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随着交流变频器技术的越来越成熟并精进，与传统的交流变压、变极调速和可控硅（晶闸管）直流调速系统相比较而言，交流变频调速的优越性亦日益被广大用户认可和接受，因而在各行各业中得到广泛应用。尤其在我国各大景区的大型客运索道，三相交流变频调速已广泛替代其他调速系统而作为主要电力驱动系统的首选。
一、交流变频器组成电路分析
首先，我们来认识一下何谓交流变频器。所谓交流变频器就是应用现代电力电子、微电子技术，通过整流、逆变等手段，从而改变交流电机工作电源频率，以达到调整电机转速的电力控制设备。交流变频器主要由整流电路、缓冲电路、滤波电路、逆变电路等组成（见图1）。
根据上图，下面就交流变频器各组成电路一一作简单介绍。
①整流电路。所谓整流电路就是将电网交流电（市电）经过电力电子电路整流后得到直流电，主要由桥式整流电路组成。对三相交流电而言，经整流后，其输出的直流电压理论值为*U=*400≈567V;而对于单相交流电而言，经整流后，其输出的直流电压理论值为*U=*220≈310V。
②缓冲电路。主要是为了保护整流桥不被损坏而设置的电路。由电解电容的工作原理可知，变频器在受电瞬间，电容器的两端电压不会突变，而电容器两端的电流会突变，此时电容器两端相当于短路，电容器将承受瞬间冲击电流。若没有缓冲电路（充电电阻），整流桥会因为瞬间冲击电流过大而损坏。
③滤波电路。一般电解电容器的耐压值为400V，而三相交流电，经全桥整流后，其直流电压理论值约为567V。考虑到电容器的耐压因素，因此滤波电容器只能由两级电解电容串联而成。由于两级电解电容的容量不可能绝对相同，串联之后两级电解电容上的电压分配很难达到绝对的均衡，这样会致使两个电解电容器所受的电压不相等，从而导致它们的使用寿命不一样。我们通过在两个电解电容的两端分别并联阻值相同的均压电阻，便很好地解决了这个问题。
④逆变电路。所谓逆变电路就是将直流电（直流母线）转换成交流电的电力电子电路。在逆变桥里由多个IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor即绝缘栅双极型晶体管芯片与FWD二极管芯片，通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品）组成。每个IGBT里都集成一个续流二极管，其作用是为电机的定子绕组反馈能量（电机处于发电状态）提供回路。当电机处于发电状态时，其电能可通过续流二极管流向直流回路，对电解电容进行充电。
二、变频器的功能
变频器主要有软启动、调速和节能三项功能，下面对三项功能作逐一簡述。
1.软启动功能
由电机启动过程与电流冲击曲线图（见图2）可知，若将交流电动机不通过其他设备接入电网进行直接启动，其启动电流值将达到电机额定电流值的4-7倍。尤其直接启动大功率电机的情况下，由于瞬间电机启动电流过大，将会导致电网末端电压值突然下降，从而影响电网末端其他用电设备的正常运行，这是供电管理部门所坚决不允许的。
如果通过接入交流变频器对电机进行软启动，其启动电流值一般为电机额定电流值的1.2-1.5倍（见图2），这样很大程度抑制了电机的启动电流值，从而有效降低了启动冲击电流对电网末端电压值的影响，不会导致电网末端电压大幅波动，几乎不影响其他用电设备的正常运行。
2.调速功能
2.1传统的变极调速
根据三相异步电动机同步转速公式no （式中no为电机同步转速、f为电源频率、p为电机磁极对数）可知，通过改变电机定子绕组的磁极对数，就能改变它的同步转速，从而改变转子转速。通过绕组的不同组合连接方式，一般可得到两对极、三对极、四对极速度。显而易见，其调速范围较窄且受限（见下表1）。
2.2变频调速
根据三相异步电动机转速公式（式中：n为电机转速、f为电源频率、s为电机转差率、p为电机磁极对数），可知电机转速n与工作电源输入频率f成正比例关系。
观察上式，不难发现通过改变电机工作电源频率f可以达到改变电机转速n的目的（见图3：变频器频率与电机转速的关系曲线）。从图3曲线可以发现，利用交流变频器改变电机电源频率，从而调整电机转速，其调速平滑便利，且调速范围广。
3.节电功能
客运索道负载产生的阻力（驱动轮与钢丝绳间的摩擦力）大致与电机转速n?成正比，驱动所需的功率大致与电机转速n?成正比。
在我国的各大风景名胜区，尤其是山岳型景区，基本存在旅游淡旺季之分的共性，也就是说根据旅游淡旺季的不同，旅游人次存在很大的区别。当旅游景区处在旺季的时段，乘坐客运索道的游客多，索道可在满载全速工况下运行;当景区进入旅游淡季，乘坐索道的客人锐减时，客运索道无需在全速的工况下运行，我们可以利用变频器调速的方式来降低索道运行速度，可以大幅度地节约电能。下表是此类负载节电理论依据（附表2）。
通过上表的数据，可以明显地看出，当景区游客不多的情况下，客运索道无需在额定转速下运行时，利用变频器降低索道运行速度可以节约大量电能。尤其是索道在半载半速工况下运行，节电率可达87.5%，这样索道在在乘客非高峰期，通过减速运行，可以减少大量能耗，有效降低年运行费用。
三、交流变频器技术的发展趋势
随着科技不断进步，电力电子器件的基片材料已从过去的Si（硅）更新为如今的SiC（碳化硅），由于基础材料的改变，使得电力电子新器件具有以下优点：一是耐高压、耐高温、低功耗;二是能制造出体积小、容量大的驱动装置;三是永久励磁电动机以其功能独特性，正在推广和应用之中。随着信息技术的迅猛进步并普及，以及人类对相关科技瓶颈地不断突破，使得交流变频器技术也得到了前所未有的提升，未来主要朝以下几个方向发展。
1.专门化
变频器向专门化方向发展，就是使变频器在某个行业领域的性能更强，如起重机械专用变频器、电梯专用变频器、张力控制专用变频器（客运架空索道行业使用的就是这款变频器）等。
2.一体化
变频器向一体化发展，就是将变频器与电动机进行一体化装配，这样可以使组件总成的体积更小，控制更方便。
3.网络智能化
变频器向智能化方向发展，就是可以实现以下三项功能。一是在利用互联网的情况下，可以实现多台变频器联动;二是根据用户需要，变频器买来就可以用，不需要进行很多复杂的具体设定;三是其可以自行诊断出现的故障，同时可以实现遥控诊断以及零部件自动置换功能。
四、客运索道变频调速的发展方向
当前，客运索道行业的拖动系统正推广使用直接驱动器，所谓直接驱动器就是一种无需附加减速机（齿轮箱）便能驱动索道装置的驱动系统（电机转速低，只有几十转/分钟）。整个驱动系统包含一个或多个独立的电机环。每个电机环均为一个独立的永久励磁同步电机（每个电机环的功率为315KW），若想得到更大的驱动功率，可以将多个电机环进行拼装。该驱动电机的冷却方式为强迫水循环冷却，散热好，运行噪音低。这样每个电机环都有一套与之匹配的交流调速系统，来控制电机的转速。即使某一环电机或与之匹配的交流变频调速器故障，切除该环电机工作，不影响整机运行，索道可以在减速减载的工况下运行。该项技术的应用，省去了传统驱动系统中的减速机（齿轮箱）环节，降低了机械损耗，使得驱动效率大为提高，减少了维护设备的工作量，有效节约了企业的年运行成本，同时很大程度提高了索道安全运行的保障率。
作者简介：钟华明，安徽省庐江人，1972年11月1日，男，研究方向：技术安全管理，大学本科，工程师。
一、交流变频器组成电路分析
首先，我们来认识一下何谓交流变频器。所谓交流变频器就是应用现代电力电子、微电子技术，通过整流、逆变等手段，从而改变交流电机工作电源频率，以达到调整电机转速的电力控制设备。交流变频器主要由整流电路、缓冲电路、滤波电路、逆变电路等组成（见图1）。
根据上图，下面就交流变频器各组成电路一一作简单介绍。
①整流电路。所谓整流电路就是将电网交流电（市电）经过电力电子电路整流后得到直流电，主要由桥式整流电路组成。对三相交流电而言，经整流后，其输出的直流电压理论值为*U=*400≈567V;而对于单相交流电而言，经整流后，其输出的直流电压理论值为*U=*220≈310V。
②缓冲电路。主要是为了保护整流桥不被损坏而设置的电路。由电解电容的工作原理可知，变频器在受电瞬间，电容器的两端电压不会突变，而电容器两端的电流会突变，此时电容器两端相当于短路，电容器将承受瞬间冲击电流。若没有缓冲电路（充电电阻），整流桥会因为瞬间冲击电流过大而损坏。
③滤波电路。一般电解电容器的耐压值为400V，而三相交流电，经全桥整流后，其直流电压理论值约为567V。考虑到电容器的耐压因素，因此滤波电容器只能由两级电解电容串联而成。由于两级电解电容的容量不可能绝对相同，串联之后两级电解电容上的电压分配很难达到绝对的均衡，这样会致使两个电解电容器所受的电压不相等，从而导致它们的使用寿命不一样。我们通过在两个电解电容的两端分别并联阻值相同的均压电阻，便很好地解决了这个问题。
④逆变电路。所谓逆变电路就是将直流电（直流母线）转换成交流电的电力电子电路。在逆变桥里由多个IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor即绝缘栅双极型晶体管芯片与FWD二极管芯片，通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品）组成。每个IGBT里都集成一个续流二极管，其作用是为电机的定子绕组反馈能量（电机处于发电状态）提供回路。当电机处于发电状态时，其电能可通过续流二极管流向直流回路，对电解电容进行充电。
二、变频器的功能
变频器主要有软启动、调速和节能三项功能，下面对三项功能作逐一簡述。
1.软启动功能
由电机启动过程与电流冲击曲线图（见图2）可知，若将交流电动机不通过其他设备接入电网进行直接启动，其启动电流值将达到电机额定电流值的4-7倍。尤其直接启动大功率电机的情况下，由于瞬间电机启动电流过大，将会导致电网末端电压值突然下降，从而影响电网末端其他用电设备的正常运行，这是供电管理部门所坚决不允许的。
如果通过接入交流变频器对电机进行软启动，其启动电流值一般为电机额定电流值的1.2-1.5倍（见图2），这样很大程度抑制了电机的启动电流值，从而有效降低了启动冲击电流对电网末端电压值的影响，不会导致电网末端电压大幅波动，几乎不影响其他用电设备的正常运行。
2.调速功能
2.1传统的变极调速
根据三相异步电动机同步转速公式no （式中no为电机同步转速、f为电源频率、p为电机磁极对数）可知，通过改变电机定子绕组的磁极对数，就能改变它的同步转速，从而改变转子转速。通过绕组的不同组合连接方式，一般可得到两对极、三对极、四对极速度。显而易见，其调速范围较窄且受限（见下表1）。
2.2变频调速
根据三相异步电动机转速公式（式中：n为电机转速、f为电源频率、s为电机转差率、p为电机磁极对数），可知电机转速n与工作电源输入频率f成正比例关系。
观察上式，不难发现通过改变电机工作电源频率f可以达到改变电机转速n的目的（见图3：变频器频率与电机转速的关系曲线）。从图3曲线可以发现，利用交流变频器改变电机电源频率，从而调整电机转速，其调速平滑便利，且调速范围广。
3.节电功能
客运索道负载产生的阻力（驱动轮与钢丝绳间的摩擦力）大致与电机转速n?成正比，驱动所需的功率大致与电机转速n?成正比。
在我国的各大风景名胜区，尤其是山岳型景区，基本存在旅游淡旺季之分的共性，也就是说根据旅游淡旺季的不同，旅游人次存在很大的区别。当旅游景区处在旺季的时段，乘坐客运索道的游客多，索道可在满载全速工况下运行;当景区进入旅游淡季，乘坐索道的客人锐减时，客运索道无需在全速的工况下运行，我们可以利用变频器调速的方式来降低索道运行速度，可以大幅度地节约电能。下表是此类负载节电理论依据（附表2）。
通过上表的数据，可以明显地看出，当景区游客不多的情况下，客运索道无需在额定转速下运行时，利用变频器降低索道运行速度可以节约大量电能。尤其是索道在半载半速工况下运行，节电率可达87.5%，这样索道在在乘客非高峰期，通过减速运行，可以减少大量能耗，有效降低年运行费用。
三、交流变频器技术的发展趋势
随着科技不断进步，电力电子器件的基片材料已从过去的Si（硅）更新为如今的SiC（碳化硅），由于基础材料的改变，使得电力电子新器件具有以下优点：一是耐高压、耐高温、低功耗;二是能制造出体积小、容量大的驱动装置;三是永久励磁电动机以其功能独特性，正在推广和应用之中。随着信息技术的迅猛进步并普及，以及人类对相关科技瓶颈地不断突破，使得交流变频器技术也得到了前所未有的提升，未来主要朝以下几个方向发展。
1.专门化
变频器向专门化方向发展，就是使变频器在某个行业领域的性能更强，如起重机械专用变频器、电梯专用变频器、张力控制专用变频器（客运架空索道行业使用的就是这款变频器）等。
2.一体化
变频器向一体化发展，就是将变频器与电动机进行一体化装配，这样可以使组件总成的体积更小，控制更方便。
3.网络智能化
变频器向智能化方向发展，就是可以实现以下三项功能。一是在利用互联网的情况下，可以实现多台变频器联动;二是根据用户需要，变频器买来就可以用，不需要进行很多复杂的具体设定;三是其可以自行诊断出现的故障，同时可以实现遥控诊断以及零部件自动置换功能。
四、客运索道变频调速的发展方向
当前，客运索道行业的拖动系统正推广使用直接驱动器，所谓直接驱动器就是一种无需附加减速机（齿轮箱）便能驱动索道装置的驱动系统（电机转速低，只有几十转/分钟）。整个驱动系统包含一个或多个独立的电机环。每个电机环均为一个独立的永久励磁同步电机（每个电机环的功率为315KW），若想得到更大的驱动功率，可以将多个电机环进行拼装。该驱动电机的冷却方式为强迫水循环冷却，散热好，运行噪音低。这样每个电机环都有一套与之匹配的交流调速系统，来控制电机的转速。即使某一环电机或与之匹配的交流变频调速器故障，切除该环电机工作，不影响整机运行，索道可以在减速减载的工况下运行。该项技术的应用，省去了传统驱动系统中的减速机（齿轮箱）环节，降低了机械损耗，使得驱动效率大为提高，减少了维护设备的工作量，有效节约了企业的年运行成本，同时很大程度提高了索道安全运行的保障率。
作者简介：钟华明，安徽省庐江人，1972年11月1日，男，研究方向：技术安全管理，大学本科，工程师。