变频器的基本知识
变频器是工频电源(50)Hz或60Hz)将交流电源转换为各种频率，实现电机变速运行的设备，控制电路完成主电路控制，整流电路将交流电转换为直流电，直流中间电路平稳过滤整流电路的输出，逆变电路将直流电转换为交流电。对于需要大量操作的变频器，如矢量控制变频器，有时需要一个转矩计算CPU还有一些相应的电路。变频调速是通过改变电机定子绕组的供电频率来达到调速的目的。
变频技术诞生于交流电机无级调速的需要。20世纪60年代以后，经历过电力电子设备SCR(晶闸管)，GTO(门极可关闭晶闸管)，BJT(双极功率晶体管)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)，IGBT(绝缘栅双极晶体管)HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管)的发展过程，该设备的更新促进了电力电子变换技术的不断发展。自20世纪70年代以来，脉宽调制变压变频(PWM－VVVF)调速研究引起了人们的高度重视。自20世纪70年代以来，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，作为变频技术的核心PWM模式优化问题吸引了人们的浓厚兴趣，得到了鞍形波的优化模式PWM模型效果最好。从20世纪80年代后半期开始，美国、日本、德国、英国等发达国家VVVF变频器已投入市场并获得了广泛应用。
变频器的分类方法有很多，可分为电压变频器和电流变频器，可分为开关分类PAM控制变频器，PWM控制变频器和高负荷频率PWM控制变频器；按工作原理分类V/f控制变频器，转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器。
VVVF：改变电压和频率 CVCF：恒压，恒频。各国使用的交流工厂，各国使用的交流电源的电压和频率都是400V/50Hz或200V/60Hz(50Hz)，等等。通常，将电压和频率固定的交流电转换为电压或频率可变的交流电的装置称为变频器。为了产生可变电压和频率，设备应首先将电源的交流电转换为直流电(DC)。
变频器用于电机控制，可以改变电压和频率。
变频器的工作原理
我们知道交流电机的同步速度表达位置：
n＝60 f(1－s)/p (1)
式中
n———异步电动机的转速；
f———异步电机的频率；
s———电机转差率；
p———电机极对数。
由式(1)可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz当范围发生变化时，电机的速度调节范围非常宽。变频器是一种理想的高效、高性能的调速手段，通过改变电机高性能的调速手段。
变频器原理框图
图1
变频器控制模式
低压通用变频输出电压为380~650V，输出功率为0.75～400kW，0~4000工作频率Hz，其主电路均采用交-直-交电路。其控制方法经历了以下四代。
1. U/f=C正弦脉宽调制(SPWM)控制方式
其特点是控制电路结构简单，成本低，机械硬度好，能满足一般传动平稳调速要求，已广泛应用于行业各个领域。但这种控制方法在低频时，由于输出电压定子电阻压降的影响较大，使输出最大转矩降低。此外，其机械特性不如直流电机硬，动态扭矩能力和静态调速性能不令人满意，系统性能不高，控制曲线随负载变化、扭矩响应慢、电机扭矩利用率低、定子电阻和逆变器死区效应低、稳定性差等。因此，人们研究了矢量控制变频调速。
2.电压空间矢量(SVPWM)控制方式
以三相波形整体生成效果为前提，以接近电机气隙的理想圆旋转磁场轨迹为目的，一次生成三相调制波形，通过切割多边形接近圆来控制。实际使用后，引入频率补偿可以消除速度控制误差；通过反馈估计磁链振幅，消除低速定子电阻的影响；输出电压和电流闭环，提高动态精度和稳定性。但控制电路环节较多，没有引入扭矩调节，因此系统性能没有得到根本改善。
3. 矢量控制(VC)方式
矢量控制变频调速的方法是在三相坐标系下定子电流异步电机Ia、Ib、Ic、在两相静态坐标系下，通过三相-二相变换等效交流电流Ia1Ib1.在同步旋转坐标系下，通过定向旋转转换转子磁场，等效成直流电流Im1、It1(Im相当于直流电机的励磁电流；It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。其实质是将交流电机等效为直流电机，独立控制速度和磁场的两个重量。本质是将交流电机等同于直流电机，独立控制速度和磁场的两个重量。通过控制转子磁链，然后分解定子电流，获得扭矩和磁场两个重量，通过坐标变换，实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。但在实际应用中，由于转子磁链难以准确观察，系统特性受电机参数影响较大，等效直流电机控制过程中矢量旋转变化复杂，实际控制效果难以达到理想的分析效果。
4. 直接转矩控制(DTC)方式
1985年，德国鲁尔大学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，并以新颖的控制理念、简洁明了的系统结构和优异的动态和静态性能迅速发展。目前，该技术已成功应用于电力机车牵引的大功率交流传动。 交流电机的数学模型在定子坐标系下直接分析，电机的磁链和转矩得到控制。它不需要将交流电机等同于直流电机，因此在矢量旋转转换中节省了许多复杂的计算；它不需要模仿直流电机的控制，也不需要简化交流电机的数学模型来解耦。
5.矩阵式交-交控
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，直流电路需要储能电容大，再生能量不能反馈回电网，即四象限运行。为此，矩阵交变频应运而生。由于矩阵交变频节省了中间直流环节，因此节省了体积大、价格昂贵的电解电容。它可以实现功率因数为l，输入电流为正弦，四象限运行，系统功率密度高。虽然该技术还不成熟，但仍吸引了许多学者的深入研究。本质不是间接控制电流、磁链等量，而是直接将扭矩作为控制量。具体方法如下：
将定子磁链引入定子磁链观测器，实现无速度传感器；
自动识别(ID)自动识别电机参数，依靠精确的电机数学模型；
实时控制实际转矩、定子磁链、转子速度，计算实际值对应的定子阻抗、互感、磁饱和因素、惯量；
实现Band—Band控制按磁链和转矩的Band—Band控制产生PWM控制逆变器开关状态的信号。
矩阵交-交变频具有快速的扭矩响应(2ms)，速度精度高(±2%，无PG反馈)，高扭矩精度(+3%)；同时，它还具有较高的启动扭矩和高扭矩精度，特别是在低速（包括0速）时，可输出150%~200%的扭矩。
变频器使用中遇到的问题及故障预防
由于使用方法不正确或环境设置不合理，容易导致变频器误操作和故障，或不能满足预期的操作效果。为了防止萌芽状态，提前仔细分析故障原因尤为重要。
外部电磁感应干扰
如果变频器周围有干扰源，它们会通过辐射或电源线侵入变频器，导致控制电路误移，导致异常工作或停机，甚至在严重情况下损坏变频器。提高变频器本身的抗干扰能力很重要，但由于设备成本的限制，在外部采取噪声抑制措施更合理和必要