变频器是将工频电源(50Hz或60Hz)转换成各种频率的交流电源，实现电机变速运行的装置。控制电路控制主电路，整流电路将交流电源转换为DC电源，DC中间电路平滑整流电路的输出，逆变电路将DC电源转换为交流电源。对于需要大量运算的变频器，比如矢量控制变频器，有时需要一个用于转矩计算的CPU和一些相应的电路。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。
变频器功能
变频器的直接功能：
1、通过改变电机的电压和频率，可以无级调节电机的转速。
2、软启动节能，功率因数补偿节能。
变频器的间接功能：
1、节能(省电)。风机、水泵等设备的传统调速方式是通过调节进口或出口挡板和阀门的开度来调节送风量和供水量，输入功率大，在拦截挡板和阀门的过程中消耗大量能量。当采用变频调速时，如果流量要求降低，可以通过降低泵或风机的转速来满足要求，并且可以降低功耗。
2、提高生产设备的自动化程度。目前逆变器品牌很多。
逆变器接线图
变频器的工作原理
主电路是为异步电动机提供调压调频电源的功率转换部分。变频器的主电路大致可以分为两种：电压型是将电压源的DC转换成交流电的变频器，DC回路的滤波是电容。电流模式是将电流源的DC转换成交流的变频器，其DC环路滤波器是电感。它由三部分组成：将工频电源转换为DC电源的整流器，吸收变流器和逆变器产生的电压脉动的平滑电路，将DC电源转换为交流电源的逆变器。
变频器的结构和工作流程图
1、整流器
近年来，二极管变换器被广泛应用，它将工频电源转换成DC电源。两组晶体管转换器也可以用于形成可逆转换器，由于其可逆的功率方向，可逆转换器可以再生。
2、平滑电路
整流器整流后的DC电压含有6倍电源频率的脉动电压，逆变器产生的脉动电流也改变了DC电压。为了抑制电压波动，用电感和电容吸收脉动电压(电流)。当器件容量较小时，如果电源和主电路有富余，可以省略电感，使用简单的平滑电路。
3、逆变器
与整流器相反，逆变器将DC电能转换成所需频率的交流电能，在一定时间内通过开通和关断六个开关器件就可以获得三相交流输出。以电压型pwm逆变器为例，给出了开关时间和电压波形。
控制电路
逆变器控制电路是为向异步电动机供电的主电路提供控制信号的电路(电压和频率可调)。它由频率和电压的运算电路、主电路的电压和电流检测电路、电机的速度检测电路、放大运算电路的控制信号的驱动电路以及逆变器和电机的保护电路组成。
(1)运算电路：将外部的转速和转矩指令与检测电路的电流和电压信号进行比较，确定逆变器的输出电压和频率。
(2)电压、电流检测电路：与主回路电位隔离，检测电压、电流等。
(3)驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离以接通和关断主电路器件。
(4)速度检测电路：速度检测器(tg、plg等)的信号。)作为速度信号，送到运算电路，根据指令和运算，使电机以指令速度运行。
(5)保护电路：检测主电路的电压和电流，当出现过载或过压等异常时，为了防止逆变器和异步电机损坏，停止逆变器或抑制电压和电流值。
变频器控制模式
低压通用变频输出电压380 ~ 650 V，输出功率0.75 ~ 400 kW，工作频率0 ~ 400 Hz。其主电路采用交流-DC-交流电路。其控制方式经历了以下四代。
1、正弦脉宽调制(SPWM)控制模式
其特点是控制电路结构简单，成本低，机械硬度好，能满足一般变速器平滑调速的要求，已广泛应用于工业的各个领域。但在低频时，这种控制方式的输出电压较低，转矩受定子电阻压降影响显著，降低了最大输出转矩。另外，它的机械特性不如DC电机硬，动态转矩能力和静态调速性能也不尽如人意。而且系统性能不高，控制曲线会随着负载的变化而变化，转矩响应较慢，电机的转矩利用率不高，低速时由于定子电阻和逆变器死区效应，性能下降，稳定性差。因此，人们开发了矢量控制变频调速。
2、电压空间矢量(SVPWM)控制模式
它是基于三相波形的整体生成效果，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目标，一次性生成三相调制波形，通过切割多边形逼近圆形来控制。经过实际使用，得到了改进，即引入频率补偿，消除了速度控制的误差；反馈估计磁链幅值，以消除低速时定子电阻的影响；输出电压和电流为闭环，提高了动态精度和稳定性。但是控制回路多，没有引入转矩调节，所以系统性能没有得到根本改善。
3、矢量控制(VC)模式
矢量控制变频调速的方法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic通过三相-两相变换转换成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再转换成DC电流Im1、It1(Im1相当于DC电机的励磁电流；It1相当于与转矩成比例的电枢电流)，然后通过模仿DC电机的控制方法得到DC电机的控制量，通过相应的坐标逆变换实现对异步电机的控制。其本质是交流电机相当于DC电机，速度和磁场两个分量独立控制。通过控制转子磁链再分解定子电流，得到转矩和磁场两个分量，通过坐标变换实现正交或解耦控制。矢量控制方法具有划时代的意义。然而，在实际应用中，转子磁链难以精确观测，系统特性受电机参数影响较大，等效DC电机控制过程中使用的矢量旋转变换较为复杂，在实际控制效果中难以达到理想的分析结果。
4、直接转矩控制(DTC)
1985年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授首先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矢量控制的上述缺点，以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构和优良的动静态性能得到了迅速发展。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。直接转矩控制直接分析交流电机在定子坐标系下的数学模型，控制电机的磁链和转矩。它不需要把交流电机等同于DC电机，省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算。它不需要模仿DC电机的控制，也不需要为了解耦而简化交流电机的数学模型。
5、矩阵交流-交流控制模式
VVVF变频、矢量控制变频和直接转矩控制变频都是交-DC-交变频中的一种。其共同的缺点是输入功率因数低，谐波电流大，DC电路储能电容大，再生能量不能回馈电网，即不能四象限运行。因此，矩阵式交-交变频应运而生。由于矩阵式交交变频省去了中间的DC环节，省去了体积大、价格贵的电解电容。可实现功率因数为L，输入电流正弦化，四象限运行，系统功率密度高。虽然这项技术尚未成熟，但仍然吸引了许多学者对其进行深入研究。其本质不是间接控制电流和磁链，而是直接实现转矩作为被控量。具体方法是：
1)控制定子磁链引入定子磁链观测器，实现无速度传感器模式；
2)自动识别(ID)依靠电机的精确数学模型，自动识别电机参数；
3)计算定子阻抗、互感、磁饱和系数、惯量等计算出的实际转矩、定子磁链、转子转速对应的实际值，进行实时控制；
4)实现了带带控制。根据磁链和转矩的带—带控制产生PWM信号，控制逆变器的开关状态。
矩阵式交-交变频转矩响应快(2ms)，速度精度高(无PG反馈时为2%)，转矩精度高(+3%)。同时还具有较高的启动扭矩和较高的扭矩精度，尤其是在低速(包括0速)时，可输出150% ~ 200%的扭矩。
