西门子MM4系列变频器分类与结构

变频器

变频调速是通过改变异步电动机供电电源的频率f来实现无级调速的，电动机采用变频调速以后，电动机转轴直接与负载连接，电动机由变频器供电。

变频调速的关键设备就是变频器，变频器是一种将交流电源整流成直流后再逆变成频率、电压可变的变流电源的专用装置，主要由功率模块、超大规模专用单片机等构成。

变频器能够根据转速反馈信号调节电动机供电电源的频率，从而实现相当宽频率范围内的无级调速。

在变频器控制中，经常采用的一种方法是电压/频率协调控制（即V/f控制），并分为基频（额定频率）以下和基频以上两种情况。

基频以下调速

为了充分利用电动机铁心，发挥电动机产生转矩的能力，在基频以下采用恒磁通控制方式，要保持Φm不变，当频率f1从额定值fin向下调节时，必须同时降低Eg，即采用电动势频率比为恒值的控制方式。

然而，绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势值较高时，可以忽略定子电阻和漏磁感抗压降，而认为定子相电压Us≈Eg，则低频时，Us和Eg都较小，定子电阻和漏磁感抗压降所占的分量相对较大，可以人为地抬高定子相电压Us，以便补偿定子压降，称作低频补偿或转矩提升。

基频以上调速

在基频以上调速时，频率从fin向上升高，但定子电压Us却不可能超过额定电压UsN，只能保持Us=UsN不变，这将使磁通与频率成反比地下降，使得异步电动机工作在弱磁状态。

把异步电动机基频以下和基频以上两种情况的控制特性画在一起，即是其变频调速的控制特性。如果电动机在不同转速时所带的负载都能使电流达到额定值，即都能在允许温升下长期运行，则转矩基本上随磁通变化而变化。

按照电力拖动原理，在基频以下，磁通恒定，转矩也恒定，属于“恒转矩调速”性质，而在基频以上，转速升高时磁通恒减小，转矩也随着降低，基本上属于“恒功率调速”。

交—直—交变频器的基本构成

交—直—交变频器的基本构成包括整流电路、中间直流环节、制动电路、逆变电路等的主电路和控制电路。

1、整流电路

一般的三相变频器的整流电路由三相全波整流桥组成，主要作用是对外部交流电源供应的工频电流进行整流，为逆变电路和控制电路提供所需要的直流电源。

2、逆变电路

逆变电路主要作用是通过逆变器中主开关器件有规律地通与断，输出可改变电压和频率的交流电。

3、中间直流环节

逆变器的负载主要是异步电动机，属于感性负载。无论电动机处于电动或发电制动状态，其功率因数总不会为1，因此在中间直流环节与电动机之间总会有无功功率的交换，这种无功能量要依靠中间直流环节的电容器或电抗器等储能元件来缓冲。

中间储能元件采用大容量的电容，并联在直流环节上，电容两端的电压不能突变，因此直流环节的电压比较稳定，相当于恒压源。

中间储能元件改为一个大的串联电感，直流部分就相当于一个恒流源。根据中间电路储能元件的不同，变频器可分为电压源型和电流源型。

4、控制电路

控制电路常由运算电路、检测电路、控制信号的输入输出电路和驱动电路等组成。主要任务是接受各种信号，进行基本运算，输出计算结果，完成对逆变电路的开关控制，对整流器的电压控制（可控型）以及完成各种保护功能等。

控制方法可以采用模拟控制或数字控制，采用尽可能简单的硬件电路，主要靠软件来完成各种功能。由于软件的灵活性，数字控制方式常可以完成模拟控制方式难以完成的功能。