什么是變頻器（VFD）？

變頻器改變輸出電壓頻率和幅度，以改變所連接的感應(yīng)電機的速度、功率和扭矩，以滿足負(fù)載條件。典型的變頻器由三個主要部分組成：

整流器 中間電路/直流母線 逆變器

您可能會注意到該圖看起來與雙轉(zhuǎn)換 UPS 非常相似。事實上，兩者之間的主要區(qū)別在于，UPS 中逆變器部分的控制試圖保持一致的電壓和頻率輸出，而不管電流輸出如何，而不是通過通常一致的電流輸出來改變電壓和頻率來加速或減慢電機負(fù)載。因此，變頻器通常根據(jù)最大電流輸出來額定，而 UPS 根據(jù)功率輸出來額定。

雖然變頻器各部分的具體配置可能因制造商而異，但基本結(jié)構(gòu)是相同的。整流器部分由一組快速開關(guān)組成，可將輸入的交流電壓源轉(zhuǎn)換為脈動直流電壓。中間電路由直流總線和相關(guān)電路組成，用于穩(wěn)定和平滑脈動整流器輸出。直流總線電壓大約是輸入交流電源電壓的 1.414 倍，具體取決于設(shè)計類型。該直流母線電壓可供逆變器部分使用，逆變器部分從直流母線電壓合成交流正弦波電壓輸出。

逆變器部分的輸出不是真正的正弦波，而是基于脈寬調(diào)制 (PWM) 原理的近似值，脈寬調(diào)制 (PWM) 是主要的逆變器技術(shù)。逆變器部分中的一組快速動作開關(guān)產(chǎn)生與直流母線電壓成比例的恒定幅度的電壓脈沖。在三相變頻器中，有六個開關(guān)，每相有一對開關(guān)。在每對開關(guān)中，一個開關(guān)生成正弦波的正分量，第二個開關(guān)根據(jù)直流總線電壓生成正弦波的負(fù)分量。開關(guān)“接通”的時間越長，輸出電壓就越高；相反，開關(guān)“關(guān)閉”的時間越長，輸出電壓就越低。每個脈沖的持續(xù)時間稱為脈沖寬度。這些正負(fù)直流電壓脈沖的持續(xù)時間/間隔決定了合成的交流輸出電壓和頻率。

這些開關(guān)打開和關(guān)閉的速度稱為載波頻率。當(dāng)載波頻率增加時，相關(guān)輸出可以具有更高的分辨率，從而產(chǎn)生更平滑的輸出波形，并且紋波/失真更少。這種更平滑的輸出可以提高低速時的電機扭矩性能，并降低電機疊片噪音。此外，更快的開關(guān)有可能實現(xiàn)更好的逆變器輸出可控性以及相關(guān)的改進(jìn)的動態(tài)響應(yīng)。

較舊的逆變器設(shè)計通常使用可控硅整流器 (SCR) 或雙極結(jié)型晶體管 (BJT) 作為開關(guān)組件。SCR 可以在 250 至 500 Hz 范圍內(nèi)工作，而 BJT 可以在 1 至 2 kHz 范圍內(nèi)工作。大多數(shù)現(xiàn)代變頻器的逆變器部分都使用絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)。IGBT 可以以更高的頻率（高達(dá) 20 kHz）開啟和關(guān)閉。與老式 SCR 和 BJT 逆變器相比，與 IGBT 相關(guān)的更高載波頻率提供了一些關(guān)鍵優(yōu)勢，但也有一個稍后討論的嚴(yán)重權(quán)衡。

IGBT 通常不用于變頻器整流器前端。變頻器整流器通常使用 SCR 或類似的較慢開關(guān)組件。SCR 的優(yōu)勢在于，其設(shè)計更簡單，在輸入電壓質(zhì)量可變的情況下更加穩(wěn)健，并且成本相對較低。然而，正如有人提到逆變器上 IGBT 的較高載波頻率可能會導(dǎo)致問題一樣，整流器前端的 SCR 頻率較低也會導(dǎo)致問題。前端的這些較慢的開關(guān)頻率可能會導(dǎo)致電壓源中出現(xiàn)過多的諧波失真。根據(jù)變頻器引入的總諧波失真的大小以及共享相同服務(wù)的其他負(fù)載（照明、計算機等），可能需要根據(jù) IEEE 519-1992 進(jìn)行緩解。通過使用 12 脈沖逆變器代替 6 脈沖逆變器，或者添加線路電抗器或用于驅(qū)動隔離的相移鋸齒形變壓器，可以實現(xiàn)一些緩解措施。驅(qū)動隔離變壓器旨在保護變頻器免受上游電源干擾的干擾。它們對于減輕變頻器反射回電力系統(tǒng)的諧波電流的幅度作用甚微。