关于变频器的一点探讨

变频器使用的范围日益扩大，无论是低压还是高压范围，使用变频器可以较为容易的对鼠笼式异步电机进行调速，因为异步机的转速和施加电源的频率相关，即n=60f(1-s)/p,这样改变变频电源的频率，就改变了电机的转速，使得廉价的鼠笼式异步机得到了更为广泛的使用。并且在高压大功率范围内，由于负荷性质的不同，仅对电机进行转速调节就可以达到节能等功效，比如水泵和风机等。
一般较为常用的低压变频器，其多半采用先对低压交流电源进行整流，使其变为直流或脉动直流，然后再对此直流电源，通过控制装置，进行逆变，使得直流再变成受控频率的交流，然后再提供给负载。
在逆变过程中，最后向负载提供交流能量的多半是半导体功率元件，如IGBT等，通过对这些功率元件的控制端的控制，使得其频繁的出于导通和关断的状态，导通时，功率元件就作为直流电流的通路的一部分，把直流电送往负载，关断时，功率元件就相当于断开直流电源和负载之间的连接通路，没有直流提供给负载；按照直流的特性，只能保持一个方向的流向，在同一直流电源情况下，如何实现另一方向的流向，这就是通过所谓的电路构造和时间区段来形成了，即设法使得第一个功率器件在第一时间段内导通时直流从一点流入负载，此时第二功率器件不工作，直流再流回回路；在第二时间段内第二功率器件导通直流从负载的另一端流入负载，此时第一功率器件不工作，直流再流回回路，这样在两个时间段内流过负载的电流方向是相反的，重复这样的过程就在负载上得到了交变的电流，而电源只是一个直流电源。现在这样的电路构造是一个非常成熟的技术，例如H桥等。只要设法周期的让第一和第二个功率器件交替导通和关断，就可以在负载上得到该周期的交变电流，改变该周期即改变了加在负载两端的电源的频率，达到了改变频率的目的。这样靠功率器件导通和关断得到的交流电波形一般是矩形正负交变的，和正弦交流有较大区别的。带阻性负载没有问题，带感性负载时，如不过分考虑自感过压或采纳吸收措施等时，可以使用的，因为电感的作用电流基本是随基波变化的。
如何按照变频的要求控制功率器件使得输出达到要求是主要的工作，但对现在来讲也已经是十分成熟的技术了，单片机﹑DSP等完成这样的控制的实例是非常多的，TI﹑MICROCHIP等公司网站上的应用实例，包括控制源码都可以免费得到，但在具体应用时有些地方需要修改。
想要探讨的是，和上述不同的在逆变的时候不采用使得功率器件饱和导通而使其工作在乙类放大状态的情况，类似于采用OTL推挽输出，这样在功放前端加入的控制信号也是类似于正弦的控制信号，这样可以得到正弦输出的变频交流。这样考虑的出发点是现在的功率器件的耐压值完全可以满足一定范围低压段的要求，可以在线性放大区域内工作，只要控制端的信号满足线性控制范围就行。
如何在控制端得到频率可以受控变化的正弦交流信号是主要问题了。笔者考虑的一种方法是在DSP内先按照控制要求产生对应某一频率的SPWM波，然后按照正弦精度的要求，将此基波顺次延时后送入数个DSP的输出端子，然后在外部对这数个延时的SPWM信号进行线性叠加，叠加后得到类似于正弦的阶梯波，用这个类似于正弦的阶梯波作为功放级的控制信号控制功放得到输出。功放有信号时工作，无信号时不工作，无静态功耗。输出的波形不再是方波了，而是接近正弦波了。这样做的好处是，过电压降低，射频干扰减少，宜于设备运行。