變頻器原理

⚙️ 一、變頻器的基本概念

變頻器的主要功能是：

改變供應給感應電動機的「頻率 (Frequency)」與「電壓 (Voltage)」，從而控制電動機的轉速與轉矩。

馬達的轉速公式如下：

N=(120×f)/P

其中：

  • N：馬達同步轉速（rpm）

  • f：電源頻率（Hz）

  • P：馬達極數

👉 由此可見，只要改變頻率 f，就能控制馬達轉速。

⚡ 二、變頻器的工作原理：三大階段

變頻器主要由三個部分構成：

1️⃣ 整流（Rectifier）

  • 將輸入的 交流電 (AC)（例如三相 380V）轉換成 直流電 (DC)。

  • 使用元件：二極體橋式整流器 或 可控矽 (SCR)。

🌀 輸出結果：脈動直流電（仍有波紋）。

2️⃣ 平滑濾波（DC Link / Intermediate Circuit）

  • 經由電容（濾波電容）與電抗器（電感），將脈動直流電轉為平滑的穩定直流電壓。

  • 此部分又稱為「直流母線」或「中間迴路」。

🌀 作用：提供穩定直流電源給逆變器使用。

3️⃣ 逆變（Inverter）

  • 透過功率晶體（IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor）或 MOSFET，利用高速開關技術（PWM，Pulse Width Modulation）將直流電轉換回可變頻率、可變電壓的交流電 (AC)。

  • 藉由改變輸出波形頻率，控制馬達轉速。

🌀 這就是「變頻」的關鍵步驟！

🔄 三、變頻控制特性：V/F 控制原理

感應馬達的磁通量 Φ 約與電壓 V 與頻率 f 的比值成正比：

Φ∝V/f

為了讓磁通量保持恆定（避免磁飽和或轉矩下降），變頻器通常採取「V/F 比例恆定控制」：

頻率 (Hz) 電壓 (V) V/F 比例
50 Hz 380 V 7.6
25 Hz 190 V 7.6
10 Hz 76 V 7.6

🟢 當頻率降低時，電壓也要同比例下降，確保磁通穩定。

🧠 四、控制技術類型

控制方式 特點 應用範圍
V/F 控制（定比控制） 結構簡單、成本低、控制精度一般 風機、水泵
矢量控制（Vector Control） 分離轉矩與磁通控制，動態響應快 電梯、機械手臂
直接轉矩控制（DTC） 無需速度感測器，控制更精準 高性能伺服驅動

⚡ 五、變頻器輸出波形示意（PWM）

變頻器輸出的交流電不是傳統的「正弦波」，而是由高頻開關的矩形波經過濾波後模擬出來的「類正弦波」：


 
輸入交流電 → 整流 → 直流電 → PWM開關 → 類正弦波輸出

這種波形稱為 PWM（脈寬調變波），可精準控制輸出頻率與電壓。

 

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