變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。
變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。變頻器靠?jī)?nèi)部IGBT的開(kāi)斷來(lái)調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來(lái)提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載保護(hù)等等。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。
一、變頻器的組成：
變頻器是由主電路、整流器、平波回路、逆變器組成的。
1）主電路：
主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類(lèi)：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器“。
2）整流器：
大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)。 [4]
3）平波回路
在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。裝置容量小時(shí)，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡(jiǎn)單的平波回路。
4）逆變器
同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時(shí)間使6個(gè)開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型pwm逆變器為例示出開(kāi)關(guān)時(shí)間和電壓波形。
控制電路是給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的回路，它有頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測(cè)電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路”，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的“驅(qū)動(dòng)電路”，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路”組成。
（1）運(yùn)算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。
（2）電壓、電流檢測(cè)電路：與主回路電位隔離檢測(cè)電壓、電流等。
（3）驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。
（4）速度檢測(cè)電路:以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸機(jī)上的速度檢測(cè)器(tg、plg等)的信號(hào)為速度信號(hào)，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。
（5）保護(hù)電路：檢測(cè)主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過(guò)載或過(guò)電壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞。
二、變頻器的具體分類(lèi)分為：
隨著市場(chǎng)的擴(kuò)大和用戶(hù)端需求的多樣化，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的變頻器產(chǎn)品功能不斷完善，集成度和系統(tǒng)化程度越來(lái)越高，操作更加方便，同時(shí)也出現(xiàn)了某些行業(yè)的專(zhuān)用變頻器產(chǎn)品。另外，變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。從工廠的生產(chǎn)加工設(shè)備到中央空調(diào)、從重型機(jī)械到輕紡行業(yè)、從0.4KW的小功率到20000KW大功率電機(jī)都已廣泛使用，且取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。因此，變頻器的分類(lèi)具體分為一下幾大類(lèi)：
1）按輸入電壓等級(jí)分類(lèi)
變頻器按輸入電壓等級(jí)可分低壓變頻器和高壓變頻器，低壓變頻器國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的有單相220 V變頻器、三相220 V變頻器、i相380 V變頻器。高壓變頻器常見(jiàn)有6 kV、10 kV變壓器，控制方式一般是按高低一高變頻器或高一高變頻器方式進(jìn)行變換的。
2）按變換頻率的方法分類(lèi)
變頻器按頻率變換的方法分為交-交型變頻器和交-直交型變頻器。交-交型變頻器可將工頻交流電直接轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可以控制的交流，故稱(chēng)直接式變頻器。交直-交型變頻器則是先把工頻交流電通過(guò)整流裝置轉(zhuǎn)變成直流電，然后再把直流電變換成頻率、電壓均可以調(diào)節(jié)的交流電，故又稱(chēng)為間接型變頻器。
3）按直流電源的性質(zhì)分類(lèi)
在交-直-交型變頻器中，按主電路電源變換成直流電源的過(guò)程中，直流電源的性質(zhì)分為電壓型變頻器和電流型變頻器。
三、變頻器的作用：
1、變頻節(jié)能
變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風(fēng)機(jī)、水泵的應(yīng)用上。為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)機(jī)械在設(shè)計(jì)配用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)時(shí)，都留有一定的富余量。當(dāng)電機(jī)不能在滿負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，除達(dá)到動(dòng)力驅(qū)動(dòng)要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費(fèi)。風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過(guò)調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門(mén)開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)給風(fēng)量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門(mén)的截流過(guò)程中。當(dāng)使用變頻調(diào)速時(shí)，如果流量要求減小，通過(guò)降低泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即可滿足要求。以上海正藝信息科技有限公司生產(chǎn)的變頻器應(yīng)用到風(fēng)機(jī)水泵型負(fù)載的節(jié)能的例子來(lái)說(shuō)：一臺(tái)離心泵電機(jī)功率為55千瓦，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的4/5時(shí)，其耗電量為28.16千瓦，省電48.8％，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的l／2時(shí)，其耗電量為6.875千瓦，省電87.5％。
2、功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能
無(wú)功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低，大量的無(wú)功電能消耗在線路當(dāng)中，設(shè)備使用效率低下，浪費(fèi)嚴(yán)重，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，從而減少了無(wú)功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。
3、軟啟動(dòng)節(jié)能
電機(jī)硬啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會(huì)對(duì)電網(wǎng)容量要求過(guò)高，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流和震動(dòng)時(shí)對(duì)擋板和閥門(mén)的損害極大，對(duì)設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開(kāi)始，最大值也不超過(guò)額定電流，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求，延長(zhǎng)了設(shè)備和閥門(mén)的使用壽命。節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。
4、據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)變頻器總的潛在市場(chǎng)空間大約為1200億～1800億元，其中常壓變頻器約占市場(chǎng)份額的60%左右，中、高壓變頻器的需求數(shù)量相對(duì)比較少，但由于單臺(tái)變頻器功率大、售價(jià)高，也占市場(chǎng)的40%左右。
國(guó)內(nèi)帶變動(dòng)負(fù)載、具有節(jié)能潛力的電機(jī)至少有1.8億千瓦，由此為變頻器的應(yīng)用提供了極為巨大的市場(chǎng)。資料顯示，我國(guó)變頻器市場(chǎng)一直保持著12%～15%的增長(zhǎng)率，預(yù)計(jì)至少在今后5年內(nèi)，變頻器市場(chǎng)需求仍將保持10%以上的增長(zhǎng)率。而在10年以后，變頻器市場(chǎng)才能逐漸飽和。當(dāng)然，隨著用戶(hù)需求的進(jìn)步和多樣化，變頻器產(chǎn)品的功能在不斷完善和增加，集成度和系統(tǒng)化程度也越來(lái)越高，并且已經(jīng)出現(xiàn)某些領(lǐng)域?qū)Ｓ霉?jié)能變頻器產(chǎn)品。變頻器的節(jié)能原理為：變頻器使得電動(dòng)機(jī)及其拖動(dòng)負(fù)載在無(wú)需任何改動(dòng)的情況下即可按照生產(chǎn)工藝要求調(diào)整轉(zhuǎn)速輸出，降低了電機(jī)功耗，在節(jié)能減排領(lǐng)域有著巨大獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到了系統(tǒng)高效運(yùn)行的目的。從整體看，我國(guó)變頻器行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。由于市場(chǎng)極具吸引力，不但市場(chǎng)已形成一定規(guī)模，而且潛在容量也十分可觀，不斷吸引著行業(yè)新參與者，變頻器技術(shù)的發(fā)展，使變頻器在電力、水泥、電梯、礦山、冶金、交通等現(xiàn)代化領(lǐng)域得到空前的推廣和應(yīng)用，相信變頻器應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛，市場(chǎng)前景看好。變頻器企業(yè)應(yīng)該借著“十二五”節(jié)能減排的東風(fēng)，更好的樹(shù)立節(jié)能的觀念。將產(chǎn)品的節(jié)能性能更上一個(gè)臺(tái)階，這對(duì)于變頻器企業(yè)未來(lái)的發(fā)展是十分有利的。
四、變頻器的日常保養(yǎng)：
定期除塵檢查風(fēng)扇進(jìn)風(fēng)口是否堵死，每月清掃空氣過(guò)濾器冷卻風(fēng)道及內(nèi)部灰塵。
定期檢查，應(yīng)一年進(jìn)行一次：檢查螺絲釘、螺栓以及即插件等是否松動(dòng)，輸入輸出電抗器的對(duì)地及相間電阻是否有短路現(xiàn)象，正常應(yīng)大于幾十兆歐。導(dǎo)體及絕緣體是否有腐蝕現(xiàn)象，如有要及時(shí)用酒精擦拭干凈。
測(cè)量開(kāi)關(guān)電源輸出各電路電壓的平穩(wěn)性，如：5V、12V、15V、24V等電壓。接觸器的觸點(diǎn)是否有打火痕跡，嚴(yán)重的要更換同型號(hào)或大于原容量的新品接觸器；確認(rèn)控制電壓的正確性，進(jìn)行順序保護(hù)動(dòng)作試驗(yàn)；確認(rèn)保護(hù)顯示回路無(wú)異常；確認(rèn)變頻器在單獨(dú)運(yùn)行時(shí)輸出電壓的平衡度。
認(rèn)真做好變頻器的日常維護(hù)保養(yǎng)及其檢修工作，內(nèi)容主要包括：
1、定期對(duì)變頻器進(jìn)行除塵，重點(diǎn)是整流柜、逆變柜和控制柜，必要時(shí)可將整流模塊、逆變模塊和控制柜內(nèi)的線路板拆出后進(jìn)行除塵。變頻器下進(jìn)風(fēng)口、上出風(fēng)口是否積塵或因積塵過(guò)多而堵塞。變頻器因本身散熱要求通風(fēng)量大，故運(yùn)行一定時(shí)間以后，表面積塵十分嚴(yán)重，須定期清潔除塵。
2、將變頻器前門(mén)打開(kāi), 后門(mén)拆開(kāi), 仔細(xì)檢查交、直流母排有無(wú)變形、腐蝕、氧化，母排連接處螺絲有無(wú)松脫，各安裝固定點(diǎn)處堅(jiān)固螺絲有無(wú)松脫，固定用絕緣片或絕緣柱有無(wú)老化開(kāi)裂或變形，如有應(yīng)及時(shí)更換，重新緊固，對(duì)已發(fā)生變形的母排須校正后重新安裝。
3、對(duì)線路板、母排等除塵后，進(jìn)行必要的防腐處理，涂刷絕緣漆，對(duì)已出現(xiàn)局部放電、拉弧的母排須去除其毛刺后，再進(jìn)行處理。對(duì)已絕緣擊穿的絕緣板，須去除其損壞部分，在其損壞附近用相應(yīng)絕緣等級(jí)的絕緣板對(duì)其進(jìn)行隔絕處理，緊固并測(cè)試絕緣并認(rèn)為合格后方可投入使用。
4、 整流柜、逆變柜內(nèi)風(fēng)扇運(yùn)行及轉(zhuǎn)動(dòng)是否正常，停機(jī)時(shí)，用手轉(zhuǎn)動(dòng)，觀察軸承有無(wú)卡死或雜音，必要時(shí)更換軸承或維修。
5、對(duì)輸入、整流及逆變、直流輸入快熔進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)燒毀及時(shí)更換。
6、中間直流回路中的電容器有無(wú)漏液，外殼有無(wú)膨脹、鼓泡或變形，安全閥是否破裂，有條件的可對(duì)電容容量、漏電流、耐壓等進(jìn)行測(cè)試，對(duì)不符合要求的電容進(jìn)行更換，對(duì)新電容或長(zhǎng)期閑置未使用的電容，更換前須對(duì)其進(jìn)行鈍化處理。濾波電容的使用周期一般為5年，對(duì)使用時(shí)間在5年以上，電容容量、漏電流、耐壓等指標(biāo)明顯偏離檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的，應(yīng)酌情部分或全部更換。
7、對(duì)整流、逆變部分的二極管、GTO用萬(wàn)用表進(jìn)行電氣檢測(cè)，測(cè)定其正向、反向電阻值，并在事先制定好的表格內(nèi)認(rèn)真做好記錄，看各極間阻值是否正常，同一型號(hào)的器件一致性是否良好，必要時(shí)進(jìn)行更換。
8、對(duì)A1、A2進(jìn)線柜內(nèi)的主接觸器及其它輔助接觸器進(jìn)行檢查，仔細(xì)觀察各接觸器動(dòng)靜觸頭有無(wú)拉弧、毛刺或表面氧化、凹凸不平，發(fā)現(xiàn)此類(lèi)問(wèn)題應(yīng)對(duì)其相應(yīng)的動(dòng)靜觸頭進(jìn)行更換，確保其接觸安全可靠。
9、仔細(xì)檢查端子排有無(wú)老化、松脫，是否存在短路隱性故障，各連接線連接是否牢固，線皮有無(wú)破損，各電路板接插頭接插是否牢固。進(jìn)出主電源線連接是否可靠，連接處有無(wú)發(fā)熱氧化等現(xiàn)象，接地是否良好。
10、 電抗器有無(wú)異常鳴叫、振動(dòng)或糊味。
（另外，有條件的可對(duì)濾波后的直流波形、逆變輸出波形及輸入電源諧波成分進(jìn)行測(cè)定。）
