【正文】 而達到改變異步電動機轉向的目的，只要改變各個開關打開和關斷的順序即可。因為這些開關同時又起著改變電流流向的作用，所以它們又被稱為換流開關或換流器件。 當位于同一橋臂上的兩個開關同時處于開通狀態(tài)時將會出現(xiàn)短路現(xiàn)象，并燒毀換流器件。所以在實際的變頻器逆變電路中還沒有各種相應的輔助電路，以保證逆變電路的正常工作和在發(fā)生意外情況時對換流器件進行保護。 在由逆變電路所完成的將直流電源轉換為交流電源的過程中，開關器件起著非常重要的作用。由于機械式開關的開關頻率和使用壽命都很有限，在實際的逆變電路中采用半導體器件作為開關器件。半導體開關器件的種類很多，如晶體管、晶閘管、GTO、IGBT等。而變頻器本身也常常根據氣逆變電路中使用的半導體開關器件的種類而被稱為晶閘管變頻器、晶體管變頻器等。 在介紹變頻器的種類時我們將遇到變頻器的分類方式的問題。變頻器的分類可以有很多種方式，例如可以按其主電路工作方式進行分類，可以按其開關方式進行分類，可以按其控制方式進行分類，還可以按用途進行分類。下面就根據這幾種分類方法對變頻器進行簡要介紹。 （1）按照主電路工作方式分類。當按照主電路工作方式進行分類時，變頻器可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器。電壓型變頻器的特點是將直流電壓源轉換為交流電源，而電流型變頻器的特點則是將直流電流源轉換為交流電源。 ①電壓型變頻器。在電壓型變頻器中，整流電路或者斬波電路產生逆變電路所需要的直流電壓，并通過直流中間電路的電容進行平滑后輸出。整流電路和直流中間電路起直流電壓源的作用，而電壓源輸出的直流電壓在逆變電路中被轉換為具有所需要頻率的交流電壓。 在電壓型變頻器中，由于能量回饋給直流中間電路的電容，并使直流電壓上升，還需要有專用的放電電路，以防止換流器件因電壓過高而被破壞。 ②電流型變頻器。在電流型變頻器中，整流電路給出直流電流，并通過中間電路的電抗將電流進行平滑后輸出。整流電路和直流中間電路起電流源的作用，而電流源輸出的直流電流在逆變電路中被轉換為具有所需頻率的交流電流，并被分配給各輸出相后作為交流電流提供給電動機。在電流型變頻器中，電動機定子電壓的控制是通過檢測電壓后對電流進行控制的方式實現(xiàn)的。 對于電流型變頻器來說，在電動機進行制動的過程中可以通過將直流中間電路的電壓反向的方式使整流電路變?yōu)槟孀冸娐?，并將負載的能量回饋給電源。 由于在采用電流控制方式是可以將能量回饋給電源，而且在出現(xiàn)負載短路等情況時也更容易處理，電流型控制方式更適合于大容量變頻器。 （2）按照開關方式分類。當談到變頻器的開關方式是通常講的都是變頻器逆變電路的開關方式。而在按照逆變電路的開關方式對變頻器進行分類時，則變頻器可以分為PAM控制方式，PWM控制方式和高載頻PWM控制方式三種。 ①PAM控制方式。PAM控制是Pulse Amplitude Modulation（脈沖振幅調制）的簡稱，是一種在整流電路部分對輸出電壓(電流）的幅值進行控制，而在逆變電路部分對輸出頻率進行控制的控制方式。因為在PAM控制的變頻器中逆變電路換流器件的開關頻率即為變頻器的輸出頻率，所以這是一種同步調速方式。 由于逆變電路換流器件的開關頻率較低，在使用PAM控制方式的變頻器進行調速驅動時具有電動機運轉噪聲小，效率高等特點。但是，由于種種控制方式必須同時對整流電路和逆變電路進行控制，控制電路比較復雜。此外，這種控制方式也還具有當電動機進行低速運轉時波動較大的缺點。 ②PWM控制方式。PWM控制是 Pulse Width Modulation(脈沖寬度調制）控制的簡稱，是在逆變電路部分同時對輸出電壓（電流）的幅值和頻率進行控制的控制方式。在這種控制中，并通過改變輸出脈沖的寬度來達到控制電壓（電流）的目的。 為了使異步電動機在進行調速運轉時能夠更加平滑，目前在變頻器中多采取正弦波PWM控制方式。所謂正弦波PWM控制方式指的是通過改變PWM輸出的脈沖寬度，使輸出電壓的平均值接近于正弦波。這種控制方式也稱為SPWM控制。 采用PWM控制方式的變頻器具有可以減少高次諧波帶來的各種不良影響，轉矩波動小，而且控制電路簡單，成本低等特點，是目前在變頻器中采用最多的一種逆變電路控制方式。但是，該方式也具有當載波頻率不合適時會產生較大的電動機運轉噪聲的缺點。為了克服這個缺點，在采用PWM控制方式的新型變頻器中都具有一哥可以改變變頻器載波頻率的功能，以便使用戶可以根據實際需要改變變頻器的載波頻率，從而達到降低電動機運轉噪聲的目的。 ③高載頻PWM控制方式。這種控制方式原理上實際是對PWM控制方式的改進，是為了降低電動機運轉噪聲而采用的一種控制方式。在這種控制方式中，載頻被提高到人耳可以聽到的頻率以上，從而達到降低電動機噪聲的目的。這種控制方式主要用于低噪聲型的變頻器，也將是今后變頻器的發(fā)展方向。由于這種控制方式對換流器件的開關速度有較高的要求，所以用換流器件只能使用具有較高開關速度的IGBT或MOSFET等半導體元器件，目前在大容量變頻器中的利用仍然受到一定限制。但是，隨著電力電子技術的反展，具有較高開關速度的環(huán)流元器件的容量將越來越大，所以預計采用這種控制方式的變頻器也將越來越多。 PWM控制和高載頻PWM控制都屬于異步調速方式，即變頻器的輸出頻率不等于逆變電路換流器件的開關頻率。 （3）按照工作原理分類。當按照工作原理對變頻器進行分類時，按變頻器技術的發(fā)展過程可以分為V/f控制方式、轉差頻率控制方式和矢量控制方式三種。 ① V/f控制變頻器。V/f控制是一種比較簡單的控制方式。它的基本特點是對變頻器輸出的電壓和頻率同時進行控制，通過使V/f（電壓和頻率的比）的值保持一定而得到所需的轉矩特型。采用V/f控制方式的變頻器控制電路成本較低，多用于對精度要求不太高的通用變頻器。 ②轉差頻率控制變頻器。轉差頻率控制方式是對V/f控制的一種改進。在采用這種控制方式的變頻器中，電動機的實際速度由安裝在電動機上的速度傳感器和變頻器控制電路得到，而變頻器的輸出頻率則由電動機的實際轉速與所需轉差頻率的和被自動設定，從而達到在進行調速控制的同時控制電動機輸出轉矩的目的。 轉差頻率控制是利用了速度傳感器的速度閉環(huán)控制，并可以在一定程度上對輸出轉矩進行控制，所以和V/f控制相比，在負載發(fā)生較大變化時仍能達到較高的速度精度和具有較好的轉矩特性。但是，由于采用這種控制方式時需要在電動機上安裝速度傳感器，并需要根據電動機的特性調節(jié)轉差，通常多用于廠家指定的專用電動機，通用性較差。 ③矢量控制變頻器。矢量控制是20世紀70年代由西德Blaschke等人首先提出來的對交流電動機的一種新的控制思想和控制技術，也是交流電動機的一種理想的調速方法。矢量控制的基本思想是將異步電動機的定子電流分為產生磁場的電流分量（勵磁電流）和與其相垂直的產生轉矩的電流分量（轉矩電流）并分別加以控制。由于在這種控制方式中必須同時控制異步電動機定子電流的幅值和相位，即控制定子電流矢量，這種控制方式稱為矢量控制方式。 矢量控制方式使對異步電動機進行高性能的控制成為可能采用矢量控制方式的交流調速系統(tǒng)不僅在調速范圍上可以與直流電動機相匹敵，而且可以直接控制異步電動機產生的轉矩。所以已經在許多需要進行精密控制的領域得到了應用。 由于在進行矢量控制時需要準確地掌握對象電動機的有關參數(shù)，這種控制方式過去主要用于廠家指定的變頻器專用電動機的控制。但是，隨著變頻器調速理論和技術的發(fā)展以及現(xiàn)代控制理論在變頻器中的成功應用，目前在新型矢量控制變頻器中已經增加了自調整功能。帶有這種功能的變頻器在驅動異步電動機進行運轉之前可以自動地對電動機的參數(shù)進行辨識并根據辨識的結果調整控制算法中的有關參數(shù)，從而使得對普通的異步電動機進行有效的矢量控制也稱為可能。（4） 按照用途分類。在上面介紹的變頻器分類方式中我們是按照變頻器的工作原理對其進行分類的，但是，對于一個變頻器的用戶來說，他關心更多的也可能是變頻器的用途而不是其工作原理。下面，介紹一下按照用途對變頻器進行分類是變頻器的種類。 當按照用途對變頻器進行分類時，變頻器可以分為以下幾種類型。 ①通用變頻器。顧名思義，通用變頻器的特點是其通用性。這里通用性指的是通用變頻器可以對普通的異步電動機進行調速控制。 隨著變頻器技術的發(fā)展和市場需要的不斷擴大，通用變頻器也在朝著兩個方向發(fā)展：低成本的簡易型通用變頻器和高性能多功能的通用變頻器。這兩類變頻器分類變頻器分別具有以下特點： 簡易型通用變頻器是一種以節(jié)能為主要目的而削減了一些系統(tǒng)功能的通用變頻器。它主要應用于水泵、風扇、鼓風機等對于系統(tǒng)的調速性能要求不高的場所，并具有體積小，價格低等方面的優(yōu)勢。 高性能多功能通用變頻器在設計過程中充分考慮了在變頻器應用中可能出現(xiàn)的各種需要，并為滿足這些需要在系統(tǒng)軟件和硬件方面都做了相應的準備。在使用時，用戶可以根據負載特性選擇算法并對變頻器的各種參數(shù)進行設定，也可以根據系統(tǒng)的需要選擇廠家所提供的各種選件來滿足系統(tǒng)的特殊需要。高性能多功能變頻器除了可以應用于簡易型變頻器的所有領域之外，還廣泛應用于傳送帶、升降裝置以及各種機床、電動車輛等對調速系統(tǒng)的性能和功能有比較高要求的許多場合。 過去，通用型變頻器基本上采用的是電路結構比較簡單的V/f控制方式，與采用了轉矩矢量控制方式的高性能變頻器相比，在轉矩控制性能方面要差一點。但是，隨著變頻器技術的發(fā)展和變頻器參數(shù)自調整的實用化，目前一些廠家已經推出了采用矢量控制方式的高性能多功能通用變頻器，以適應競爭日趨激烈的變頻器市場的需要。這種高性能多功能通用變頻器在性能上已經接近過去的高性能矢量控制變頻器，但在價格方面卻與過去采用V/f控制方式的通用變頻器基本持平。因此，可以相信，隨著電力電子技術和計算機技術的發(fā)展，今后變頻器的性能價格比將會不斷提高。 ②高性能專用變頻器。隨著控制理論，交流調速理論和電力電子技術的發(fā)展，異步電動機的矢量控制方式得到了充分地重視和發(fā)展，采用矢量控制方式控制高性能變頻器和變頻器專用電動機所組成的調速系統(tǒng)在性能上已經大達到和超過了直流伺服系統(tǒng)。此外，由于異步電動機還具有對環(huán)境適應性強、維護簡單等許多直流伺服電動機對不具備的優(yōu)點，在許多需要進行高速高精度的應用中這種高性能交流調速系統(tǒng)正在逐步替代直流伺服系統(tǒng)。 與通用變頻器相比，高性能專用變頻器基本上采用了矢量控制方式，而驅動對象通常是變頻器廠家指定的專用電動機，并且主要應用于對電動機的控制性能要求較高的系統(tǒng)。此外，高性能專用變頻器往往是為了滿足某些特定產業(yè)或區(qū)域的需要，使變頻器在該區(qū)域中具有最好的性能價格比而設計生產的。例如，在機床主軸驅動專用的高性能變頻器中，為了便于和數(shù)控裝置配合完成各種工作，變頻器的主電路、回饋制動電路和各種接口電路等被做成一體，從而達到了縮小體積和降低成本的要求。而在纖維機械驅動方面，為了便于大系統(tǒng)的維修保養(yǎng)，變頻器則采用了可以簡單地進行拆裝的盒式結構。 ③高頻變頻器。在超精密加工和高性能機械區(qū)域中常常要用到高速電動機。為了滿足這些高速電動機驅動的需要，出現(xiàn)了采用PAM控制方式的高速電動機驅動用變頻器。這類變頻器的輸出頻率可以達到3kHz,所以在驅動兩級異步電動機時電動機的最