變頻技術(shù)是應交流電機無(wú)級調速的需要而誕生的。20世紀60年代后半期開(kāi)始, 電力電子器件的更新促使電力變換技術(shù)的不斷發(fā)展。20世紀70年代開(kāi)始，脈寬調制變壓變頻(PWM-VVVF)調速研究引起了人們的高度重視。20世紀80年代，作為變頻技術(shù)核心的PWM模式優(yōu)化問(wèn)題吸引著(zhù)人們的濃厚興趣, 并得出諸多優(yōu)化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世紀80年代后半期開(kāi)始, 美、日、德、英等發(fā)達國家的VVVF變頻器已投入市場(chǎng)并廣泛應用。
　　變頻器作為一門(mén)日趨成熟新技術(shù)和它完善的功能，實(shí)際應用也越為廣泛，對提產(chǎn)增效、節約能源、提高經(jīng)濟效益發(fā)揮了重要作用。在近幾年，隨著(zhù)制藥裝備技術(shù)水平的不斷提高，變頻器在制藥裝備上也得到極為廣泛的應用。
1變頻器的主要功能
1．1 變頻器的控制功能
1.1.1 程序控制功能
1.1.1．1由外控信號的狀態(tài)進(jìn)行控制：整個(gè)工作過(guò)程全部由連接至變頻器輸入控制端的外控信號決定，變頻器只需預置好各擋的轉速及升速時(shí)間。
1.1.1．2由變頻器自動(dòng)切換：即由變頻器內的程序控制功能自動(dòng)完成工作過(guò)程，變頻器須預置的項目有：
a．各程序的運行方式：包括正轉、反轉、升速、降速停止等；
b．程序步之間的切換：規定本程序完成后應轉入的程序步號，決定切換程序步的依據，可以由變頻器內部的計時(shí)器決定，也可以由外接控制信號決定。
1.1.2 PID調節功能
根據“目標值”給定方式的不同，大致有兩種情形：
1.1.2.1 鍵盤(pán)給定方式
a．接線(xiàn)特點(diǎn)：將反饋信號接至變頻器的外接給定端或反饋信號輸入端即可；
b．給定方法：由鍵盤(pán)輸入目標值的百分數。
1.1.2.2 外接給定方式
a．接線(xiàn)特點(diǎn)：將目標給定信號接至外接給定端，而把反饋信號接至輔助給定端或反饋信輸入端；
b．給定方法：由外接電位器進(jìn)行目標值的給定
1．2 升速和降速功能
1.2.1升速功能
1.2.1.1 升速過(guò)程：變頻調速系統中，起動(dòng)和升速過(guò)程是通過(guò)逐漸升高頻率來(lái)實(shí)現的。
1.2.1.2 可供選擇的升速功能：
1.2.1.2.1 升速時(shí)間：給定頻率從0 Hz上升至基底頻率 ，所需的時(shí)間。升速時(shí)間越短，頻率上升越快，越容易“過(guò)流”。
1.2.1.2.2 升速方式：主要有三種
a．線(xiàn)性方式：頻率與時(shí)間成線(xiàn)性關(guān)系；
b．S形方式：開(kāi)始和結束階段，升速的過(guò)程比較緩慢，中間階段按線(xiàn)性方式；
c．半S形方式：升速過(guò)程呈S形。
1.2.1.2.3與起動(dòng)有關(guān)的功能：
a．起動(dòng)頻率：用戶(hù)根據需要預置起動(dòng)頻率 ，使電動(dòng)機在該頻率下“直接起動(dòng)”；
b．起動(dòng)前的直流制動(dòng)功能：每次起動(dòng)前，都向電動(dòng)機繞組中短時(shí)間的通入直流電流，目的是保證拖動(dòng)系統在零速下起動(dòng)；
C．暫停升速功能：起動(dòng)慣性較大的負載時(shí)，使拖動(dòng)系統在低速下運轉一段時(shí)間，然后再繼續升速。
1.2.2降速功能
1.2.2.1 降速過(guò)程：在變頻調速系統中，停止和降速過(guò)程是通過(guò)逐漸降低頻率來(lái)實(shí)現的。
1.2.2.2可供選擇的降速功能：
1.2.2.2.1降速時(shí)間：給定頻率從基底頻率 下降至0Hz所需的時(shí)間。降速時(shí)間越短，頻率下降越快，越容易“過(guò)流”和“過(guò)壓”。
1.2.2.2.2降速方式，主要有三種：
a．線(xiàn)性方式：降速過(guò)程中，頻率與時(shí)間成線(xiàn)性關(guān)系；
b．S形方式：開(kāi)始和結束，降速比較緩慢，中間階段按線(xiàn)性方式降速；
C．半S形方式：降速過(guò)程半S形。
1.3 頻率給定功能
1.3.1頻率給定的選擇功能
a.面板給定方式：通過(guò)面板上的鍵盤(pán)進(jìn)行給定。
b.外接給定方式：通過(guò)外部的給定信號進(jìn)行給定。
c. 通信接口給定方式：由計算機或其他控制器通過(guò)通信接口進(jìn)行給定。
1.3.2 外接給定信號的選擇
a. 電壓信號：通常有0—5V，0一±5V，0～10V，0一-4-10V等。
b. 電流信號：通常有0～20mA，4—20mA兩種。
1.4 控制模式的選擇功能
1.4.1矢量控制模式
1．4.1.1通過(guò)矢量演算電機內部的狀態(tài)，可在輸出頻率為0.5Hz 時(shí)，取得電機額定轉矩150％的輸出轉矩。是比V/f 控制更為強力的電機控制，可以抑制由負載變動(dòng)而引起的速度變動(dòng)。
1.4.1.2帶速度反饋的矢量控制，這是性能最好的一種控制方式。
1.4.1.3無(wú)反饋矢量控制，用途十分廣泛。
1.4.1.4預置矢量控制模式：
a．電動(dòng)機的容量與變頻器規定的配用電動(dòng)機容量相同；
b．應輸入電動(dòng)機的容量、極數等基本數據。
1.4.2 V/f控制模式
1.4.2.1為以往各通用變頻器中所使用的控制模式。不會(huì )識別電機參數等，在單純同已往機種更換或簡(jiǎn)單使用時(shí)有效。另外在無(wú)法進(jìn)行矢量控制的自動(dòng)調整時(shí)、使用高速電機等特殊電機時(shí)、多臺電機驅動(dòng)時(shí)請選擇此模式。
1.4.2.2 預置V/f控制模式：
a．設定變頻器的輸出頻率和電壓的基本關(guān)系；
b．應輸入電動(dòng)機的容量、極數等基本數據。
1.5 變頻器的保護功能
1.5.1 過(guò)流保護功能
1.5.1.1必須立即停止輸出的過(guò)電流：當輸出電路短路、接地和逆變電路發(fā)生橋臂直通等情況時(shí)，會(huì )出現危險的短路電流必須立即停止輸出并跳閘保護變頻器。
1.5.1.2升降速過(guò)電流的自處理：在升速過(guò)程中發(fā)生過(guò)電流時(shí)，變頻器將自動(dòng)延長(cháng)升降時(shí)間或自動(dòng)暫停升降速，使電流回到限值內，然后再恢復到原設定的升降速時(shí)間。
1.5.1.2 運行過(guò)電流的自處理：在運行過(guò)程中發(fā)生過(guò)流時(shí)變頻器將自動(dòng)地適當降低工作頻率，使電流回到限值以?xún)群?，再恢復到原設定頻率。
1.5.2電壓保護功能
1.5.2.1 降速過(guò)電壓的自處理：由于降速過(guò)快而發(fā)生過(guò)電壓時(shí)，變頻器將自動(dòng)延長(cháng)降速時(shí)間或自動(dòng)暫停降速，減緩降速過(guò)程，直到電壓回到正常范圍后再恢復到原設定的降速時(shí)問(wèn)。
1.5.2.2欠電壓保護：欠電壓包含有電源電壓過(guò)低、電源缺相、電源瞬時(shí)停電。
1.5.3過(guò)載保護功能
1.5.3.1變頻器過(guò)負荷保護功能主要用于變頻器的過(guò)負荷保護。原因可能是：加減速時(shí)間過(guò)短、V/f模式設定異常、負荷過(guò)大、變頻器容量不足等原因。解決方法：延長(cháng)加減速時(shí)間、將V/f模式設定返回到初始值、減小負荷、增加變頻器容量。
1.5.3.2電機過(guò)負荷保護功能主要用于電動(dòng)機的過(guò)負荷保護。
1.5.4 快速制動(dòng)功能
1.5.4.1快速制動(dòng)功能可用于緊急情況快速制動(dòng)避免危險的發(fā)生。
2 變頻器的選擇
2．1 變頻器規格的選擇
　　關(guān)于變頻器的標準規格，或者說(shuō)變頻器的額定值，一般從容量、輸出電壓、瞬時(shí)過(guò)載能力三個(gè)方面給予考慮。
2．1.1變頻器的容量
2.1.1.1額定輸出電流
　　指輸出線(xiàn)電流，單位用A表示。這是反映變頻器容量的關(guān)鍵的量，是逆變器中半導體開(kāi)關(guān)器件所能承受的電流耐量，通常是不允許連續過(guò)電流運行的。負載電動(dòng)機的選擇，無(wú)論是拖動(dòng)單臺電動(dòng)機還是拖動(dòng)多臺電動(dòng)機，均應以連續運行總電流不超過(guò)變頻器額定電流為原則。
2.1.1.2可用電動(dòng)機的功率
　　以電動(dòng)機的額定功率kW 表示。這種表達方式是有條件的，對電動(dòng)機有嚴格的限制。日本產(chǎn)的變頻器所標出的功率值，是以變頻器輸出額定電流時(shí)可以拖動(dòng)的日本產(chǎn)(甚至是變頻器廠(chǎng)家自產(chǎn))的4極標準(普通型)電動(dòng)機的功率值標出的，也就是說(shuō)，是針對一種特定電動(dòng)機標出的，僅可視為一種參考值。非日本標準的異步電動(dòng)機，即使是日本標準的、特種用途異步電動(dòng)機或6極以上異步電動(dòng)機，其額定電流都有可能大于上述特定電動(dòng)機的額定電流。從常識看，6極以上異步電動(dòng)機在同樣功率下的效率，特別是功率因數，都低于4極異步電動(dòng)機，其額定電流自然要大些。在為現場(chǎng)原有電動(dòng)機選配變頻器時(shí)，不能只看功率值是否一致而盲目地選用變頻器。
2.1.1.3額定輸出容量
　　以變頻器的額定輸出功率kVA表示，是指額定輸出電流與電壓下的額定功率。為了表示變頻器的能力，給出的是參考值。因為電網(wǎng)電壓下降時(shí)，變頻器輸出電壓會(huì )低于額定值，而輸出kVA值會(huì )隨之減小。變頻器的kVA值很難確切地表達變頻器的能力．變頻器的額定輸出容量，只能作為變頻器負載能力的一種輔助表達手段。
2.1.2 變頻器的輸出電壓
　　變頻器輸出電壓的等級是為適應異步電動(dòng)機的電壓等級而設計的，通常等于電動(dòng)機的工頻額定電壓。實(shí)際上，變頻器的工作電壓是按V／f曲線(xiàn)關(guān)系變化的。變頻器規格表中給出的輸出電壓。是變頻器的可能最大輸出電壓，即基頻下的輸出電壓。
2.1.3瞬時(shí)過(guò)載能力
　　基于主回路半導體器件的過(guò)載能力，通用變頻器的電流瞬時(shí)過(guò)載能力常是額定輸出電流的150％、1分鐘。與標準異步電動(dòng)機(過(guò)載能力通常200％左右)相比較，變頻器的過(guò)載能力較小。允許過(guò)載時(shí)間亦很短。在變頻器傳動(dòng)的情況下．異步電動(dòng)機的過(guò)載能力得不到充分的發(fā)揮。
2.2變頻器類(lèi)型的選擇
　　通用變頻器按控制功能分為3種類(lèi)型：普通功能型V／f控制變頻器；具有轉矩控制功能的高功能型V／f控制變頻器和矢量控制高性能變頻器。變頻器類(lèi)型的選擇要根據負載的要求來(lái)進(jìn)行。
2.4.1鼓風(fēng)機泵類(lèi)負載：在過(guò)載能力方面的要求較低。低速運行時(shí)，負載較輕。對轉速精度沒(méi)有什么要求，通?？梢赃x擇價(jià)廉的普通功能型。
2.4.2恒轉矩類(lèi)負載，例如擠壓機、攪拌機、傳送帶等需要具有恒轉矩特性的設備，但在轉速精度以及動(dòng)態(tài)性能方面要求不高，選型時(shí)可選無(wú)矢量控制的變頻器。
2．4.3對于有些負載低速時(shí)要求有較硬的機械特性，要求有一定的調速精度，但在動(dòng)態(tài)性能方面無(wú)較高要求，可選用無(wú)反饋矢量控制功能的變頻器。
2.4.4對于某些負載對調速精度和動(dòng)態(tài)性能都有較高要求，并要求高精度同步運行，可采用帶速度反饋的矢量控制功能的變頻器。
3．結論
　　以上是在對變頻器得使用過(guò)程中對變頻器性能及選擇的粗淺認識，由于被控對象的千差萬(wàn)別，性能指標要求的各不相同，變頻器的選擇及配置遠不如上述所列幾種。要做到熟練應用還應在工程實(shí)踐中認真探索。
變頻器的控制模式代表著(zhù)變頻器的性能和水平，在工程應用中根據不同的負載及不同控制要求，合理選擇變頻器以達到資源的最佳配置。

作者簡(jiǎn)介：馬飛(1975-)，男，聊城萬(wàn)合工業(yè)制造有限公司技術(shù)中心副總工程師，工程師，從事制藥裝備研發(fā)與制造等工作。