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变频器的作用是改变电动机驱动电流的频率和幅值，进而改变其旋转磁场的周期，达到平滑控制电动机转速的目的。变频器的出现，使得复杂的调速控制简单化，用变频器与交流鼠笼式感应电动机的组合，替代了大部分原先只能用直流电动机完成的工作，缩小了体积，降低了故障发生的几率，使传动技术发展到新阶段。
由于变频器既可以改变输出的电压又可以改变频率（即可改变电动机的转速），可实现对电动机的启动及对转速进行控制，图 1-28 所示为变频器的功能原理图。
图 1-28 变频器的功能原理图
综合来说，变频器是一种集启停控制、变频调速、显示及按键设置功能、保护功能等于一体的电动机控制装置。
变频器基本上都包含了最基本的启动功能，可实现被控负载电动机的启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流的 150 %，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，图 1-29所示为电动机硬启动和变频器启动两种启动方式中其启动电流、转速上升状态的比较。
图 1-28 电动机硬启动和变频器软启动的比较
电动机硬启动会对电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动产生的大电流和振动时对相关零部件（挡板和阀门）的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长设备（阀门）的使用寿命。节省设备的维护费用。
传统的大中型电动机的启动方式通常采用硬启动，即通过接触器、继电器、启动电阻器、自耦变压器、启动按钮、停止按钮等控制部件控制电动机启动的方式。硬启动方式有电阻器降压启动、自耦降压启动或Y-Δ降压启动等多种方式。
图 1-30 所示为电动机Y-Δ降压启动时各相绕组所承受的电压值。电动机Y-Δ降压启动是指先由电路控制电动机定子绕组连接成Y形方式进入降压运行状态，待电动机转速达到一定值后，再由电路控制定子绕组换接成△形。
图 1-30 电动机Y-Δ降压启动时各相绕组所承受的电压值
图 1-31 所示为电动机电阻器降压启动时各相绕组所承受的电压值。
这种传统的降压启动方式可以减小电动机启动时的启动电流，但当电动机转为额定电压下运转时，即电动机绕组上较低的电压上升到全压，电动机的转矩会有一个跳跃，不平滑，因此电动机的每次启动或停机控制都会对电网以及机械设备有一定的冲击。
随着技术的不断更新，在一些场合使用软启动器替代传统的硬启动方式。软启动器也采用降压启动方式，它内置调压装置，在规定的时间内，将电动机的启动电压由零慢慢地提升到额定电压，图 1-32 所示为软启动器的功能原理图。
图 1-31 电动机电阻器降压启动时各相绕组所承受的电压
图 1-32 软启动器的功能原理图
软启动器是将电动机的软启动、软停车、轻载节能、多种保护功能等优点集成在一起的一种电动机控制装置。
变频器的软启动功能与软启动器的功能相似，但从实际应用来说，软启动器主要是对电动机进行启动控制，而变频器则主要是对电动机进行调速控制。
软启动器只相当于一个调压器，用于改变电动机启动时的输入电压，不改变频率（即不能改变电动机的转速），它只是在电动机启动的瞬间，作为减压启动控制，不参与运行。
变频器软启动功能在电动机启动时作用，调速功能在电动机运行中实现，一直参与到电动机的运转过程中。
在使用变频器对电动机进行控制时，变频器输出的频率和电压可从低频低压加速至额定的频率和额定的电压，或从额定的频率和额定的电压减速至低频低压，而加/减时的快慢可以由用户选择加/减速方式进行设定，即改变上升或下降频率，其基本原则是，在电动机启动电流允许的条件下，尽可能缩短加/减速时间。
例如，三菱FR—A700 通用型变频器的加/减速方式有直线升/降速、 S 曲线加/减速A、 S 曲线加/减速B和暂停加/减速四种，如图 1-33 所示。
图 133 三菱FR—A700 通用型变频器的升速方式
● 直线升/降速方式
直线升/降速是指频率与时间按一定比例变化（该变频器中其设定值为“0”）。在变频器运行模式下，改变频率时，为不使电动机及变频器突然加减速，使其输出频率直线变化，达到设定频率。
● S 曲线加/减速A方式
S 曲线加/减速A方式（该变频器中其设定值为“1”）用于需要在基准频率以上的高速范围内短时间加减速的场合，如工作机械主轴电动机的驱动系统。
● S 曲线加/减速B方式
S 曲线加/减速B方式（该变频器中其设定值为“2”）从 f 2 （当前频率）到 f 1 （目标频率）提供一个 S 形加/减曲线，具有缓和加/减速时的振动效果，可防止负载冲击力过大。适用于防止运输机械等的负载冲击太大，如皮带传送的运输类负载设备中，用来避免货物在运送的过程中滑动。
● 齿隙补偿方式
齿隙补偿方式（该变频器中其设定值为“3”）是指为了避免齿隙，在加减速时暂时中断加减速的方式。
齿隙是指电动机在切换旋转方向时或从定速运行转换为减速运行时，驱动齿轮所产生的齿隙。
在变频器控制中，停车及制动方式可以受控，且一般变频器都具有多种停车方式及制动方式进行设定或选择，如减速停车、自由停车、减速停车+制动等，该功能可减少对机械部件和电动机的冲击，从而使整个系统更加可靠。
在变频器中经常使用的制动方式有两种，即直流制动、外接制动电阻和制动单元功能，用来满足不同用户的需要。
● 直流制动功能
变频器的直流制动功能是指当电动机的工作频率下降到一定的范围时，变频器向电动机的绕组间接入直流电压，从而使电动机迅速停止转动。在直流制动功能中，用户需对变频器的直流制动电压、直流制动时间以及直流制动起始频率等参数进行设置。
● 外接制动电阻和制动单元
当变频器输出频率下降过快时，电动机将产生回馈制动电流，使直流电压上升，可能会损坏变频器。此时为回馈电路中加入制动电阻和制动单元，将直流回路中的能量消耗掉，以便保护变频器并实现制动。
变频器的变频调速功能是其最基本的功能。在传统电动机控制系统中，电动机直接由工频电源（50 Hz）供电，其供电电源的频率 f 1 是恒定不变的，因此其转速也是恒定的。
而在电动机的变频控制系统中，电动机的调速控制是通过改变变频器的输出频率实现的，通过改变变频器的输出频率即可很容易实现电动机工作在不同电源频率下，从而可自动完成电动机的调速控制。
图 1-34 所示为传统电动机控制系统与变频控制系统的比较。
图 1-34 传统电动机控制系统与变频控制系统的比较
通常，交流电动机转速的计算公式为：
式中， N 1 为电动机转速， f 1 为电源频率、 P 为电动机磁极对数（由电动机内部结构决定），可以看到，电动机的转速与电源频率成正比。
在普通电动机供电及控制线路中，电动机直接由工频电源（50 Hz）供电，即供电电源的频率 f 1 是恒定不变的，例如，若当交流电动机磁极对数 P =2 时，可知其在工频电源下的转速为：
而由变频器控制的电动机线路中，变频器可以将工频电源通过一系列的转换使输出频率可变，从而可自动完成电动机的调速控制。目前，多数变频器的调速控制主要有压/频（ U / f ）控制方式、转差频率控制方式、矢量控制方式和直接转矩控制方式四种。
表 1-3 所列为电动机不同控制方式的调速对比。从表 1-3 所列中可知，对电动机进行调速的方式有很多种，但采用变频器对电动机进行调速（变频式调速），不但调速范围较为广泛，安装条件较为简单，而且节能率最高，更适合现代工业的需要。
表 1-3 电动机不同控制方式的调速对比
变频器前面板上一般都设有显示屏、状态指示灯及操作按键，可用于对变频器各项参数进行设定以及对设定值、运行状态等进行监控显示。
大多变频器内部设有故障诊断功能，该功能可对系统构成、硬件状态、指令的正确性等进行诊断，当发现异常时，会控制报警系统发出报警提示声，同时在显示屏上显示错误信息，当故障严重时则会发出控制指令停止运行，从而提高变频器控制系统的安全性。
变频器内部设有保护电路，可实现对其自身及负载电动机的各种异常保护功能，其中主要包括过热（过载）保护和防失速保护。
（1）过热（过载）保护功能
变频器的过热（过载）保护即过流保护。在所有的变频器中都配置了电子热保护功能或采用热继电器进行保护。过热（过载）保护功能是通过监测负载电动机及变频器本身温度，当变频器所控制的负载惯性过大或因负载过大引起电动机堵转时，其输出电流超过额定值或交流电动机过热，保护电路动作，使电动机停转，防止变频器及负载电动机损坏。
（2）防失速保护
失速是指当给定的加速时间过短，电动机加速变化远远跟不上变频器的输出频率变化时，变频器将电流过大而跳闸，运转停止。
为了防止上述失速现象使电动机正常运转，变频器内部设有防失速保护电路，该电路可检出电流的大小进行频率控制。当加速电流过大时适当放慢加速速率，减速电流过大时也适当放慢减速速率，以防出现失速情况。
另外，变频器内的保护电路可在运行中实现过电流短路保护、过电压保护、冷却风扇过热和瞬时停电保护等，当检测到异常状态后可控制内部电路停机保护。
变频器的保护功能一般均十分完善，除上述的两项基本保护功能外，还可实现对地短路保护、过压保护、欠压保护、输入缺相保护、瞬时停电保护、电动机保护等基本保护功能。
为了便于通信以及人机交互，变频器上通常设有不同的通信接口，可用于与PLC自动控制系统以及远程操作器、通信模块、电脑等进行通信连接，如图 1-35 所示。
图 1-35 变频器的通信功能
变频器作为一种新型的电动机控制装置，除上述功能特点外，还具有运转精度高、功率因数可控等特点。
无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低会导致电网有功功率的降低，使大量的无功电能消耗在线路当中，使设备的效率降低，能源浪费严重，使用变频调速装置后，由于变频器内部设置了功率因数补偿电路（滤波电容器的作用），从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。