通用變頻器（Variable Voltage Variable Frequency,VVVF）是利用絕緣柵雙極型晶體管(IGBT）等電力電子器件按照一定的規(guī)律將工頻電源變換為U/f（電壓和頻率比）可變的電源輸出，對通用三相異步電動機(jī)進(jìn)行速度控制的控制器。當(dāng)通用三相異步電動機(jī)被通用變頻器拖動時(shí)，將按設(shè)定的斜坡函數(shù)運(yùn)行曲線同時(shí)改變其定子電壓和頻率，以控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，達(dá)到變頻調(diào)速的目的，這也是通用變頻器的基本原理。

通用變頻器有單相和三相兩類。單相變頻器是單相輸入三相輸出，而不是單相輸出，選擇時(shí)應(yīng)注意。除此之外，還有專用變頻器、高頻變頻器、高壓變頻器等。另外，根據(jù)控制方式，通用變頻器有U/f控制方式、矢量控制方式和直接轉(zhuǎn)矩控制方式三類。U/f控制方式通用變頻器也稱為風(fēng)機(jī)、水泵專用變頻器，用于二次方降轉(zhuǎn)矩負(fù)載；矢量控制方式和直接轉(zhuǎn)矩控制方式通用變頻器也稱為高性能通用變頻器，主要特點(diǎn)是動態(tài)性能高、機(jī)械特性硬，低速過載能力大，可實(shí)現(xiàn)挖土機(jī)特性，主要用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。高性能通用變頻器－般也具有U/f控制方式，使用時(shí)根據(jù)需要通過菜單選擇。

目前，通用變頻器的品牌繁多，幾乎世界上所有大的電氣公司、廠商都有自己的通用變頻器品牌，并在中國市場上銷售。我國自行設(shè)計(jì)、生產(chǎn)變頻器的公司、廠商也達(dá)上百家。

通用變頻器的結(jié)構(gòu)原理

通用變頻器的外形結(jié)構(gòu)

下圖是羅克韋爾PF700通用變頻器的外形結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，右上角圖是LCD顯示數(shù)字操作面板，可以通過連接電纜遠(yuǎn)離通用變頻器本體連接而遠(yuǎn)距離操作通用變頻器。在通用變頻器的上后部有冷卻風(fēng)扇，當(dāng)開機(jī)時(shí)，與通用變頻器同步工作，以冷卻功率模塊。控制端子與控制板（左上圖）安裝在一起，用于連接I/O信號；主回路端子（見中下兩圖）與主電路的功率模塊連接，主回路端子用于連接輸入電源和電動機(jī)。右下角是通信接口模塊。

通用變頻器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

從通用變頻器的控制原理上看，其基本結(jié)構(gòu)由主電路，包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器，主控制板、通信和外部接口及顯示操作面板組成，如圖所示。

主電路接線端子中，R、S、T（或標(biāo)注Ll、L2、L3）是電源輸入端子，接電網(wǎng)三相交流電；U、V、W是交流輸出端子，接電動機(jī)。

整流器有可控整流橋和不可控整流橋兩種，大多數(shù)通用變頻器采用不可控整流橋，具有能量回饋功能的通用變頻器采用可控整流橋。整流橋的作用是把三相交流變換為直流，作為逆變器的恒定電源。逆變器是將直流轉(zhuǎn)換成交流的換流器，它是由6個(gè)IGBT組成的三相逆變橋，采用脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation,PWM）技術(shù)，從而獲得大功率、高效率的交流輸出。中間直流環(huán)節(jié)是一個(gè)（組）大容量電解電容器起穩(wěn)定直流電壓、濾波和存儲回饋能量作用。由于逆變器的負(fù)載為異步電動機(jī)，屬于感性負(fù)載，無論電動機(jī)處于電動或發(fā)電制動狀態(tài)，其功率因數(shù)總不會為1。因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動機(jī)之間總會有無功功率的交換，這種無功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件（電容器或電抗器）來緩沖，所以常稱中間直流環(huán)節(jié)為中間直流儲能環(huán)節(jié)。

控制電路是通用變頻器的心臟，包括CPU、控制策略算法電路、信號檢測電路、驅(qū)動和保護(hù)電路、外部接口、數(shù)字操作面板插口等構(gòu)成。控制策略算法電路即與通用變頻器控制方式對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型及運(yùn)行曲線（斜坡函數(shù)）。高性能的通用變頻器目前已經(jīng)采用微處理器進(jìn)行全數(shù)字控制，硬件電路簡單，主要靠軟件實(shí)現(xiàn)各種控制和保護(hù)功能。可以通過數(shù)字操作面板來設(shè)定各種參數(shù)和選擇所需要的功能。新型通用變頻器還可以通過編程和調(diào)試軟件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和監(jiān)控。

通用變頻器的數(shù)字操作面板是一個(gè)具有LED或LCD顯示和操作鍵的微型界面，利用它可以進(jìn)行各種參數(shù)編程、監(jiān)視和運(yùn)行操作，監(jiān)視通用變頻器的運(yùn)行狀態(tài)，顯示頻率指令值和實(shí)際輸出頻率、輸出電壓指令值和實(shí)際輸出電壓及輸出電流等。當(dāng)通用變頻器保護(hù)功能動作后，可以通過操作面板顯示故障內(nèi)容、查看故障原因等。運(yùn)行操作包括運(yùn)行／停止、正轉(zhuǎn)／反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動、輸出頻率設(shè)定等內(nèi)容，可以根據(jù)外部給定信號進(jìn)行設(shè)定。

外部接口電路通常包括多功能輸入輸出I/O接線端子、頻率指令輸入輸出I/O接線端子、串行通信接口和特殊輸入輸出端子等。多功能I/O接線端子是可編程的，可以通過編程定義端子的功能。頻率指令I(lǐng)/O接線端子是模擬量輸入端子，用于通過電位器或標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)信號進(jìn)行速度控制。串行通信接口通常是RS-232或RS-485，不同品牌的通用變頻器遵循不同的通信協(xié)議，用于連網(wǎng)通信。如西門子通用變頻器的串行通信接口RS-485，通信協(xié)議是USS協(xié)議。特殊輸入輸出端子主要是模擬量輸出信號和數(shù)字量輸出信號等，通過相應(yīng)的接口可進(jìn)行頻率、速度等的輸出顯示、故障報(bào)警等。

審核編輯 黃昊宇