西門子MM4系列變頻器分類與結構

變頻器

變頻調速是通過改變異步電動機供電電源的頻率f來實現無級調速的，電動機采用變頻調速以后，電動機轉軸直接與負載連接，電動機由變頻器供電。

變頻調速的關鍵設備就是變頻器，變頻器是一種將交流電源整流成直流后再逆變成頻率、電壓可變的變流電源的專用裝置，主要由功率模塊、超大規模專用單片機等構成。

變頻器能夠根據轉速反饋信號調節電動機供電電源的頻率，從而實現相當寬頻率范圍內的無級調速。

在變頻器控制中，經常采用的一種方法是電壓/頻率協調控制（即V/f控制），并分為基頻（額定頻率）以下和基頻以上兩種情況。

基頻以下調速

為了充分利用電動機鐵心，發揮電動機產生轉矩的能力，在基頻以下采用恒磁通控制方式，要保持Φm不變，當頻率f1從額定值fin向下調節時，必須同時降低Eg，即采用電動勢頻率比為恒值的控制方式。

然而，繞組中的感應電動勢是難以直接控制的，當電動勢值較高時，可以忽略定子電阻和漏磁感抗壓降，而認為定子相電壓Us≈Eg，則低頻時，Us和Eg都較小，定子電阻和漏磁感抗壓降所占的分量相對較大，可以人為地抬高定子相電壓Us，以便補償定子壓降，稱作低頻補償或轉矩提升。

基頻以上調速

在基頻以上調速時，頻率從fin向上升高，但定子電壓Us卻不可能超過額定電壓UsN，只能保持Us=UsN不變，這將使磁通與頻率成反比地下降，使得異步電動機工作在弱磁狀態。

把異步電動機基頻以下和基頻以上兩種情況的控制特性畫在一起，即是其變頻調速的控制特性。如果電動機在不同轉速時所帶的負載都能使電流達到額定值，即都能在允許溫升下長期運行，則轉矩基本上隨磁通變化而變化。

按照電力拖動原理，在基頻以下，磁通恒定，轉矩也恒定，屬于“恒轉矩調速”性質，而在基頻以上，轉速升高時磁通恒減小，轉矩也隨著降低，基本上屬于“恒功率調速”。

交—直—交變頻器的基本構成

交—直—交變頻器的基本構成包括整流電路、中間直流環節、制動電路、逆變電路等的主電路和控制電路。

1、整流電路

一般的三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成，主要作用是對外部交流電源供應的工頻電流進行整流，為逆變電路和控制電路提供所需要的直流電源。

2、逆變電路

逆變電路主要作用是通過逆變器中主開關器件有規律地通與斷，輸出可改變電壓和頻率的交流電。

3、中間直流環節

逆變器的負載主要是異步電動機，屬于感性負載。無論電動機處于電動或發電制動狀態，其功率因數總不會為1，因此在中間直流環節與電動機之間總會有無功功率的交換，這種無功能量要依靠中間直流環節的電容器或電抗器等儲能元件來緩沖。

中間儲能元件采用大容量的電容，并聯在直流環節上，電容兩端的電壓不能突變，因此直流環節的電壓比較穩定，相當于恒壓源。

中間儲能元件改為一個大的串聯電感，直流部分就相當于一個恒流源。根據中間電路儲能元件的不同，變頻器可分為電壓源型和電流源型。

4、控制電路

控制電路常由運算電路、檢測電路、控制信號的輸入輸出電路和驅動電路等組成。主要任務是接受各種信號，進行基本運算，輸出計算結果，完成對逆變電路的開關控制，對整流器的電壓控制（可控型）以及完成各種保護功能等。

控制方法可以采用模擬控制或數字控制，采用盡可能簡單的硬件電路，主要靠軟件來完成各種功能。由于軟件的靈活性，數字控制方式常可以完成模擬控制方式難以完成的功能。