交-直-交变频器介绍

交-交变频器和交直交变频器的工作原理理论说明1. 引言1.1 概述交流变频器和交直交变频器作为电力调节装置在现代工业领域具有广泛的应用。

它们通过控制电压和频率来实现对电动机转速的调节，从而满足不同工况下的需求。

本文将深入探讨这两种变频器的工作原理及其理论说明。

1.2 文章结构本文将分为五个部分进行阐述。

第一部分为引言，介绍文章的背景和目标；第二部分将详细阐述交流变频器的工作原理，包括基本原理、输入输出特性以及控制策略；第三部分将重点讲解交直交变频器的工作原理，包括脉宽调制技术、桥式整流器以及逆变器设计；第四部分将通过建立数学模型并进行系统特性分析，展示这些变频器工作原理的模拟与分析过程；最后一部分是结论，总结文章要点并展望这些变频器在未来的研究意义与发展前景。

1.3 目的本文旨在全面了解和揭示交流变频器和交直交变频器的工作原理，并通过数学模型建立与系统特性分析来更好地理解其原理与工作机制。

通过本文的阅读，读者将能够深入了解交流变频器和交直交变频器在工业领域中的应用以及其对电动机的调节控制效果，为相关技术的研究和实践提供有益参考。

这样会清晰重点说明引言部分的内容。

2. 交流变频器的工作原理:2.1 基本原理：交流变频器是一种电力调节设备，用于将固定频率和振幅的交流电转换为可调节频率和振幅的交流电。

其基本原理是通过控制电压和频率来实现对电机转速的调节。

在交流变频器中，主要由三个部分组成：整流器、逆变器和中间直流环节。

整流器将交流电源转换为直流，并通过逆变器将直流电源再次转换为可调节的交流电源。

2.2 输入输出特性：交流变频器通常具有宽输入电压范围和高输出功率因数。

可以接受不同工作条件下的输入，如不同的供应电压、负载波动等，并产生稳定且可调节的输出。

其中，输入特性包括输入相位角、输入功率因数等；输出特性包括额定输出功率、容量因数、效率等。

这些特性决定了交流变频器在工业应用中的适用性以及对于不同负载情况下的响应能力。

交直交电流型变频器主电路的组成及各部分的作用导语：交-直-交电流型变频器是指在逆变器的直流侧串联平波电抗器，使得直流电平直，形成电流源，可以方便地实现负载能量向电网回馈，可以快速、频繁地实现四象限运行，同时可以实现电流的闭环控制，提高了装置的可靠性。

交直交变频器的主电路包括哪些组成：1、主电路;2、控制电路;3、外接端子;4、操作面板四部分组成。

1、主电路：是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。

电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感，包括：(1)整流电路：用来把三相交流电整流成直流电;(2)滤波电路：用来把整流后的脉动的直流通过储能元件，变为较为平滑的的直流。

，滤波电路还可以提高功率因数;(3)逆变电路：用来把直流电逆变为交流电，最常见的是用6个逆变模块组件组成三相桥式逆变电路，由CPU来控制逆变器的通断，可以得到任意频率的三相交流电的输出;2、控制电路：有运算电路、检测电路、控制信号的输入输出和驱动电路等构成;3、外接端子：主电路的三相电源接线端子、电动机端子、直流电抗器接线端子、制动单元和制动电阻接线端子;4、操作面板：操作面板用来设定变频器的控制功能、参数和频率设定等。

交-直-交电流型变频器是指在逆变器的直流侧串联平波电抗器，使得直流电平直，形成电流源，可以方便地实现负载能量向电网回馈，可以快速、频繁地实现四象限运行，同时可以实现电流的闭环控制，提高了装置的可靠性。

适用于单机快速调速系统。

顺变器的作用是将定压定频的交流电变换为可调直流电，通过电压型或电流型滤波器为逆变器提供直流电源。

逆变器将直流电源变为可调频率的交流电。

1交直交电压型变频器，此类变频器价格比较贵，另外技术上存在二大问题，一是存在中间整流滤波环节，故效率比较低，二是当电动机处于发电状态能量返回电网困难，通常是接通电阻回路把能量消耗掉，这样一方面增大设备的体积，另一方面能量未得到利用，是极大的浪费，为了使能量能得到利用，可增加有源逆变电路，但这又增加成本和电路的复杂性。

交交变频器其工作原理是将三相工频电源经过几组相控开关控制直接产生所需要变压变频电源，其优点是效率高，能量可以方便返回电网，其最大的缺点输出的最高频率必须小于输入电源频率1/3或1/2，否则输出波形太差，电机产生抖动，不能工作。

故交交变频器至今局限低转速调速场合，因而大大限制了它的使用范围。

2交- 交变频技术交-交变频器采用晶闸管自然换流方式，工作稳定，可靠，适合作为双馈电机转子绕组的变频器电源，交交变频的最高输出频率是电网频率的1/3-1/2，在大功率低频范围有很大的优势。

交交变频没有直流环节，变频效率高，主回路简单，不含直流电路及滤波部分，与电源之间无功功率处理以及有功功率回馈容易。

虽然交交变频双馈系统得到了普遍的应用，但因其功率因数低，高次谐波多，输出频率低，变化范围窄，使用元件数量多使之应用受到了一定的限制。

矩阵式变频器是一种交交直接变频器，由九个直接接于三相输入和输出之间的开关阵组成。

矩阵变换器没有中间直流环节，输出由三个电平组成，谐波含量比较小；其功率电路简单、紧凑，并可输出频率、幅值及相位可控的正弦负载电压；矩阵变换器的输入功率因数可控，可在四象限工作。

虽然矩阵变换器有很多优点，但是在其换流过程中不允许存在两个开关同时导通的或者关断的现象，实现起来比较困难。

矩阵变换器最大输出电压能力低，器件承受电压高也是此类变换器一个很大缺点。

应用在风力发电中，由于矩阵变换器的输入输出不解耦，即无论是负载还是电源侧的不对称都会影响到另一侧。

另外，矩阵变换器的输入端必须接滤波电容，虽然其电容的容量比交直交的中间储能电容小，但由于它们是交流电容，要承受开关频率的交流电流，其体积并不小。

概述变频器就是利用电力半导体器件的通断作用将固定电压、频率的交流电变换为频率、电压都连续可调的交流电的装置，主要用于对异步电动机的调速控制，它与电动机之间连接框图如图1-1所示。

按变频器的电路组成分类:从变频器的电路组成来看，变频器可分为交-交变频器和交-直-交变频器。

1.交-交变频器它是将频率固定的交流电源直接变换成频率连续可调的交流电源，其主要优点是没有中间环节，变换效率高。

但其连续可调的频率范围窄，所采用的器件多，其应用收到很大限制。

2、交-直-交变频器先将频率固定的交流电整流后变成直流，再经过逆变电路，把直流电逆变成频率连续可调的三相交流电，由于把直流电逆变成交流电较易控制，因此在频率的调节范围，以及变频后电动机特性改善等方面，都具有明显优势，目前使用最多的变频器均属于交-直-交变频器。

根据直流环节的储能方式来分，交-直-交变频器又可分为电压型和交流电源变频器电动机负载电流型两种。

1）电压型整流后若是靠电容来滤波，这种交-直-交变频器称为电压型变频器,而现在使用的变频器大部分为电压型。

2）电流型整流后若是靠电感来滤波，这种交-直-交变频器称为电流型变频器，这种型式的变频器较为少见。

根据调压方式的不同，交-直-交变频器又可分为脉幅调制（PAM）和脉宽调制（PWM）两种。

3）脉幅调制（PAM）变频器输出电压的大小是通过改变直流电压（UD）来实现的，这种方法现在已经很少采用。

4）脉宽调制（PWM）变频器输出电压的大小是通过改变输出脉冲的占空比来实现的。

目前使用最多的是占空比按正弦规律变化的正弦波脉宽调制，即SPWM方式。

按变频器的控制方式分类按不同的控制方式，变频器可分为U/f控制、矢量控制（VC）和直接转矩控制三种类型。

按变频器的用途分类根据用途的不同变频器可分为通用变频器和专用变频器。

目前变频器技术主要发展方向为：1、高水平的控制2、网络智能化3、结构小型化4、高集成化5、专门化6、开发清洁电能的变频器图2-2 交-直-交电压型变频器典型主电路整流器由VD1～VD6组成三相整流桥，它们将三相380V工频交流电整流成直流，设电源的线电压有效值为UL，那么三相全波整流后的平均直流电压UD大小是：UD=1.35UL=513V整流管VD1～VD6通常采用可以承受高电压大电流具有较大耗散功率的电力二极管，中间电路中间电路包括滤波电路、限流电路和制动电路三部分。

交直交变频器原理定义：把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作变频器。

构架：变频器可以分为四个主要部分。

1.整流部分：将工频电源转换成直流功率。

2.中间电路: a.将直流电压变换成直流电流；b.使脉动的直流电压变得稳定平滑；3.逆变部分：将直流功率转换成交流功率。

4.控制系统：将控制信号传送给整流部分、中间电路、逆变部分，也接收来自各个部分的信号，实现闭环控制。

整流原理：将单相或者三相交流电变成脉动直流电。

1.工频电源：我国的工频电源是频率为50HZ的正弦交流电。

a.正弦交流电的表示方法u=U m sin（ωt+ⱷ）；U m最大值ω角频率ⱷ初相位b.表示正弦交流电的物理量①周期、频率、角频率ω=2πf=2π/T单位rad/s T=1/f=2π/ω单位s②最大值、有效值、瞬时值有效值：如果交流电和直流电分别通过同一电阻，两者在相同的时间内所消耗的电能相等（或所产生的焦耳热相同），则此直流电的数值就叫做交流电有效值的数值。

通常所说的交流电的电压、电流的值，如果没有特殊说明，都是指有效值，例如单相交流电压220伏，三相交流电压380伏；交流电工仪表测出的电压、电流值都是指有效值；交流电气设备铭牌上标注的电压、电流值也是指有效值。

③相位、初相位、相位差u=U m sin（ωt+ⱷ）中，ωt+ⱷ就是电压的相位；ⱷ就是初相位，即t=0时的相位；同频交流电的相位差，就是初相之差。

2.单相桥式整流原理单相桥式整流电路a.当正弦交流电处于正半周时b.当正弦交流电处于负半轴时c.正弦交流电整个周期无电容滤波，桥式整流电路中，输出的直流电压平均值是输入的正弦交流电压有效值的0.9倍；如果有大容量电容的滤波电路，空载情况下，输出的直流电压平均值就是输入的正弦交流电压有效值的1.41倍，接近正弦交流电压的最大值；有负载的条件下，输出的直流电压平均值就是输入的正弦交流电压有效值的1.2倍（经验值）。

1交直交电压型变频器，此类变频器价格比较贵，另外技术上存在二大问题，一是存在中间整流滤波环节，故效率比较低，二是当电动机处于发电状态能量返回电网困难，通常是接通电阻回路把能量消耗掉，这样一方面增大设备的体积，另一方面能量未得到利用，是极大的浪费，为了使能量能得到利用，可增加有源逆变电路，但这又增加成本和电路的复杂性。

交交变频器其工作原理是将三相工频电源经过几组相控开关控制直接产生所需要变压变频电源，其优点是效率高，能量可以方便返回电网，其最大的缺点输出的最高频率必须小于输入电源频率1/3或1/2，否则输出波形太差，电机产生抖动，不能工作。

故交交变频器至今局限低转速调速场合，因而大大限制了它的使用范围。

2交- 交变频技术交-交变频器采用晶闸管自然换流方式，工作稳定，可靠，适合作为双馈电机转子绕组的变频器电源，交交变频的最高输出频率是电网频率的1/3-1/2，在大功率低频范围有很大的优势。

交交变频没有直流环节，变频效率高，主回路简单，不含直流电路及滤波部分，与电源之间无功功率处理以及有功功率回馈容易。

虽然交交变频双馈系统得到了普遍的应用，但因其功率因数低，高次谐波多，输出频率低，变化范围窄，使用元件数量多使之应用受到了一定的限制。

矩阵式变频器是一种交交直接变频器，由九个直接接于三相输入和输出之间的开关阵组成。

矩阵变换器没有中间直流环节，输出由三个电平组成，谐波含量比较小；其功率电路简单、紧凑，并可输出频率、幅值及相位可控的正弦负载电压；矩阵变换器的输入功率因数可控，可在四象限工作。

虽然矩阵变换器有很多优点，但是在其换流过程中不允许存在两个开关同时导通的或者关断的现象，实现起来比较困难。

矩阵变换器最大输出电压能力低，器件承受电压高也是此类变换器一个很大缺点。

应用在风力发电中，由于矩阵变换器的输入输出不解耦，即无论是负载还是电源侧的不对称都会影响到另一侧。

另外，矩阵变换器的输入端必须接滤波电容，虽然其电容的容量比交直交的中间储能电容小，但由于它们是交流电容，要承受开关频率的交流电流，其体积并不小。

变频器交直交直流部分工作原理变频器是一种用于控制交流电动机的电子设备，它能够调整电机的转速和输出功率，同时还能提高系统的效率和精度。

在变频器中，交直交变频器和直流变频器是两种常见的类型，它们在工作原理和应用领域上有所不同。

本文将重点介绍变频器中的交直交直流部分工作原理，以帮助读者更好地理解这一关键电子设备的工作原理。

让我们来了解一下交直交变频器的工作原理。

交直交变频器由整流器、充电电容、逆变器和电机组成。

交流电源先经过整流器变成直流电压，然后通过充电电容存储电能，再由逆变器将直流电压转换成可控的交流电压供给给电机。

逆变器中通常采用IGBT（绝缘栅双极型晶体管）作为开关元件，通过控制IGBT的导通和关断来实现对输出交流电压的调节。

交直交变频器能够实现对电机的转速、扭矩和运行方式进行精确控制，在工业领域中得到了广泛的应用，特别适用于需要变速运行的场合。

让我们来介绍一下直流变频器的工作原理。

直流变频器由整流器、滤波器、逆变器和电机组成。

交流电源经过整流器转换成直流电压，再经过滤波器减小电压脉动，最后由逆变器将直流电压转换成可控的交流电压供给给电机。

直流变频器中的逆变器通常采用可控硅作为开关元件，通过控制可控硅的导通和关断来实现对输出交流电压的调节。

直流变频器能够实现对电机的转速、扭矩和运行方式进行精确控制，其控制精度和动态响应速度较高，适用于一些对控制要求较高的场合。

无论是交直交变频器还是直流变频器，其工作原理都是通过将输入的电源能量转换成可控的输出电源能量，从而实现对电机的精确控制。

两种类型的变频器在实际应用中有各自的特点和适用范围，可以根据具体情况选择合适的类型。

希望本文能够帮助读者更好地理解变频器中的交直交直流部分工作原理，为相关领域的工程师和研究人员提供一些参考。

-电机与控制-多电平交-直-交变频器常见故障及处理张存辉李雪民(河南心连心化学工业集团股份有限公司,453700,河南新乡)变频器是应用逆变技术与控制技术通过改 变电机工作电源频率和电压来控制交流电动机的电力控制设备，既能对设备进行无级调速， 又具有良好的节能效果。

我公司自2002年引 入第一台高压变频器至今已有十六年的使用历史，现场使用的高压变频器多数为多电平交- 直-交变频器。

下面介绍多电平交-直-交变 频器常见故障及处理方法。

1交-直-交变频器的结构及常见故障1 ■ 1结构交-直-交变频器先通过整流电路将电网交流电整流成直流电，再用逆变电路将直流电 转换为电压、频率可变的交流电。

整流回路、 直流回路、逆变电路是交-直-交变频器的三个基本组成部分。

交-直-交变频器的结构如图］所示。

我公司使用的高压变频调速系统采用单元 串联多电平技术，属高-高电压源型变频器,3 kV 、6 kV 、10 kV 高压直接输入、输出。

变 频器主要由移相变压器、功率模块和控制器 组成。

功率模块是整台变频器实现变压变频输出的基本单元。

功率模块相当于一台交-直-交图1交-直-交变频器的结构电压型单相低压变频器，其整流侧使用6个二 极管组成三相全桥进行不可控全波整流，中间 采用电解电容滤波和储能，输出侧为4只IGBT 组成的H 桥，单元驱动板对IGBT 逆变桥 进行正弦PWM 控制，可得到单相交流输出。

功率模块电路如图2所示。

1.2常见故障根据使用和维护经验，将该高压变频器的常见故障分为两部分，一部分为功率模块内部 故障，另一部分为功率模块外部故障。

功率模块内部故障是最多见的故障，其故障占比达到总故障的80%。

功率模块常见故障有以下三类：(1) 单元过电压故障和欠电压故障；(2) 驱动故障；444'U'U'l (2020 -8)-电机与控制-(3)IGBT损坏。

2故障处理2.1单元过电压故障和欠电压故障变频器报单元过电压故障或欠电压故障时，应检查输入的高压电源正向波动或负向波动是否超过允许值。

变频器基础知识3：交—直—交是什么意思？l变频装置有两大类：一类是由工频直接转接成可变频率的，称为“交—交变频”。

交-交变频器的结构如下图所示，交流输出的正半周电流由正组整流器提供，负半周电流由负组整流器提供。

交-交变频器的优点是过载能力强；效率高；输出波形较好。

缺点是输出频率只有电源频率的1/3 ~1/2；功率因数低，需要补偿装置；虽然输出波形较好，但变频器的容量大，谐波相对也大，还需加装滤波器；所用的元器件多，造价高。

交-交变频的高（中）压变频器的容量较大，一般都在数千千瓦以上，大多用在冶金﹑钢铁行业的调速比要求不高的轧机﹑提升机等场合。

另一类就是“交—直—交变频”，意思是：先把工频交流电整流成直流电，再把直流“逆变”成频率和电压可变的交流电。

交—直—交的电路结构如下图所示：交直交变频器的工作原理是借助微电子器件、电力电子器件和控制技术，先将工频电源经过二极管整流成直流电，再由电力电子器件把直流电逆变为频率可调的交流电源。

交直交变频器工作原理图如下所示：由图可知，变频器由主电路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制回路组成。

各部分的功能如下：1.整流器它的作用是把三相（或单相）交流电源整流成直流电。

在SPWM变频器中，大多采用全波整流电路。

大多数中、小容量的变频器中，整流器件采用不可控的整流二极管或者二极管模块。

2.逆变器它的作用与整流器相反，是将直流电逆变为电压和频率可变的交流电，以实现交流电机变频调速。

逆变电路由开关器件构成，大多采用桥式电路，常称逆变桥。

在SPWM变频器中，开关器件接受控制电路中SPWM调制信号的控制，将直流电逆变成三相交流电。

3.控制电路这部分电路由运算电路、检测电路、驱动电路、保护电路等组成，一般均采用大规模集成电路。

交直交变频器比较常见，由整流器、滤波系统和逆变器三部分组成。

整流器为二极管三相桥式不控整流器或大功率晶体管组成的全控整流器，逆变器是大功率晶体管组成的三相桥式电路，其作用正好与整流器相反，它是将恒定的直流电交换为可调电压，可调频率的交流电。

变频装按变化环节
变频装置按变化环节主要分为交-交变频器和交-直-交变频器。

交-交变频器即将工频交流直接变换成频率电压可调的交流，中间不经过直流环节，又称直接式变频器、周波变换器。

其整个系统由正、反两组整流器组成。

控制系统按照负载电流的极性，交替控制这两组反向并联的整流器，使之轮流处于整流和逆变状态，从而获得变频交流电压。

交-交变频器的输出电压由整流器的控制角来决定，可以产生方波交流电压或正弦交流电压。

交-交变频器由于控制方式决定了最高输出频率只能达到电源频率的1/3～1/2，不能高速运行，这是它的主要缺点。

但由于没有中间环节，不需换流，提高了变频效率，并能实现四象限运行，因而多用于低速大功率系统中，如回转窑、轧钢机等。

而交-直-交变频器则是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把直流电逆变为频率和电压可调的交流电供给交流电机，又称间接式变频器，是目前广泛应用的通用型变频器。

以上信息仅供参考，如需了解更多信息，建议查阅相关书籍或咨询专业人士。