现功率因数为l，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。该技术目前虽尚未成熟，但仍吸引着众多的学者深入研究。

70年代

家用电器开始逐步变频化，出现了电磁烹任器、变频照明器具、变频空调器、变频微波炉、变频电冰箱、IH(感应加热)饭堡、变频洗衣机等。

90年代

家用电器则依托变频技术，主要瞄准高功能和省电。比如，要求具有高速高出力、控制性能好、小型轻量、大容量、高舒适感、长寿命、安全可靠、静音、省电等优点。

首先是电冰箱，由于它处于全天工作，采用变频制冷后，压缩机始终处在低速运行状态，可以彻底消除因压缩机起动引起的噪声，节能效果更加明显。

当代

危害对策

电力电子装置中的相控整流和不可控二极管整流使输入电流波形发生严重畸变，不但大大降低了系统的功率因数，还引起了严重的谐波污染。另外，硬件电路中电压和电流的急剧变化，使得电力电子器件承受很大的电应力，并给周围的电气设备及电波造成严重的电磁干扰(EMl)，而且情况日趋严重。许多国家都已制定了限制谐波的国家标准，国际电气电子工程师协会(IEEE)、国际电工委员会(IEC)和国际大电网会议(CIGRE)纷纷推出了自己的谐波标准。我国政府也分别于1984年和1993年制定了限制谐波的有关规定。

干扰的对策

1、谐波抑制为了抑制电力电子装置产生的谐波，一种方法是进行谐波补偿，即设置谐波补偿装置，使输入电流成为正弦波。

传统的谐波补偿装置是采用lC调谐滤波器，它既可补偿谐波，又可补偿无功功率。其缺点是，补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁。此外，它只能补偿固定频率的谐波，效果也不够理想。但这种补偿装置结构简单，目前仍被广泛应用。

电力电子器件普及应用之后，运用有源电力滤波器进行谐波补偿成为重要方向。其原理是，从补偿对象中检测出谐波电流，然后产生一个与该谐波电流大小相等极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含有基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响。它已得到人们的重视，并将逐步推广应用。

另一种方法是改革变流器的工作机理，做到既抑制谐波，又提高功率因数，这种变流器称单位功率因数变流器。

大容量变流器减少谐波的主要方法是采用多重化技术：将多个方波叠加以消除次数较低的谐波，从而得到接近正弦的阶梯波。重数越多，波形越接近正弦，但电路结构越复杂。

几千瓦到几百千瓦的高功率因数变流器主要采用PWM整流技术。它直接对整流桥上各电力电子器件进行正弦PWM控制，使得输入电流接近正弦波，其相位与电源相电压相位相同。这样，输入电流中就只含与开关频率有关的高次谐波，这些谐波次数高，容易滤除，同时也使功率因数接近1。采用PWM整流器作为AC/DC变换的 PWM逆变器，就是所谓的双PWM变频器。它具有输入电压、电流频率固定，波形均为正弦，功率因数接近1，输出电压、电流频率可变，电流波形也为正弦的特点。这种变频器可实现四象限运行，从而达到能量的双向传送。

2、电磁干扰抑制解决EMI的措施是克服开关器件导通和关断时出现过大的电流上升率di/dt和电压上升率du/dt，目前比较引入注目的是零电流开关(ZCS)和零电压开关(ZVS)电路。方法是：

开关器件上串联电感，这样可抑制开关器件导通时的di/dt，使器件上不存在电压、电流重叠区，减少了开关损耗；

开关器件上并联电容，当器件关断后抑制du/dt上升，器件上不存在电压、电流重叠区，减少了开关损耗；

器件上反并联二极管，在二极管导通期间，开关器件呈零电压、零电流状态，此时驱动器件导通或关断能实现ZVS、ZCS动作。

软开关技术

部分谐振PWM。为了使效率尽量与硬开关时接近，必须防止器件电流有效值的增加。因此，在一个开关周期内，仅在器件开通和关断时使电路谐振，称之为部分谐振。

无损耗缓冲电路。串联电感或并联电容上的电能释放时不经过电阻或开关器件，称无损耗缓冲电路，常不用反并联二极管。

在电机控制中主开关器件多采用 IGBT，IGBT关断时有尾部电流，对关断损耗很有影响。因此，关断时采用零电流时间长的ZCS更合适。

功率因数补偿

是采用同步调相机，它是专门用来产生无功功率的同步电机，利用过励磁和欠励磁分别发出不同大小的容性或感性无功功率。然而，由于它是旋转电机，噪声和损耗都较大，运行维护也复杂，响应速度慢，因此，在很多情况下已无法适应快速无功功率补偿的要求。

另一种方法是采用饱和电抗器的静止无功补偿装置。它具有静止型和响应速度快的优点，但由于其铁心需磁化到饱和状态，损耗和噪声都很大，而且存在非线性电路的一些特殊问题，又不能分相调节以补偿负载的不平衡，所以未能占据静止无功补偿装置的主流。

变频空调原理

交流变频

1、公式

交流变频依据原理：n=60f（1-s）/p

n—电机的转速（r/min）；

s—转差率（%）；

f—频率（Hz）；

p—磁极对数。

从上式可以看出， 交流变频是通过改变变频压缩机的供电频率，在p与s不变的情况下，压缩机的转速会随频率的变化而变化。

所示，是把220V、50HZ工频交流电转换为310V直流电源，并把它送到逆变器（大功率晶体管开关组合），又称功率模块，为其提供工作电压；同时根据室温和设定温度的温差，通过微处理器运算，产生一个控制信号（PWM脉冲信号），也送入逆变器；然后由三相逆变器将直流电转变为频率可调的三相交流电（合成波形近似正弦波），驱动变频压缩机运转， 使压缩机电机的转速随电源频率的变化做相应地变化，从而调节制冷（热）量。

2、变频器的结构与原理

PWM控制，又称电压、频率比例调制方式。在调节频率的同时， 不改变脉冲电压幅度的大小， 而是改变脉冲的占空比， 可以实现变频也变压的效果。 这种方法 称 为PWM（Pule Width Modulation） 调制，PWM调制可以直接在逆变器中完成电压与频率的同时变化，控制电路比较简单。

逆变器。 这一部分指的是完成直流到交流的逆变过程，用于驱动变频压缩机运转的三相逆变器。 如图所示，变频空调通常采用6个绝缘栅极晶体管构成大功率晶体管开关组合，又称功率模块。 6个晶体管的状态决定了电机绕组中电流的方向， 而开关动作的快慢决定了通入电机绕组中电流的频率；开关脉冲依次控制它们通断 ，切换一次后，电机就转动一周；如果每秒钟切换100次，则电机的转速就是100r/s。 在实际应用中，多采用变频模块加上外围的电路 （如开关电源电路）组成。

直流变频

1、直流变频原理

我们把采用无刷直流电机作为压缩机电机的空调器称为“直流变频空调”，这样称呼从概念上来说是不确切的，因为直流变频空调器的变频方式与交流变频一样， 也采用的是交—直—交方式，供给压缩机的电压还是交流电，但人们已经习惯将采用无刷直流电机的变频空调器称为直流变频空调器。 直流变频空调器关键在于采用了无刷直流电机作为压缩机电动机。 直流变频空调器分为两类：一类是只有压缩机电机采用无刷直流电机；另一类是不只压缩机，室内风机、室外风机都采用了无刷直流电机，这就是全直流变频空调器。 所以，直流变频空调器相对与交流变频空调器而言，具有更大的节能优势。

直流电机转速公式n=U/Cφ

n为电机的转速（r/min）；

C为电极常数，与电机构造有关；

U为定子输入电压（V）；

φ为磁极磁通。

所示，直流变频空调器控制原理与交流变频空调器基本一样，所不同的是交流变频技术调节的是频率， 而直流变频技术调节的是电压。

2、变频器的结构与原理

所示不同之处在于交流变频压缩机无反馈控制信号，而直流变频压缩机有三相转速反馈控制信号。