变频器组成结构

变频器的控制方式及应用选型

核心提示：变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。20世纪60年代以后，电力电子器件经历了SCR（晶闸管）、GTO（门极可关断晶闸管）、BJT（双极型功率晶体管）、MOSFET（金属氧化物场效应管）、SIT（静电感应晶体管）、SITH（静电感应晶闸管）、MGT（MOS控制晶体管）、MCT（M

变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。20世纪60年代以后，电力电子器件经历了SCR（晶闸管）、GTO（门极可关断晶闸管）、BJT（双极型功率晶体管）、MOSFET（金属氧化物场效应管）、SIT（静电感应晶体管）、SITH（静电感应晶闸管）、MGT（MOS控制晶体管）、MCT（MOS控制晶闸管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、HVIGBT（耐高压绝缘栅双极型晶闸管）的发展过程，器件的更新促进了电力电子变换技术的不断发展。20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频（PWM－VVVF）调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代，作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世纪80年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并获得了广泛应用。

2变频器控制方式

低压通用变频输出电压为380～650V，输出功率为0.75～400kW，工作频率为0～400Hz，它的主电路都采用交?直?交电路。其控制方式经历了以下四代。

2.1U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式

其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速。

变频器拓扑结构

变频器是一种能够改变电源频率、调节电机转速的电气设备。它在工业领域中得到广泛应用，有效提高了工作效率和能源利用率。而变频器的拓扑结构则是其核心组成部分之一，决定着其性能和工作方式。本文将介绍几种常见的变频器拓扑结构，并分析其特点和适用场景。

一、PWM变频器

PWM（脉宽调制）变频器是一种常见的变频器拓扑结构。它通过改变电源电压的脉冲宽度来控制电机的输出频率。

1. 单桥全控式PWM变频器

这种变频器采用单桥全控整流器，实现对直流电压的调节。其优点是结构简单、控制方便，适用于小功率的驱动系统。然而，由于整流器需要大的滤波电容，导致了体积较大、效率较低的问题。

2. 双向全控式PWM变频器

双向全控式PWM变频器通过两个继电器和两个反向并联的单桥全控整流器构成，使得电流能够在正、负两个方向上流动。这种拓扑结构适用于需要正向和反向运转的驱动系统，如卷取机和电梯。

二、逆变器变频器

逆变器变频器是采用逆变器将直流电转换为变频交流电的方式来控制电机。

1. 单相逆变器变频器 单相逆变器变频器采用单相桥式逆变器，将直流电转换为单相交流电。它适用于小功率的家用电器，如空调、风扇等。

2. 三相逆变器变频器

三相逆变器变频器采用三相桥式逆变器，将直流电转换为三相交流电。它适用于大功率的工业电机驱动系统，如水泵、风机等。

三、多电平逆变器变频器

多电平逆变器变频器是一种通过增加逆变器的电平数来改善输出波形质量的拓扑结构。

1. 二电平逆变器变频器

二电平逆变器变频器采用两个桥式逆变器，将直流电转换为两个不同电平的交流电。它具有较高的输出电压质量，适用于对输出波形要求较高的应用，如电梯、电动汽车等。

2. 多电平逆变器变频器

多电平逆变器变频器采用多个桥式逆变器，将直流电转换为多个不同电平的交流电。它具有更加平滑的输出电压波形，降低了谐波含量，适用于对电压质量要求极高的应用，如光伏发电系统和电网接入系统。

一、 变频器的基本原理。变频器结构主要是由四部分组成，第一部分是进线整流单元，整流单元有二极管整流和晶闸管整流。第二部分是中间储能回路，为了获得比较平稳的中间直流电压设有平波电感和中间充电电容。为了保护中间电容的中间电容通常在中间回路上串接限流电阻，当充电电压升至电容的额定电压后将限流电阻短接掉。因此说电容的寿命是电容的充放电次数而不是使用时间的长短，因此对于变频器的工作不建议对变频器频繁的断电。第三部分是逆变回路，逆变回路的主要元器件是IGBT, 通过对IGBT导通角的控制实现其开关特性的快速关断和打开，使输出侧输出有规律的方波。第四部分是控制部分，是变频器的控制中心，实现对变频器的各种数据的监视、提取和通讯。

二、 变频器的选型。使用变频器后有以下优点：能减少生产设备的损耗和延长使用寿命从而使维修费用降低、通过提高工艺控制得到更好的质量、变速控制可以使产品产量上升、软起软停等在提高生产效率的同时节能降耗，所以变频器被大量的推广使用。根据变频器的安装方式有壁挂式和落地式两种，所以选择变频器须遵循以下的几个方面：

1. 选定使用的电压等级。根据需要选择380vac或是690vac。

2. 了解生产工艺的过程要求，通过工艺了解是否快速的启动转矩，对运行速度范围为多少，了解电机的负载是什么等等。

3. 根据技术要求选择电机。在满足工艺的要求下选择低速电机是合算的。 4. 综合上面的要点，根据变频器选型选择变频器。

由于电机输入电流与电机的转矩是线性关系的特点，选择变频器最主要的是根据Icontmax的值进行选择，Icontmax是表示40摄氏度下连续不过载的额定电流。Icontmax必须大于电机正常连续运行的值。

三、 变频器的保养与维护。变频器正确的保养和维护方式能够使变频器发挥最大使用效益，根据变频器的结构和要求的环境，我个人总结主要是以下几方面：

1. 保证变频器留有足够的空间供空气冷却，如果是多台变频器上下安装必须安装隔风板。

变频器电路结构及基本电路分析

对于变频器电路结构主要由整流电路、限流电路、滤波电路、制动电路、

逆变电路和检测取样电路部分组成。

1）驱动电路

驱动电路是将主控电路中 CPU 产生的六个 PWM 信号，经 led/’

target=‘_blank’光电隔离和放大后，作为逆变电路的换流器件（逆变模块）提供

驱动信号。

对驱动电路的各种要求，因换流器件的不同而异。同时，一些开发商开发了

许多适宜各种换流器件的专用驱动模块。有些品牌、型号的变频器直接采用专

用驱动模块。但是，大部分的变频器采用驱动电路。从修理的角度考虑，这里

介绍较典型的驱动电路。图 1 是较常见的驱动电路（驱动电路电源见图 2）。驱

动电路由隔离放大电路、驱动放大电路和驱动电路电源组成。三个上桥臂驱动

电路是三个独立驱动电源电路，三个下桥臂驱动电路是一个公共的驱动电源电

路。

2）保护电路

当变频器出现异常时，为了使变频器因异常造成的损失减少到最小，甚至减

少到零。每个品牌的变频器都很重视保护功能，都设法增加保护功能，提高保

护功能的有效性。

在变频器保护功能的领域，厂商可谓使尽解数，作好文章。这样，也就形成

了变频器保护电路的多样性和复杂性。有常规的检测保护电路，软件综合保护

功能。有些变频器的驱动电路模块、智能功率模块、整流逆变组合模块等，内