什么是变频技术？
1变频技术的发展
随着微电子技术、电力电子技术和自动控制技术的不断发展，变频技术也得到了迅速发展和广泛应用。起初，变频技术主要用于整流和交流-DC可调电源，但现在已广泛应用于高压直流输电、异频电源连接、静态无功补偿和吸收等。应用领域涵盖交通运输、石油工业、家用电器、国防军事等社会生产生活的方方面面。用于交通运输，如高速铁路、超导磁悬浮列车、电动汽车、机器人等。，在石油工业中，如采油和调速，超声波驱油等。，在家用电器中，如变频空调、变频洗衣机、变频微被烤箱、变频冰箱等。，以及在军事上，如军事通信、导航、雷达等。
变频技术的发展主要基于电力电子器件的发展，经历了以下几代:
1代电力电子器件以晶闸管为代表(50年代)。1956年，贝尔实验室发明了晶闸管，1958年，通用电气公司推出了商业化产品。晶闸管是电流控制的开关器件，可以实现小电流控制和大功率转换，但开关频率低，开通后不能自行关断。
第二代电力电子器件以巨型晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GTO)为代表(20世纪60年代)。门极可关断晶闸管是一种电流型自关断开关器件，可以方便地实现整流、斩波、逆变等变频功能，其开关频率在1 ~ 5kHz之间。
第三代电力电子器件以绝缘栅双极晶体管(GBT)为代表(70年代)。绝缘栅双极晶体管是一种压控自关断的电力电子器件，开关频率很高，达到20 ~ 20~200kHz。它的应用使电气设备的高频、高效和小型化得以实现。
第四代电力电子器件以智能功率集成电路(PIC)和智能功率模块(IPM)为代表(80年代和90年代)。它们实现了开关频率的高速化、低导通电压的高效率和功率器件的集成化，还可以集成逻辑控制、保护、传感和测量功能。
变频技术的发展方向是高电压、大容量、高频率、组件模块化、小型化、智能化和低成本。
2变频技术类型
变频技术可分为以下几种类型:
(1)交流-DC变频技术:又称整流技术，是利用整流电路将交流电源转换为DC电源。
(2) DC-DC变频技术:又称斩波技术，它利用斩波电路将DC电源转换成DC脉冲电源，通过调节脉冲的频率或宽度来改变DC脉冲电源的有效值。
(3)DC-交流变频技术:又称逆变技术，它利用逆变电路将DC电源转换为交流电源。
(4)交-交变频技术:又称移相技术。它利用交-交变频电路将一种频率的交流电源转换成另一种频率的交流电源。
3变频器简介
变频器在中国的应用始于80年代末。由于变频器的优异性能，如良好的节能效果，变频器的使用量越来越大，每年以20%的增幅快速发展。变频器至今没有确切的定义，但根据其功能可以理解为改变电机电源频率值和电压值的自动化电气装置。变频器由电力电子器件、电子元件和微处理器(CPU)组成。变频器是典型的采用变频技术的电气设备。变频器的主要作用是将工频(50Hz或60Hz)交流电源转换成变频交流电源供电机使用，通过改变输出电源的频率来控制电机的转速。因为电子学和电工学告诉我们，电机的转速和消耗的能量有一定的对应关系。一般来说，电机转速越快，消耗的能量越多；反之，电机转速越慢，消耗的能量越少。基于这个原理，变频器可以通过变频器中的微处理器实时调节和控制电机的转速，达到节能的目的。
1)逆变器外形
如图4-51，列举了几种常见变频器的物理形状。
图4-51几种常见变频器的物理外观
2)异步电动机的调速方式
当向三相异步电动机的定子绕组施加三相交流电时，定子绕组会产生旋转磁场，旋转磁场的转速n0与交流电源的频率f和电动机的极数p有如下关系:
电机转子的转速n(即电机的转速)略低于旋转磁场的转速n0(也叫同步转速)，两者之差称为转差率S，电机的转速为:
由于转差率S很小，一般为0.01 ~ 0.05，为计算方便，可近似认为电机转速与定子旋转磁场速度相同，即电机转速近似为:
从公式(4-3)可以看出，三相异步电动机的转速n与交流电源的频率f和电动机的极数p有关。当交流电源的频率f改变时，电机的转速也会改变。通过改变电机的极对数p来调节电机转速的方法称为变极调速。通过改变交流电源频率来调节电机转速的方法称为变频调速，变频器通过改变交流电源频率来调节电机转速。
4变频器组成框图
变频器的作用是将工频(50Hz或60Hz)交流电源转换成变频交流电源供电机使用，通过改变交流电源的频率来控制电机的转速。变频器有很多种，主要分为两大类:交-DC-交变频器和交-交变频器。
1)交流DC交流逆变器
交流-DC-交流变频器先将工频电源转换成DC电源，再将DC电源转换成变频的交流电源，然后供给电机，通过调节输出电源的频率来控制电机转速。交流-DC-交流逆变器的框图如图4-52所示。
将参照图4-52描述交流-DC-交流逆变器的工作原理。
图4-52交流-DC-交流变频器框图
工频交流电源通过整流电路转换成脉动直流，直流经过中间电路滤波平滑后，送入逆变电路。逆变电路在控制电路的控制下，将直流电转换成频率可变的交流电，送至电机，驱动电机运转。改变逆变器电路输出的交流电的频率将相应地改变电机速度。
变频器中的整流电路、中间电路和逆变电路是用来完成交流-DC-交流转换的主要电路，工作在高压大电流状态。控制电路是变频器的控制中心。当它接收到来自输入调节装置或通讯接口的指令信号时，就会发出相应的控制信号来控制主电路，使主电路按照设定的要求工作。同时，控制电路还会将相关设置和机器状态信号发送到显示装置显示相关信息，方便用户操作或了解变频器的工作情况。
变频器的显示装置一般采用显示屏和指示灯；输入调节装置主要包括按钮、开关和旋钮。通信接口用于与其他设备(如可编程控制器PLC)进行通信，接收它们发送的信息，并将变频器的相关信息反馈给这些设备。此外，变频器还有一些其他接口，通过这些接口可以扩展变频器的一些功能，比如外接制动电阻、外接频率计等。
2)交-交变频器
交-交变频器直接将工频电源转换成频率可变的交流电源供给电机，通过调节输出电源的频率来控制电机转速。交-交变频器的组成框图如图4-53所示。从图中可以看出，交-交变频器的主电路不同于交-DC-交变频器的主电路。它采用交-交变频电路，将工频电源直接转换成频率可调的交流电源进行频率控制。
图4-53交-交变频器组成框图
一般交-交变频电路只能降低输入的交流频率并输出，而工频电源的频率本来就低，所以交-交变频器的调速范围很窄。另外，该变换器中使用了大量的晶闸管等电力电子器件，导致器件体积大，成本高。所以交-交变频器的应用远不如交-DC-交变频器广泛，所以大家要重点学习交-DC-交变频器。