具體來(lái)說(shuō)，當逆變回路中正極輸出側與電機某一相連接的一個(gè)開(kāi)關(guān)（如上圖右側上方）閉合時(shí)，那么相應的，電機在該相的電壓也就為正，而如果與此同時(shí)，逆變回路中負極輸出側與電機另一相連接的一個(gè)開(kāi)關(guān)（如上圖右側下方）與之同步閉合，那么電機此相的電壓也就為負，并且電機兩相之間會(huì )因此而導通產(chǎn)生電流。這樣，通過(guò)順序切換逆變回路中正負極上的多對開(kāi)關(guān)，我們就可以任意切換電機上各相輸出的正負極性，并通過(guò)調整這些開(kāi)關(guān)通斷時(shí)間間隔的變化，讓其輸出產(chǎn)生出我們想要的任何頻率特性。

 

 

 

 

需要注意的是，變頻器的逆變輸出其實(shí)是高頻的等幅脈沖方波，而不是真正的正余弦波，我們只是以等效方式將其視為正余弦波。這對于通用配電系統，并不是一個(gè)好的選擇，但對于電機來(lái)說(shuō)卻是非常合適的。正如前文所述，通過(guò)調整逆變器輸出電流的頻率，能夠實(shí)現對電機轉速的靈活控制。

 

 

 

 

不過(guò)，在實(shí)際的電機應用中，為了應對運動(dòng)負載變化，我們還經(jīng)常需要去控制和調節電機輸入端的電壓。例如：如果需要將電機頻率從 60Hz 降低到 30 Hz，那么只需調慢逆變器各輸出晶體管之間的接通時(shí)間間隔即可；但是，當輸出頻率降低到原來(lái)的一半以后，為了保持相同的電壓/頻率（V/Hz）比值，我們該如何在直流母線(xiàn)電壓始終為 650VDC 的情況下，將輸出電壓也從原來(lái)的 480V 降到 240V 呢？

 

 

 

 

想象一下，在流體管道系統中，我們其實(shí)是可以通過(guò)調節閥門(mén)的高速開(kāi)閉與其打開(kāi)的時(shí)長(cháng)來(lái)控制管路中的流體壓力的。盡管在管道系統中這個(gè)方法貌似并不怎么實(shí)用，但它對變頻驅動(dòng)來(lái)說(shuō)效果卻非常之好。只要按一定的規則對各方波脈沖的寬度進(jìn)行調節，即可改變逆變電路輸出電壓的大小。打個(gè)比方，如果在輸出為正的前半個(gè)周期中，讓電壓為 480V 和為 0V 的時(shí)間各占一半，那么其等效電壓即是 480V 的一半，也就是 240V；同樣的道理，我們就可以在變頻器的輸出上實(shí)現任何等效電壓；而如果能夠讓逆變電路正向半個(gè)周期中產(chǎn)生的多個(gè)脈沖等值電壓呈正弦波形，那么所獲得的輸出將更為平滑且低次諧波更少。

 

形狀不同而沖量相同的脈沖波形

 

在這其中最重要的原理就是面積等效，即沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節上時(shí)，其效果基本相同。沖量，是指窄脈沖的面積；效果基本相同，是指環(huán)節的輸出響應波形基本相同，低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。

 

 

 

 

目前逆變環(huán)節使用的功率器件主要是 IGBT（Insulated GateBipolar Transistor - 絕緣柵雙極性晶體管），由 BJT（雙極型三極管）和 MOS（絕緣柵型場(chǎng)效應管）組成的復合全控型電壓驅動(dòng)式功率半導體器件，同時(shí)具有 MOSFET 的高輸入阻抗和 GTR 的低導通壓降的優(yōu)點(diǎn)。GTR 具有飽和壓降低，載流密度大的優(yōu)點(diǎn)，但是驅動(dòng)電流較大；MOSFET 具有驅動(dòng)功率很小，開(kāi)關(guān)速度快的優(yōu)點(diǎn)，但是導通壓降大，載流密度小。而 IGBT 綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅動(dòng)功率小且飽和壓降低。正因為具有以上優(yōu)點(diǎn)，IGBT 模塊被用作變頻器逆變電路的開(kāi)關(guān)器件。主控電路通過(guò)控制 V1-V6 這 6 個(gè) IGBT 的開(kāi)通與閉合，達到控制輸出側 UVW 三相電路的 PWM 波形的效果，等效為電壓、頻率可控的三相交變電壓。

 

絮絮叨叨了這么多，我們不禁要提出這樣的疑問(wèn)，為什么變頻器一定要把交流電通過(guò)二極管或可控硅整流成直流電然后才能逆變?yōu)榻涣麟娔?？為什么不能直接將交流電通過(guò)某種裝置直接變換為頻率/電壓可調整的交流電呢？

 

當然是可以的，目前已經(jīng)進(jìn)入商用市場(chǎng)的安川 U1000 系列矩陣式變頻器就是“交-交“變頻器，省去了中間直流變換過(guò)程。只是，事物都有兩面性，交交轉換功率器件目前代價(jià)非常高，因此，作為當今市場(chǎng)上唯一一款商用“交交”變頻器，安川的 U1000 矩陣式變頻器在市場(chǎng)上有點(diǎn)曲高和寡，處于叫好不叫座的境地。

 

 

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