苏奎7
据我所知在自动感应电动机出现以来，交流发电机的形式已经存在变频操作。更改发电机的转速，并更改其输出频率。在高速晶体管出现之前，这是改变电机转速的主要途径之一，但由于发电机转速降低了输出频率而不是电压，频率变化受到限制。
因此，我们来看一下变频器的组件，看看它们是如何实际一起工作的，以改变频率和电机转速。
变频器元件
整流器
由于在交流模式下很难改变交流正弦波的频率，变频器的第一项工作就是将波形转换为直流。为了使它看起来像AC，操作DC相对容易。所有变频器的第一个组成部分是一个被称为整流器或转换器的设备，如下图所示.
变频整流器
整流器电路将交流电转换成直流电，其工作方式与电池充电器或电弧焊机的方式大致相同。它使用一个二极管电桥来限制交流正弦波只向一个方向移动。其结果是完全整流的交流波形被直流电路解释为本地直流波形。三相变频器接受三个独立的交流输入相并将其转换为单个直流输出。
大多数三相变频器也可以接受单相（230V或460V）电源，但由于只有两个输入支路，所以变频器输出（HP）必须降额，因为所产生的直流电流成比例地降低。另一方面，真正的单相变频器（控制单相电机的单相变频器）利用单相输入，并产生与输入成比例的直流输出。
当涉及到变速运行时，三相电机比单相计数器部件更普遍的应用有两个原因。首先它们拥有更广泛的功率范围。另一方面，单相电动机通常需要一些外部干预来开始旋转。
直流母线
直流母线（图中所示）的第二个组成部分，在所有变频器中都看不到，因为它不直接影响变频运行。但是，它始终存在于高质量的通用变频器中。直流总线使用电容器和电感来滤除转换后的直流电中的交流“纹波”电压，然后进入逆变器部分。它还包括阻止谐波失真的滤波器，可以反馈给变频器电源。较老的变频器和需要单独的线路滤波器来完成这项流程。
逆变器
插图右侧是变频器的“内脏”。逆变器使用三组高速开关晶体管来创建模拟交流正弦波的所有三相的DC“脉冲”。这些脉冲不仅决定了波的电压，还决定了它的频率。逆变器或逆变器这个术语的意思是“反转”，简单地说就是所产生波形的上下运动。现代变频器逆变器使用称为“脉宽调制”（PWM）的技术来调节电压和频率。
然后我们说一下IGBT，IGBT指的是“绝缘栅双极型晶体管”，它是逆变器的开关（或脉冲）元件。晶体管（取代真空管）在我们的电子世界中起到两种作用。它可以像放大器那样充当放大器并增加信号，或者可以充当开关，只需打开和关闭信号。IGBT是一种现代版本，可以提供更高的开关速度（3000 - 16000 Hz）并减少热量产生。较高的开关速度可以提高交流电波仿真的精确度，降低电机噪音。产生的热量减少意味着散热片更小，因此变频器占地面积更小。
变频器PWM波形
下图显示了PWM变频器的逆变器与真正的AC正弦波相比产生的波形。逆变器输出由一系列具有固定高度和可调宽度的矩形脉冲组成。在这个特殊的情况下，有三组脉冲 - 中间是一个宽的集合，在AC周期的正负两部分的开始和结束处有一个窄的集合。脉冲的面积之和等于真正的AC波的有效电压。如果要切掉真正交流波形上方（或下方）的脉冲部分，并用它们填充曲线下方的空白区域，就会发现它们几乎完美匹配。正是这样，变频器才能控制电机的电压。
脉冲宽度和它们之间的空白宽度的总和决定了电机看到的波形的频率（因此是PWM或脉宽调制）。如果脉冲是连续的（即没有空白），频率仍然是正确的，但是电压将比真正的AC正弦波大得多。根据所需的电压和频率，变频器将改变脉冲的高度和宽度以及两者之间的空白宽度。
有些人可能想知道这个“假”AC（实际上是DC）是如何运行交流感应电机的。毕竟，是不是需要一个交流电来“感应”电机转子中的电流及其相应的磁场呢？那么，AC会自然而然地导致感应，因为它是不断变化的方向 另一方面，DC不会因为一旦电路被激活而正常动作。
但是，如果DC开启和关闭，DC可以感应出电流。对于那些年纪已久的人来说，汽车点火系统（在固态点火之前）曾经在分配器中有一组点。这些要点的目的是从电池“脉冲”到线圈（变压器）。这在线圈中感应出一个电荷，然后将电压升高到允许火花塞点火的水平。上图中看到的宽直流脉冲实际上是由数百个单独的脉冲组成的，逆变器输出的这种开启和关闭运动允许通过直流感应发生。
有效电压
使交流电复杂的一个因素是它不断地改变电压，从零到某个最大的正电压，然后回到零，然后到一些最大的负电压，然后再回到零。如何确定施加到电路的实际电压？左边的插图是60Hz，120V的正弦波。但是要注意，它的峰值电压是170V。如果它的实际电压是170V，我们怎么可能称之为120V波呢？
在一个周期中，它从0V开始，上升到170V，然后再次下降到0.它继续下降到-170，然后再次上升到0.原来上边界在120V的绿色矩形的面积是相等的到曲线正负部分的面积总和。那120V就是平均水平？
好，如果要平均整个周期中每个点的所有电压值，结果将是大约108V，所以不能是答案。那么为什么这个值是由VOM测量的120V呢？它与我们所说的“有效电压”有关。
如果您要测量流过电阻的直流电流产生的热量，则会发现它大于等效交流电流产生的热量。这是由于AC在整个周期中不保持恒定的值。如果在实验室中，在受控的条件下进行，发现特定的直流电流产生了100度的热量升高，其交流电当量将产生70.7度的上升或者70.7％的直流值。所以AC的有效值是DC的70.7％。还可以看出，交流电压的有效值等于曲线前半部分的电压平方之和的平方根。
如果峰值电压为1，并且要测量从0度到180度的各个电压，则有效电压将为0-707的峰值电压。图中170的峰值电压的0.707倍等于120V。这个有效电压也被称为均方根或RMS电压。因此，峰值电压总是有效电压的1.414。230V交流电流具有325V的峰值电压，而460具有650V的峰值电压。
除了频率变化之外，即使电压与交流电机的运行速度无关，变频器也必须改变电压。
有效电压
该图显示了两个460V交流正弦波。红色是60hz曲线，蓝色是50hz。两者都有一个650V的峰值电压，但是，50hz要宽得多。您可以很容易地看到50Hz曲线的前半部分（0 - 10ms）内的区域大于60hz曲线的前半部分（0 - 8.3ms）。而且，由于曲线下面积与有效电压成正比，所以其有效电压更高。随着频率的降低，有效电压的增加变得更加剧烈。
如果允许460V电动机在这些较高的电压下工作，则其寿命可以大大减少。因此，变频器必须不断改变相对于频率的“峰值”电压，以保持恒定的有效电压。操作频率越低，峰值电压越低，反之亦然。
您现在应该对变频器的工作原理以及如何控制电机速度有一个很好的了解。大多数变频器可以让用户通过多位置开关或键盘手动设置电机转速，或使用传感器（压力，流量，温度，液位等）使过程自动化。
弱电一枝花
变频器在现代工控领域中是非常重要的一种设备，它可以单独控制三相异步电机、也可以配合可编程控制器（PLC）、触摸屏（HMI）等设备配合使用然后通过集成控制方式来完成三相电机的精确控制。因此变频器作为三相异步电机的驱动设备它的主要作用是将频率固定的交流电源（我国工频为50HZ）改变成频率连续可调（0-400HZ）的交流电并通入到三相电机中，使三相电机的速度可进行任意的调节。由此可见变频器就是一种电源频率变换器，下面我将简要说说这种变换器是如何实现频率变换的。
变频器简单的工作过程
变频器实施变频的过程虽然复杂但是变频器的工作原理相对简单，它就是根据朋友们熟知的一个表达式子n0=60f/p 。从这个简单的表达式我们可以知道只要电源的频率连续可调节，那么三相异步电机的同步转速n0也就可以连续可调节了。我们又知道在三相异步电动机中的转子的转速n总是略低于电机的同步转速的，这样以来三相异步电机的转子转速就可以连续可调节了。这个原理在三相异步电机诞生之时就人们就知道了，距今现在有一百多年的时间了，由于当时技术的局限性无法制造出变换电源频率的变换器，直到20世纪七八十年代随着大功率晶体管（特别是IGBT绝缘栅晶体逆变管）和超大规模微处理器（MCU）的出现这种变频器才诞生并逐渐成熟起来。
变频器实现变频的工作过程
由于变频器的频率变换过程比较复杂，在这里我只是简单的和朋友们说说这方面的问题，给朋友们一个大致的了解，如果朋友们感兴趣的话可以找专业书进行详细研究。
变频器整个电路分为主电路和控制电路两部分，为了使回答言简意赅更能说明如何实现变频的，我在这里主要说说主电路部分是如何实现的。在主电路中一般是由三部分构成的其分别为：交直电路部分，包括整流电路、滤波电路等；能耗电路部分（主要在制动状态下使用）；直交逆变部分，’如下图所示的那样。
在主电路中我们只要明白六个绝缘栅功率管（IGBT）的工作过程，就能搞懂变频器是如何变频的了，为了简要问题，我们以单向逆变桥工作过程为例子来说明。当在整个周期为T的前半周期时，控制电路通过驱动电路给绝缘栅功率管的栅极给控制信号时V1、V4会导通，V2、V3会截止，那么输出的电压Uab为正的；当在整个周期为T的后半周期时，V2、V3会导通，V1、V4会截止，那么输出的电压Uab为负的。就这样在微处理器（MCU）的精确控制下在负载Rab端就会周而复始地交替下去，由于这个周期是由控制器来设定的，脉冲的宽度也是由控制器设定的，因此它的输出频率就会得到改变，从而对三相异步电机达到了调速的目的。这时四个逆变管子，如果是六个其原理是一样的，在这里我就不多说了。
以上就是我对这个问题的回答，欢迎朋友们参与讨论。敬请关注电子及工控技术，欢迎大家转载，点赞！
电子及工控技术
变频器是怎样变频的？
●这里首先普及一下变频器基本知识。
★变频器的基本结构与应用范围
★变频器的基本构成
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换成另频率电源的电能控制装置。通俗地说,它是一种能改变施加于交流电动机的电源频率值和电压值的调速装置。
交流变频调速理论诞生于20世纪20年代, 60年代后,随着新型大功率电力电子器件的开发和先进的微处理器的出现,变频调速技术得到迅速的发展,并最终广泛应用到实际生产中去。
交流变频调速传动克服了直流电动机的缺点(电机结构复杂、维护保养工作量大等),发挥了交流电动机本身固有的优点(结构简单、经久耐用、动态响应好、价廉等),并很好地解决了交流电动机调速性能先天不足的问题。可以说,变频器是当今最先进、最有前途的一种交流电动机调速装置。
变频调速装置能实现软启动、软停车、无级调速以及特殊要求的增、减速特性等,具有显著的节电效果。它具有过载、过压、欠压、短路、接地等保护功能,具有各种预警、预报信息和状态信息及诊断功能,便于调试和监控,可用于恒转矩、平方转矩和恒功率等各种负载。
变频器由电力电子半导体器件(如整流模块、GTO门1极可关断晶闸管、GTR电力晶体管、IGBT绝缘栅双极型晶体管、IPM智能功率模块等)、电子器件(集成电路、开关电源、电阻、电容等)和微处理器(CPU)等组成。其基本构成如下图所示。
●变频器由主电路、控制电路、操作显示电路和保护电路四部分组成。
★主电路→给三相异步电动机提供调频调压的电力变换部分称为主电路。主电路包括整流器、直流中间电路和逆变器。见下图所示。
①整流器 →它由全波整流桥组成,其作用是把工颜电源变换成直流电源,变績器多采用二极管整流器,也采用晶体管整流器。整流器的输入端接有压敏电阻网络,保护变频器免受浪涌过电压及大气过电压冲击而损坏。
②直流中间电路→ 由于逆变器的负载为异步电动机,属于感性负载,因此在直流中间电路和电动机之间总会有无功功率交换,这种无功能量要靠直流中间电路的储能元件电容器或电感器来缓冲。另外,直流中间电路对整流器的输出进行滤波,以藏小直流电压或电流的波动。滤波电路又称平波电路,一般通用变频器采用电容滤波（平波）电路。
在直流电路里设有限流电路(由图上中的限流电阻R及开关K构成),以保护整流桥免受冲击电流作用而损坏。
★设置制动回路的目的是,当异步电动机负载在再生制动区域使用时(转差率为负),再生能量将存储在滤波电容器中,从而使直流环节电压升离,为抑制电压升岛,利用制动同路中的制动电阻消耗掉直流电路中的再生能量,制动回路还可以采用可逆整流器把再生能量反馈给电网。
③逆变器→ 它与整流器的作用相反,是将直流电源变换成额事和电压都任意可调的三相交流电源,逆变器的常见结构是由6个功率开关器件组成的三相桥式逆变电路,它们的工作状态受控于控制电路。
●控制电路(主控制电路CPU)→控制电路由运算放太电路,检测电路,控制信号的输人、输出电路,驱动电路等构成,一般采用微机进行全数字控制,主要靠软件完成各种功能。
●操作显示电路→这部分电路用于运行操作、参数设置、运行状态显示和故障显示。
●保护电路→这部分电路用于变频器本身保护及电动机保护等。
♥变频器的内部结构及外部接线变频器的内部结构及外部接线如图下所示。
(1)主控制电路(CPU)
①接收各种信号
a.在功能预置阶段,接收各功能的预置信号。
b,接收从键盘或外接输入端子输入的给定信号。
c.接收从外接输人端子或通信接口输入的控制信号。
d.接收从检测电路输入的检测信号。
e,接收从保护电路输入的保护执行信号等。
②进行基本运算最主要的运算包括:
a.进行矢量控制运算或其他必要的运算;
b.实时地计算出SPWM波形各切换点的时刻。
③输出计算结果，
a.输出至逆变管模块的驱动电路,使逆变管按给定信及预置要求输入SPWM。
b.输出给显示器，显示当前的各种状态。
c.输出给外接输出控制端子。
d.向保护电路发出保护指令，以进行保护。
●检测电路→接收电压、电流以及模块温度、电动机速度等采样信号,并将其转换成主控制电路所能接收的信号。
●保护电路→接收主控制电路输入的保护指令,并实施保护。同时也直接从检测电路输入检测信号,以便对某些紧急情况实施保护。保护电路可分为变频器本身保护和异步电动机保护两种。
以上为个人观点，这里仅供提问者和头条上的有需要了解变频器基础知识的阅读者们参考一下。
知足常乐于湖北省钟祥市2020.1.21日
