变频器

变频驱动器 (VFD) 是一种用于机电驱动系统的电机驱动器，通过改变电机输入频率来控制交流电机速度和扭矩，并根据拓扑结构控制相关电压或电流变化。VFD 也可能称为“AFD”（可调频率驱动器）、“ASD”（可调速驱动器）、“VSD”（变速驱动器）、“交流驱动器”、“ “微型驱动器”、“逆变器驱动器”或简称为“驱动器”。

VFD 的应用范围从小家电到大型压缩机。由于更严格的排放标准以及对更高可靠性和更好可用性的需求，越来越多的最终用户对电驱动系统表现出更大的兴趣。使用 VFD 的系统比使用流体流量节流控制的系统更有效，例如在带有泵和风扇风门控制的系统中。然而，VFD 所有应用的全球市场渗透率相对较小。

在过去的四十年中，电力电子技术降低了 VFD 的成本和尺寸，并通过半导体开关设备、驱动拓扑、仿真和控制技术以及控制硬件和软件的进步提高了性能。

VFD 采用多种不同的低压和中压 AC-AC 和 DC-AC 拓扑结构。

变频驱动器是一种用于驱动系统的设备，由以下三个主要子系统组成：交流电机、主驱动控制器组件和驱动器/操作员界面。

VFD 系统中使用的交流电动机通常是三相感应电动机。某些类型的单相电机或同步电机在某些情况下可能具有优势，但通常首选三相感应电机，因为它最经济。通常使用专为固定速度运行而设计的电机。施加在由 VFD 供电的感应电机上的高压应力要求此类电机根据要求设计用于特定用途的逆变器馈电任务。

VFD 控制器是一种固态电力电子转换系统，由三个不同的子系统组成：整流桥转换器、直流 (DC) 链路和逆变器。

电压源逆变器 (VSI) 驱动器是迄今为止最常见的驱动器类型。大多数驱动器都是交流-交流驱动器，因为它们将交流线路输入转换为交流逆变器输出。然而，在一些应用中，例如公共直流母线或太阳能应用，驱动器被配置为直流-交流驱动器。

VSI 驱动器最基本的整流转换器配置为三相、六脉冲、全波二极管电桥。

在 VSI 驱动器中，直流链路由一个电容器组成，该电容器可以消除转换器的直流输出纹波并为逆变器提供刚性输入。

使用逆变器的有源开关元件将过滤后的直流电压转换为准正弦交流电压输出。

VSI 驱动器提供比相控电流源逆变器 (CSI) 和负载换向逆变器 (LCI) 驱动器更高的功率因数和更低的谐波失真。驱动控制器也可以配置为具有单相转换器输入和三相逆变器输出的相位转换器。

在过去六十年中，控制器的进步利用了固态功率器件的电压和电流额定值以及开关频率的显着提高。 绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 于 1983 年推出，在过去二十年中作为一种逆变器开关设备在 VFD 中占据主导地位。

在适用于电压每赫兹 (V/Hz) 驱动控制的可变转矩应用中，交流电机特性要求调整逆变器输出到电机的电压幅度，以匹配线性 V 中所需的负载转矩 /Hz 的关系。例如，对于 460 V、60 Hz 电机，此线性 V/Hz 关系为 460/60 = 7.67 V/Hz。

虽然适用于范围广泛的应用，但 V/Hz 控制在涉及低速或要求苛刻的动态速度调节、定位和反向负载要求的高性能应用中不是最佳选择。

一些 V/Hz 控制驱动器也可以在二次 V/Hz 模式下运行，甚至可以编程以适应特殊的多点 V/Hz 路径。

另外两个驱动控制平台，矢量控制和直接转矩控制 (DTC)，调整电机电压幅度、参考角度和频率，从而精确控制电机的磁通量和机械扭矩。

尽管空间矢量脉宽调制 (SVPWM) 变得越来越流行，但正弦 PWM (SPWM) 是用于改变驱动器的电机电压（或电流）和频率的最直接的方法。