在自动感应电动机问世后，交流发电机便开始采用变频技术。通过调整发电机的转速，进而改变其输出频率，这是早期改变电机转速的重要手段之一。然而，由于发电机在降低转速时，输出频率而非电压会受到影响，因此频率的变化范围受到一定限制。接下来，让我们深入探讨变频器的各个组件，了解它们是如何协同工作以改变频率和电机转速的。

由于在交流状态下直接改变交流正弦波的频率相当困难，因此变频器的首要任务是将这种波形转换为直流。这样处理起来就相对简单了，因为直流操作更容易控制。所有变频器的核心组成部分都是一个整流器或转换器，其作用就是将交流波形转换为直流。

整流器电路的核心任务是将交流电高效地转化为直流电。其工作原理与电池充电器或电弧焊机相似，通过一个精心设计的二极管电桥，确保交流正弦波只能朝一个方向流动。这一过程使得完全整流的交流波形在直流电路中被正确解读为本地直流波形。三相变频器更是能够同时接受并转换三个独立的交流输入相，从而产生一个单一的直流输出。

此外，多数三相变频器还具备单相（V或V）电源的兼容性。尽管如此，由于单相输入仅有两个支路，变频器的输出功率（HP）必须相应降低，因为所产生的直流电流将成比例地减少。相比之下，专为单相电机设计的单相变频器，则能更有效地利用单相输入，并产生与输入相匹配的直流输出。

在变速运行的应用中，三相电机相较于单相电机有着更广泛的优势。它们不仅拥有更大的功率范围，而且通常无需外部辅助即可自行启动旋转。

直流母线作为变频器的关键组成部分，虽然在某些简化的变频器中可能被省略，但它对于高质量的通用变频器而言却是不可或缺的。它利用电容器和电感来滤除转换后的直流电中的交流“纹波”电压，确保进入逆变器部分的是纯净的直流电。此外，直流母线还配备了滤波器，用于阻止谐波失真并反馈给变频器的电源。

逆变器堪称变频器的“大脑”，位于插图右侧。它通过三组高速开关晶体管，精心创建模拟交流正弦波的所有三相DC“脉冲”。这些脉冲不仅决定了波形的电压水平，更关键的是，它们还决定了波形的频率。逆变器的名称源于其“反转”波形上下运动的工作原理。现代逆变器采用先进的“脉宽调制”（PWM）技术，使得电压和频率的调节更加精准和高效。接下来，我们来了解一下IGBT。IGBT，即“绝缘栅双极型晶体管”，在逆变器中担任着开关或脉冲元件的角色。与传统的真空管相比，晶体管在现代电子领域中发挥着至关重要的作用，它既能像放大器一样增强信号，也能作为开关来简单地开启或关闭信号。IGBT作为现代版本的晶体管，以其高速的开关能力（-Hz）和低热量产生而闻名。这种高开关速度不仅提高了交流电波仿真的精确度，还有助于降低电机噪音。同时，热量产生的减少也意味着散热片尺寸的缩小，进而使变频器的整体尺寸更加紧凑。

再来看PWM变频器的逆变器所产生的波形。与真实的AC正弦波相比，逆变器的输出由一系列固定高度和可调宽度的矩形脉冲组成。在这些脉冲中，中间部分是一组宽脉冲，而在AC周期的正负两端的开始和结束处，则有一组窄脉冲。这些脉冲的面积之和恰好等于真实AC波的有效电压。通过巧妙地调整这些脉冲的宽度和位置，变频器能够实现对电机电压的精准控制。脉冲宽度与脉冲间的空白宽度之和，共同决定了电机所接收到的波形频率，即PWM（脉宽调制）的频率。若脉冲连续无空白，则频率准确，但电压会远高于真实的AC正弦波。根据所需电压和频率，变频器会灵活调整脉冲的高度、宽度及其间的空白。

那么，这个“伪”AC（实质上为DC）是如何驱动交流感应电机的呢？确实，交流电是感应电机转子中电流及其相应磁场的必要条件。但事实上，DC在开启和关闭的过程中也能感应出电流。想象一下汽车点火系统（在固态点火之前），其中的分配器会向线圈（变压器）发送一组脉冲。这些脉冲在线圈中产生感应电荷，从而将电压提升至火花塞点火的水平。逆变器输出的宽直流脉冲，实际上是由众多单独脉冲精心组合而成，这种开启与关闭的交替运动，正是直流感应得以发生的关键。

交流电的复杂性在于其电压不断变化，从零开始，升至最大正电压，再降至零，接着升至最大负电压，最后再次降至零。那么，如何确定施加到电路的实际电压呢？以60Hz、20V的正弦波为例，其峰值电压实际上高达70V。若仅以其峰值电压为标准，我们似乎难以将其归类为20V的波形。

在一个完整的周期内，该波形从0V开始上升，达到70V的峰值后下降至0，再降至-70V，最后再次回升至0。值得注意的是，绿色矩形所代表的20V水平线上下两侧的面积是相等的，涵盖了曲线正负部分的全部面积。那么，我们能否简单地将20V视为平均电压呢？

实际上，如果要计算整个周期中每个点的电压平均值，结果将会是约08V，这显然与我们的直观感受不符。那么，我们通常所说的“有效电压”究竟是什么呢？它与我们如何测量和使用交流电息息相关。如果您要测量流过电阻的直流电流所产生的热量，您会发现它实际上大于等效交流电流所产生的热量。这是由于交流电在整个周期内的电压值并不恒定。在受控的实验室环境下，我们会发现特定的直流电流产生00度的热量升高，而交流电当量仅能产生7度的热量升高，即7%的直流值。因此，交流电的有效值是直流值的7%。同时，交流电压的有效值可以通过计算曲线前半部分电压平方之和的平方根来得出。

当峰值电压为时，我们测量从0度到80度的各个电压点，有效电压将对应于0-的峰值电压范围。以70的峰值电压为例，其倍即为20V，这就是我们所说的有效电压，或均方根电压。值得注意的是，峰值电压总是有效电压的44倍。例如，V的交流电流具有V的峰值电压，而V的交流电流则具有V的峰值电压。

除了频率的变化会影响交流电的有效值外，即使电压与交流电机的运行速度无直接关联，变频器也必须根据频率调整电压。这是因为交流电的正弦波形在不同频率下占据的时间宽度不同，进而影响到有效电压的计算。

在图中，我们展示了两个V的交流正弦波。红色曲线代表60Hz，蓝色曲线代表50Hz。尽管两者的峰值电压都达到V，但50Hz曲线的宽度明显大于60Hz曲线。这意味着在50Hz的情况下，正弦波的前半部分（即0-0ms）所覆盖的区域面积大于60Hz的情况（即0-3ms）。由于曲线下面积与有效电压成正比，因此50Hz的正弦波具有更高的有效电压。同时，随着频率的降低，有效电压的增加趋势也变得更加显著。

为了避免V电动机在高电压下过早损坏，变频器需要动态调整“峰值”电压以维持恒定的有效电压。具体来说，当操作频率降低时，峰值电压也会相应降低，反之亦然。这样的控制策略确保了电机在各种频率下都能获得适当且安全的驱动。

通过上述内容，您应该对变频器的工作原理以及如何通过它来控制电机速度有了更清晰的认识。现代变频器通常提供多种控制方式，包括手动设置和自动化控制，以满足不同应用场景的需求。