一、变频器的发展及特点
变频器的产生得益于现代电力电子技术、自动控制技术和计算机技术的迅速发展。变频器已从八十年代的初级实用阶段走向当今九十年代的成熟商用阶段。随着大规模晶体管开关模块GTO，GTR，IGBTIPM的开发，其电压等级已从低压向6000y高压，电流从几安培增至几千安培，成本大幅度降低，体积减小，可靠性增强，技术日臻成熟。伴随着计算机E-PLD、CPU速度、集成度的提高，新型的带有通迅功能、智能高性能磁场定向控制技术和直接转矩控制技术的矢量型变频器，把变频技术从单纯的工业应用场合带到人们周围的各个领域，如家电、汽车制造、楼宇控制、供水、农业灌溉等。变得和每个人息息相关。特别在电站中的应用带来的巨大经济效益和社会效益更是惊人。
那么，为什么变频器会如此迅速而又深入到人类生活的各个方面呢?
首先，我们看一看我们现代工业基础的最终执行单元—电动机，就会知道，任何物体的运动或是控制都要通过电动机这个最基本的电能—机械能转换装置来实现，而变频器的主要控制对象就是适应性广，可靠性高，坚固耐用，维护量几乎为零的异步电动机，交流电动机凭借其结构简单、转动惯量小、成本低廉等优点，在电气传动领域的应用已无可争辩，且控制特性也不亚于繁锁的维护量大的直流调速设备。可以说只要用到电动机的地方，我们都可以加上一个变频器来代替或提高原来的控制特性和功能。智能变频器提供的标准工业控制接口和通迅功能能与DCS分散控制系统兼容，也可将被控对象参数送到各级数字终端设备，从而实现整个系统的自动化。在西方发达国家，在调速领域中，交流调速应用早巳超过80％，而在其交流电机调速中，变频调速已占有很大比重。调速应用早已超过80％，而在其交流电机调速中，变频调速已占有很大比重。
其二，变频器最重要作用就是实现电机的无级调速。变频器通过功率模块进行变压变频输出，在保证电机输出转矩不变的情况下来调节电机转速，特性硬，最大能提供150—200％的额定转矩，在外界负荷变化时其速度几乎没有降落，并且能方例调速，是各种生产生活参数调节的重要执行单元。例如在电力机车牵引、电梯、机床加工、造纸、钢铁生产线、电站给风、给水、给煤、烟草机械上应用后，能极大程度地提高舒适程度，加工工艺，产品质量和生产率。
其三，变频器还有一个其它任何调速装置都不及的节能特性。普通的机械调速、变压调速，滑差电机等调速方式均极大地浪费宝贵能源，而变频器具有需要多少，从电网汲取多少能量的原则，高效利用能源。特别用在风机、水泵控制上，普遍节电在30％左右。从目前的电价与变频投资来看，在一至两年之内定能收回全部投资。对于电站来说，能大大降低发电成本，提高发电效益，在现今电力市场要逐步实行竞价上网的大环境下，变频技术投入无疑具有最现实的意义。
正是由于变频器这些宝贵的优点，使得变频器得到了广泛而又深入的应用。
二、变频器结构及控制原理
如下图，为市场常见的电压型变频器结构图。变频器分主回路、控制及保护回路三部分，主回路对输入电压进行整流、滤波，输出电压和频率可调的电能。控制回路则主要根据外部的运行指令进行运算并发出控制指令对逆变功率模块进行控制，对于需要更精确速度或快速响应的场合，常常要对主回路直流部分和交流输出部分进行检测运算。保护回路则用来防止因变频器主回路的过压、过流引起的器件损坏，还可保护异步电动机及传动设备等。
主回路由三部分组成，即将工频交流电变换为直流的整流部分；吸收在整流或逆变时产生的电压电流脉动的电容滤波部分；以及将直流电变为交流变频变压输出的逆变器部分。另外，在异步电动机需要制动时，在直流电容滤波部分可以增加制动单元实现电机的四象限运行。
我们知道，异步电动机的转速是由电源频率和极数决定的，所以改变频率电动机就可以改变速度，但是频率改变时，电机内部阻抗也跟着变化，这样仅改变频率将会导致电机弱磁引起的转矩不足，过励磁饱和现象，而变频器在改变输出频率的同时，通过调整控制波形改变输出电压，从而保证电机气隙磁通为额定值，这样就可对电机的转矩、速度进行很好的控制。
如今最先进的无速度传感矢量控制型变频器原理则是基于异步电机和直流电机的相同转矩产生机理，将供给异步机的定子电流分成互相垂直的两个电流矢量即：产生励磁磁场的电流分量和产生的输出转矩的电流分量，对它们分别进行控制，同时将二者合成后的定子电流供给电动机。这样可得到与控制直流电机相同的速度、转矩控制效果。具有起动电流无脉动，电流小，提供力矩大，特性硬等特点。
采用变频器进行调速或节能应用时，其设备的联接和安装非常方便，它只将原输入到电机的电网工频电源，改成输给变频器，然后将变频器输出连接到电机即可，这对原旧设备的改造尤为方便可行。
在变频器带动电机起动时，由于频率和电压是按需要随时间逐步递增的，故起动电流一般在两倍额定电流以下，而且不需要其它起动装置，也不造成电流冲击，这在数十千瓦电机以上的应用场合显得特别适用。
变频器的控制回路提供了工业标准控制数字输入输出、模拟输入输出、脉冲量接口及通讯接口，能全方位的接收并反馈被控制量各种实时状态参数，能相当方便地加入到DCS及各种数字模拟控制系统中。
三、变频器节能分析
风机泵类负载转矩与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比，因此，将从前的电机以定速运转，用挡板阀门调节风水量的方法，改用根据所需要的风水量，用变频器来调节转速就可以获得大量节电效果。
1）风机风量控制
电机以定速运转，调节风机风量典型方法是采用挡板控制。根据挡板在风道中的安装位置可分为出口挡板控制和入口挡板控制。采用挡板控制时，当挡板关小则增加风阻，且不能在宽范围调节风量。与挡板控制相比，转速控制的节电效果大。见下图
若有235KW的变频器应用于一台235KW的风机，若所需平均风量在60％，年运行时间以6000小时计算，则一台风机用变频器控制与人口挡板控制相比，年度节电则可达到235KW*0．3*6000H=423000度，每度以0．9元计算，
年节电费38万元。不到一年收回投资。
2）泵流量控制
泵的转速在某一范围内变化时，流量、总扬程、轴功率依次有线性、平方、立方关系。但对于实际的泵负载，通常存在一个与高低差有关的实际扬程，扬程越小，轴功率越接近于同转速成立方的定常特性，而且转速控制产生的节电效果也越大。
如果忽略扬程因素，则采用变频器的节电效果在上图中可视为出口挡板控制与变频器消耗功率差值。若以出口总量为60%时，年运行时间以6000小时计算，则一台风机用变频器与阀门控制（出中挡板控制）相比，年度节电则可达到235KW*0.6*6000h＝846000年度,每度以0.9元计算，年节电费76万元。不到产年收回投资。
3）恒转矩负载与转速控制
对于压缩机、输送机、辊道等负载，其负载转矩与转速关系不太大，但这种恒转矩负载采用变频器调速运转也可工节能,电机的输出功率P表达式为
P∝TXN（负载X转速）
也即，当变频器使电机速度下降时，电机的输出功率将减小。与使用在给煤煤机的驱动单元滑差电磁调速电机、鼠笼型电机的定子降压调速相比，变频器的低速效率要大得多，因此，采用变频器传动取代这些从前的调速电机，可以充分的节能。节电率约在10%左右。
四、变频器应用例举
1）鼓风机应用
锅炉鼓风机有送风机（FD））引风机（ID）等，一般在电站设计时，选用的风机的供风量在风机额定风量的80％时，就能满足发电机最大发电输出。另外，火电厂发电常进行负荷调整，白天大多运行在80％（上限），夜间大多运行在很低的转速。变频器风机的小风量运行时间越长，效益越大。
对于小容量锅炉的燃烧控制，有的采用氧化皓检测烟道含氧量，并控制风机使含氧量最低，来减少释放到烟道的热量，这样不但能节省电能，还能节省燃料。
在变频器应用于锅炉鼓风机时，应注意到当变频器发生故障或过负载时，要就能切换到工频电源，不让锅炉中断运行，反之亦然。另还要考虑高次谐波对电机及母线的影响。
2）给水泵应用
电厂锅炉负荷经常变化，当然会引起给水量及汽包水位压力的变化，但仅通过调节出水阀就会造成很大的压力损失，使效率变低。如果对给水泵的转速进行控制，以保持最佳压力，就可以消除压力损失，取得节能的效果。如果有多对给水泵，可以建立一套恒压供水自动循环切换系统，始终保持汽包工作在最佳状态。这种系统，实际扬程对全扬程的比率越小，节能效果越大。
3）给煤机应用
以往采用滑差电磁调速电动机对给煤机进行变速控制，达到对炉膛燃烧的控制，用变频调速器和全封闭调速器和全封闭外扇式鼠笼异步电机与之相比较，应用变频器后，调速范围可以从滑差电机的20%-100%提高到2%-200%（最大）特别在给煤量较少时，将运行频率提高至60HZ，进而提高出力。在节电的同时，还可避免采用滑差调速电机容易因煤粉堵塞而常常烧坏的情况，严重影响生产。
由于粉末煤料供给系统在起动时的负载转矩较正常运行时大，所以选择变频器时必须考虑负载特性，选用较原来电机容量大一级的变频器，并将变频器的工作方式设定在矢量方式，以在低频时提供强转矩。
由于料斗内粉末或其湿度或煤质的影响，可能发生堵塞，造成起动转矩异常大而无法起动，在这种情况下，应当有直接用工频起动的设计，确保在任何情况下，给煤机都能万无一失可靠工作。
4）给粉机应用
同样由于滑差调速的缺点，用变频器代替可防止滑差电机的转子堵塞，并实现DCS下的同步、精确比例运行，能很精确调节给粉量，控制燃烧。
为防止其它故障影响，在变频器中，应当设定最低运转速度，可以防止给粉彻底中断。
5）装卸与搬运
电站自动仓库为了提高生产率，达到节能和节省空间的目的，迫切需要实现塔式吊车的高速化和小型化。塔式吊车行走和装卸货物的铲叉一直采用直流电机或变极电极电机或串电阻调速办法，但为了使传动装置小型化和简单，并提高定位精度，变频器得到越来越多的应用。
采用变频器后，可以减少传动装置空间和重量，使用标准的齿轮电机或法盘电机。用一台变频器还可以轮流切换使用行走和装卸。速度可任意设置，提高停位精度。
使用时应注意有时为了加快工作时间，有可能由于电机加速转矩不够而加大电机容量，所以应对电机容量与加减速特性给予关注。电机在60HZ以上的高速运转时，标准减速器可能无法使用，所以可选6极电机与减速器配合，这样可工作在90HZ以上。
五、结论
变频器的发展应用得益于这个时代，得益于其内在的实现自动化的功能，无级调速和大幅度节能的突出优点。当今，变频器的广泛深入应用已成为现代化电站的一个显著特点。本文列举了变频器的电站中应用的几个例子，其实还有很多方方面面在此不一详述。以后可就如变频器技术的谐波、电机散热、制动、瞬停起动等问题进行详细专题讨论。
