一、变频电源（变频器）类型
变频电源是把市电（通称为工频电源）转变成所需要的输出电压和频率的装置，根据应用的类型和需要，变频电源的变频电压可以从几伏到上万伏，功率可以从几瓦到几万千瓦，随着电力电子器件制造水平的提高，电力电子技术和现代控制技术的发展，变频电源在工业、商业、民用等各个领域得到了广泛的应用和快速的发展。下面简单介绍变频电源的主要类型：
1.从负载谐振方式划分，可以为并联逆变器和串联逆变器两大类型，下面列出串联逆变器和并联逆变器的主要技术特点及其比较：
串联逆变器和并联逆变器的差别，源于它们所用的振荡电路不同，前者是用L、R和C串联，后者是L、R和C并联。
（1）串联逆变器的负载电路对电源呈现低阻抗，要求由电压源供电。因此，经整流和滤波的直流电源末端，必须并接大的滤波电容器。当逆变失败时，浪涌电流大，保护困难。
并联逆变器的负载电路对电源呈现高阻抗，要求由电流源供电，需在直流电源末端串接大电抗器。但在逆变失败时，由于电流受大电抗限制，冲击不大，较易保护。
（2）串联逆变器的输入电压恒定，输出电压为矩形波，输出电流近似正弦波，换流是在晶闸管上电流过零以后进行，因而电流总是超前电压一φ角。
   并联逆变器的输入电流恒定，输出电压近似正弦波，输出电流为矩形波，换流是在谐振电容器上电压过零以前进行，负载电流也总是越前于电压一φ角。这就是说，两者都是工作在容性负载状态。

关于并联和串联谐振变频电源及晶闸管和IGBT变频电源的2

（3）串联逆变器是恒压源供电，为避免逆变器的上、下桥臂晶闸管同时导通，造成电源短路，换流时，必须保证先关断，后开通。即应有一段时间(t )使所有晶闸管（其它电力电子器件）都处于关断状态。此时的杂散电感，即从直流端到器件的引线电感上产生的感生电势，可能使器件损坏，因而需要选择合适的器件的浪涌电压吸收电路。此外，在晶闸管关断期间，为确保负载电流连续，使晶闸管免受换流电容器上高电压的影响，必须在晶闸管两端反并联快速二极管。
并联逆变器是恒流源供电，为避免滤波电抗Ld上产生大的感生电势，电流必须连续。也就是说，必须保证逆变器上、下桥臂晶闸管在换流时，是先开通后关断，也即在换流期间(tγ)内所有晶闸管都处于导通状态。这时，虽然逆变桥臂直通，由于Ld足够大，也不会造成直流电源短路，但换流时间长，会使系统效率降低，因而需缩短tγ，即减小Lk值。
（4）串联逆变器的工作频率必须低于负载电路的固有振荡频率，即应确保有合适的t 时间，否则会因逆变器上、下桥臂直通而导致换流的失败。
并联逆变器的工作频率必须略高于负载电路的固有振荡频率，以确保有合适的反压时间t ，否则会导致晶闸管间换流失败；但若高得太多，则在换流时晶闸管承受的反向电压会太高，这是不允许的。
（5）串联逆变器的功率调节方式有二：改变直流电源电压Ud或改变晶闸管的触发频率，即改变负载功率因数cosφ。
并联逆变器的功率调节方式，一般只能是改变直流电源电压Ud。改变cosφ虽然也能使逆变输出电压升高和功率增大，但所允许调节范围小。
（6）串联逆变器在换流时，晶闸管是自然关断的，关断前其电流已逐渐减小到零，因而关断时间短，损耗小。在换流时，关断的晶闸管受反压的时间(t +tγ)较长。
并联逆变器在换流时，晶闸管是在全电流运行中被强迫关断的，电流被迫降至零以后还需加一段反压时间，因而关断时间较长。相比之下，串联逆变器更适宜于在工作频率较高的感应加热装置中使用。

（7）串联逆变器的晶闸管所需承受的电压较低，用380V电网供电时，采用1200V的晶闸管就行，但负载电路的全部电流，包括有功和无功分量，都需流过晶闸管。逆变晶闸管丢失脉冲，只会使振荡停止，不会造成逆变颠覆。
并联逆变器的晶闸管所需承受的电压高，其值随功率因数角φ增大，而迅速增加。但负载本身构成振荡电流回路，只有有功电流流过逆变晶闸管，而且逆变晶闸管偶而丢失触发脉冲时，仍可维持振荡，工作比较稳定。
（8）串联逆变器可以自激工作，也可以他激工作。他激工作时，只需改变逆变触发脉冲频率，即可调节输出功率；而并联逆变器一般只能工作在自激状态。
（9）在串联逆变器中，晶闸管的触发脉冲不对称，不会引入直流成分电流而影响正常运行；而在并联逆变器中，逆变晶闸管的触发脉冲不对称，则会引入直流成分电流而引起故障。
（10）串联逆变器起动容易，适用于频繁起动工作的场合；而并联逆变器需附加起动电路，起动较为困难。
（11）串联逆变器中的晶闸管由于承受矩形波电压，故du /dt值较大，吸收电路起着关键作用，而对其di/dt要求则较低。
在并联逆变器中，流过逆变晶闸管的电流是矩形波，因而要求大的di/dt，而对du/dt的要求则低一些。
（12）串联逆变器的感应加热线圈与逆变电源(包括槽路电容器)的距离远时，对输出功率的影响较小。如果采用同轴电缆或将来回线尽量靠近(扭绞在一起更好)敷设，则几乎没有影响。而对并联逆变器来说，感应加热线圈应尽量靠近电源(特别是槽路电容器)，否则功率输出和效率都会大幅度降低。
（13）串联逆变器感应线圈上的电压和槽路电容器上的电压，都为逆变器输出电压的Q倍，流过感应线圈上的电流，等于逆变器的输出电流。

并联逆变器的感应线圈和槽路电容器上的电压，都等于逆变器的输出电压，而流过它们的电流，则都是逆变器输出电流的Q倍。
综上所述，并联逆变器和串联逆变器（通称并联或串联变频电源）各有其自己的技术特点和应用领域。从工业加热应用的角度，并联逆变器广泛应用于熔炼、保温、透热、感应加热热处理等各种领域，其功率可以从几千瓦到上万千瓦。串联逆变器广泛应用于熔炼——保温的一拖二炉组以及高Q值高频率的感应加热场合，其功率可以从几千瓦到几千千瓦。目前我国工业上采用的变频电源90%以上属并联变频电源。
2.从构成变频电源逆变环节的电子器件类型划分：
1)真空管逆变电源，其变频频率可以几十千赫兹到几十兆赫兹，通称为真空管高频电源，主要应用于高频感应加热。
2)半导体全固态变频电源，由于可用于制作半导体变频电源的电力电子器件很多，所以半导体全固态变频电源又可划分为晶闸管（可控硅）变频电源、IGBT（绝缘栅型双极晶体管）变频电源、SIT（静电感应晶体管）变频电源、GTO（门极可关断晶闸管）变频电源、MOSFET（金属场效应晶体管）变频电源等等，其中在工业上应用广泛的主要有晶闸管变频电源、IGBT变频电源和SIT变频电源，其中SIT变频电源主要应用于小功率高频感应加热场合，而晶闸管变频电源几乎应用到所有工业加热领域，IGBT变频电源也正在逐步扩大其应用领域

二、晶闸管变频电源和IGBT变频电源主要技术特点和性能的比较
1.晶闸管变频电源和IGBT变频电源从其负载谐振方式和基本构成方面有很多的相似之处，如都可以设计成串联变频电源和并联变频电源，设备构成大多是交—直—交电路，即将工频交流电源通过整流环节转换成直流电源（多数为电压可调的直流电源），在把直流电源通过逆变环节转换成电压和频率可调的交流电源，而且晶闸管变频电源和IGBT变频电源的整流环节都是由整流晶闸管（整流二极管）组成，都带有由平波电抗器或滤波电容器构成的滤波环节等，二者的主要区别是变频电源的逆变环节前者由晶闸管及与之配套的触发电路构成，后者由IGBT和与之配套的触发电路构成。或者说二者的主要区别是晶闸管变频电源的逆变器件是晶闸管，IGBT变频电源的逆变器件是绝缘栅型双极晶体管（IGBT），因逆变器件的类型和技术特性有区别，所以其配套的触发电路以及触发、关断、换流方式也有一定区别，因此要比较的二者的技术特点，首先必需对晶闸管和IGBT器件和触发驱动环节进行比较。

2.晶闸管与IGBT性能对比：  
表一：器件性能比较               
器件参数        晶闸管
KP、KK、KG        IGBT
双极晶体管        性能比较
器件等效        双稳态触发器        放大器        前者最适合开关应用
高阻放大区        无        有       
封装方式        平板压接式        模块式        各有优缺点
散热        双面        单面        双面散热好
管芯模式        大型面式        小型点式        前者电流容量大
内部结构        单一管芯        多管芯并联        单管芯可靠性高
额定/标称电流        1.57:1        0.5～1:1        前者额定电流大
浪涌/标称电流        10～15:1        2:1        前者抗浪涌电流能力强
通态压降        1.5～2V        2.5～4V        同样电流条件下，前者自身损耗小
电流上升率控制        靠外部换相电感（限流电感）控制        靠内部结构控制        前者可由应用者通过选择电感大小控制di/dt ，后者应用者无法控制，因di/dt偏大造成IGBT损坏的概率较高

表二：触发、驱动性能比较
器件参数        晶闸管
KP、KK、KG        IGBT
双极晶体管        性能比较
导通方式        门极触发        栅极驱动        二者无明显区别
关断方式        阳极反偏（外部反向电压）        栅极反偏        后者关断信号容量小，关断简单方便
适用脉冲变压器        适用        不适用        后者应采用专门的触发、关断器件 和电路
驱动隔离        易        难        无驱动隔离时易受触发、关断干扰
脉冲驱动        脉冲前沿驱动        触发电平驱动        采用触发电平触动时抗干扰能力强

3.晶闸管变频电源和IGBT变频电源在应用方面特点比较：
1)变频装置的容量：由于单只晶闸管的正反向电压耐量（电压等级）可达1000V～5000V，电流容量可达1～5000A，所以单台晶闸管变频电源功率可做到几千瓦到上万千瓦，而目前IGBT器件的电压耐量和电流容量与晶闸管相比尚有较大差距，国内的IGBT器件一般可做到800A/1200V，国外进口的IGBT器件最大可做到1500A/3300V，采用IGBT器件设计和制造变频装置时其功率容量总体上要比晶闸管变频电源小得多，目前采用国产器件的IGBT变频电源一般最大功率在500kW以下，采用进口器件的IGBT变频电源的最大功率一般在1000kW左右。
2)变频装置的可靠性：从上述表一和表二可以明显看出晶闸管器件具有开关和导通损耗小、发热少、电流容量大、di/dt耐量高、抗浪涌电流（冲击电流）能力强、散热条件好等一系列优点。其主要缺点是，晶闸管不能由触发信号关断而只能靠负载反向电压关断。从触发驱动角度来看晶闸管器件和IGBT器件对触发电路和器件的要求各有优缺点，但总体说来IGBT触发和关断信号使用简单、方便，但触发电路和器件结构复杂，二者触发信号的抗干扰能力各有优劣，但总的说来晶闸管触发信号采用脉冲变压器，其可靠性和抗干抗能力更高一些。从器件性能和触发驱动信号参数两个方面来看，晶闸管变频电源的可靠性高于IGBT变频电源

3)经济性：晶闸管器件从二十世纪六十年代初得到推广应用，已有四十多年的历史，已形成了大规模的研制开发、生产制造、销售网络，应用技术的普及和提高，得到了广泛应用，同样电压电流容量其价格比IGBT低得多。而IGBT器件在二十世纪八十年代末面世，应用的时间和广泛程度远不如晶闸管器件，其技术性能和性能价格比还有大大提高的余地。客观的讲，目前在国内工业上得到实际应用的IGBT器件绝大部分是从欧美和日本等发达国家进口的器件，因此其价格较高，备品备件的来源也不如晶闸管器件方便。所以目前晶闸管变频电源的经济性高于IGBT变频电源。
4)应用领域：尽管晶闸管变频电源具有容量大、可靠性高、经济性好等一系列优点，但在某些应用领域上IGBT变频电源有晶闸管变频电源无法涉足的独到的优势，例如晶闸管变频电源最高工作频率可以做到8000Hz左右，做到10kHz已十分困难，而IGBT变频电源可以很容易的做到15kHz～30kHz，而且国内外都有IGBT变频电源做到40kHz～50kHz的报导，再如应用于一拖二的熔炼保温炉组，所谓一拖二是指一套电气供电给二套炉体，而且两套炉体上的功率都可以从很小到额定功率连续可调，这样一号炉高功率熔化完成，即可迅速转入低功率保温状态，而二号炉则可迅速由低功率保温状态转入高功率熔化状态，这些工作状态的转变不需要更换主回路的器件和接线，使用十分方便。这种功能的一拖二电源采用晶闸管串联变频电源和IGBT串联变频电源都可以实现，但IGBT器件可以采用控制信号关断，因此从实现一拖二功能的角度，IGBT电源更方便和容易一些。当然正如前述，晶闸管一拖二串联电源可靠性更高一些。总的来说IGBT变频电源可以而且已经占领了晶闸管变频电源无法涉足的领域，因此在这些领域它有其独到的优势。
5)发展趋势：电力电子器件的设计制造技术正在日新月异的快速发展，IGBT器件的技术性能（如电流电压容量等）也在快速发展，并在逐步扩展其应用领域，随着市场需求的扩大其价格也会逐步降低（目前同样电压电流容量进口IGBT器件和国产优质晶闸管器件的价格比约为8～10:1），加之IGBT器件有靠控制信号关断的独到优势，IGBT变频电源将会得到更加广泛的应用。