变频器

变频器（Variable-frequency Drive，缩写：VFD），也称为变频驱动器或驱动控制器，另有一英文名称Inverter，和逆变器的英文相同。变频器的英文名称Variable-frequency Drive，是现代科技中少数源自中文者之一。
变频器是可调速驱动系统的一种，是应用变频驱动技术改变交流电动机工作电压的频率和幅度，来平滑控制交流电动机速度及转矩，最常见的是输入及输出都是交流电的交流/交流转换器。在变频器出现之前，要调整电动机转速的应用需透过直流电动机才能完成，不然就是要透过利用内建耦合机的VS电动机，在运转中用耦合机使电动机的实际转速下降，变频器简化上述的工作，缩小设备体积，大幅度降低维修率。不过变频器的电源线及电动机线上面有高频切换的讯号，会造成电磁干扰，而变频器输入侧的功率因数一般不佳，会产生电源端的谐波。
变频器的应用范围很广，从小型家电到大型的矿场研磨机及压缩机。全球约1/3的能量是消耗在驱动定速离心泵、风扇及压缩机的电动机上，而变频器的市场渗透率仍不算高。利用变频器来控制电动机的转速，带来能源效率的显著提升，是使用变频器的主要原因之一。变频器技术和电力电子有密切关系，包括半导体切换元件、变频器拓扑、控制及模拟技术、以及控制硬件及固件的进步等。

名称

变频器在台湾及韩国因为受到日本厂商影响而曾经被称作VVVF（Variable Voltage Variable Frequency Inverter），VVVF原为日文“可変電圧可変周波数制御”的英语直译缩写。直译为可变电压可变频（控制器，控制元件）。
1980年代中期沈阳居乃明提出VVVF可简化命名为变频器或变频调速器并用于产品设计，他随后在中国起重学会沈阳仓储设备专题年会上正式发表这个意见（参见《年会论文集》）。东北工学院（今东北大学）著名电力控制与拖动专家佟纯厚教授肯定这个意见，并应用在他自己在校内外的课堂和各种讲学中。此后迅速流行开来，而被普遍接受，部分国外厂家也接受这个命名，并且采用对应的英文译名Variable-frequency Drive作为产品通用名称，甚至连部分日本厂家也逐渐接纳这个命名。

系统描述及运作

变频器是一个驱动系统中的一部分，其中重要的组件包括交流电动机、驱动控制器（即变频器）本身以及变频器的操作界面。

交流电动机

变频器所驱动的交流电动机一般是三相感应电动机，有些变频器可以驱动单相电动机或特殊的同步电动机使用，但主要仍以驱动三相感应电动机为主，在成本上也比较便宜。一般常会用变频器驱动为定速驱动而设计的感应电动机，不过变频器驱动感应电动机时，其电压应力也会提高，因此一般会建议选用为变频器驱动而设计的变频电动机，且需符合NEMA标准MG-1的Part31，也就是电动机在没有噪声滤波器或电抗器的条件下，可以承受大小为额定电压3.1倍，上升时间不小于0.1μs的电压。

操作界面

变频器一般会有一个操作器作为操作界面，有按键可以启动及停止电动机运转，及调整电动机转速，操作器的其他功能可能包括正反转切换、切换由操作器设定速度或是由外部程序控制讯号设定速度等。变频器一般会包括一组文数字的显示界面及几个LED灯，以提供变频器的相关信息，显示界面可能是有七段显示器或液晶萤幕。操作器一般会设计在变频器的正前方，多半是用信号线和变频器连接。
除了操作器外，变频器也会提供输入及输出端子，可以连接按钮、开关或来自其他设备的信号，信号类型可能是数位、类比或是脉波型的。变频器也常会提供串列通信埠，以提供电脑或PLC规划及监控变频器的运作。

功率及电压范围

变频器可以配合不同电压及电流范围的单相及三相电动机使用。低压（LV）变频器一般是指输出电压小于或等于690 V的变频器，低压变频器的功率范围最大可以到约5或6MW，不过低压变频器若应用在较大的功率，其电流也会比较高，而电动机铜损和电流的平方成正比，因为经济性的考量，一般在功率超过375 kW（500HP）到750 kW (1000HP)的范围时，就会使用中压（MV）的变频器，配合中压的电动机使用。
中压变频器有各种不同的拓扑（参考表3），其差异是如何用额定电压较小的功率模组组合出所需的额定电压，其变频器额定电压会大于或等于以下标准电动机额定电压中的一个：2.3/4.16 kV (60 Hz)或3.3/6.6 kV (50 Hz)。有些应用会用低压的变频器，透过升压变压器驱动中压的电动机。
在发展过程中，中压变频器在设计时需要的考量会比低压变频器要多。中压变频器的功率最大可以到100 MW，由于不同的功率额定、性能、电源品质及可靠度要求，其中会出现许多不同的变频拓扑。

电源端谐波

变频器整流器将交流电压转换为直流电压时会出现非线性的半波整流电流，因此造成电源端电流及电压的畸变。若变频器及其他非线性的负载占总负载（或是电源容量）的比例够大，这些负载带来的畸变会影响交流电的波形，其使用同一电网的其他设备有负面的影响。
当交流电源端的电压因为谐波而产生畸变，其他使用交流电源端设备（例如直接接交流电源的电动机）的功率损失会增加，会造成设备过热，降低其使用寿命。而谐波对于供电站的变压器及功因补偿用电容均有负面影响，尤其谐波可能会使电容器产生共振，使谐波的振幅变的更大。
电力公司常会要求客户端的谐波需符合在IEC或IEEE的相关标准，例如IEEE 519标准限制客户在使用一般的交流供电系统时．在供电端的各频率最大谐波电压不得超过市电电压的3%，而电压总谐波失真（THD）不得超过5%。
改善电源端谐波的方式有许多种，例如在变频器的直流链加装电感器、交流电源端加装电感器、变频器的电源加装有多组相位移绕组的变压器（例如12脉波整流变压器）、或是将整流端由二极管改为用IGBT驱动（主动式前端）等。在电源端加装主动式或被动式低波滤波器也可以降低谐波。可以针对五次、七次、十一次、十三次……等kq+/-1次的谐波频率进行滤波，其中k为整数，q为整流器的脉波数，一般三相桥式整流器的q为6。

长导线效应

电压型变频器的输出PWM电压有高频的载波成分，电压的上升时间很短，此时需将连接到电动机的导线视为传输线，考虑传输线的效应，由于导线和电动机的阻抗不同，若导线很长时，输出电压的脉波会从电动机端子反射到导线，所造成的过电压等于直流链电压的2倍，或是额定线电压的3.1倍，造成导线及电动机绕线的高电气应力，甚至会破坏绝缘。若是电压为460V或575V的系统，使用第3代，上升时间为0.1ms的IGBT，最长建议的导线长度为50米。若要避免长导线造成的过电压，可以缩短导线长度、降低载波频率、加装dV/dt滤波器、加装低通的LCR弦波滤波器、或是使用变频电动机（其额定电压为600V，可以承受上升时间小于0.1ms的脉波）。
当载波频率降低时，不但会改善长导线造成的过电压，也会降低变频器的发热量，不过当载波频率低于6kHz，其噪音会变大，在3kHz时最明显，因此仍需要根据噪音、变频器的发热、电压绝缘应力、电动机共模电压等因素选择最佳的载波频率。透过加装LCR低通滤波器或dV/dt滤波器可以进一步的减少谐波成分。

电动机轴承电流

PWM电动机驱动器会产生高频的共模电压及电流，进而产生轴电压，破坏电动机的轴承。当轴上的高频电压借由轴承流到接地点时，在轴承的滚珠和座圈之间会出现放电加工的火花。久而之之会在轴承座圈上产生侵蚀的图案。大电动机绕组的杂散电容提供高频电压路径可以通过轴承，因此轴承电流会形成一个回路。小电动机若接地不良时也可能会产生高频的轴承电流。
避免轴承电流的方式有以下几种：良好的配线及接线、中断轴承电流的传导路径、针对共模电流进行滤波或阻尼的处理。良好的配线及接地包括电动机使用有屏蔽层、几何对称的缆线，装置轴接地电刷，以及使用有导电性的轴承用润滑油。若使用绝缘的轴承，或是特制有静电屏蔽的电动机，可以中断轴承电流的传导路径。除了针对轴承电流进行滤波或阻尼外，使用三电平的变频器或是矩阵转换器也可以改善轴承电流。

电动机制动

感应电动机在驱动负载时，由于输出转矩，电动机有滑差产生，电动机转速会略低于同步转速。当电动机减速时，电动机会输出负转矩，此时电动机会类似发电机，将机械能转换为电能，回灌给变频器的直流链（电容器或电感器）。电阻制动（dynamic braking）也称为动态制动，是指变频器直流链中内建或外挂的制动斩波器，可连接制动电阻，将此能量转换为电阻器的热能，不过电阻器可能需要散热装置，以避免电阻器过热。
动态制动是将电动机的动能转换为电阻器的热能。另外二种制动的方式是再生制动及直流制动，再生制动是指变频器的架构允许将电动机的动能再输回电网，但有此机能的变频器价格较高。直流制动则是变频器输出直流电压及电流给电动机，将电动机的动能转换为电动机本身的热能。
在变频器应用时，若有多台变频器容量相当，且不会同时进行减速，也可以使用共同直流链（common DC bus）的技术，将各台变频器的直流链相连接，有能量回灌给变频器的直流链时，可以由其他几台的电容器吸收，避免因能量回昇出现变频器过电压的情形。