变频器电路结构及基本电路分析

变频器的控制电路及几种常见故障分析变频器的控制电路及几种常见故障分析1、引言随着变频器在工业生产中日益广泛的应用，了解变频器的结构，主要器件的电气特性和一些常用参数的作用及其常见故障对于实际工作越来越重要。

2、变频器控制电路给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的网络，称为控制回路，控制电路由频率，电压的运算电路，主电路的电压，电流检测电路，电动机的速度检测电路，将运算电路的控制信号进行放大的驱动电路，以及逆变器和电动机的保护电路等组成。

无速度检测电路为开环控；在控制电路增加了速度检测电路，即增加速度指令，可以对异步电动机的速度进行更精确的闭环控制。

（1）运算电路将外部的速度，转矩等指令同检测电路的电流，电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。

（2）电压、电流检测电路为与主回路电位隔离检测电压，电流等。

（3）驱动电路为驱动主电路器件的电路，它与控制电路隔离，控制主电路器件的导通与关断。

（4）I/O电路使变频更好地人机交互，其具有多信号（比如运行多段速度运行等）的输入，还有各种内部参数（比如电流，频率，保护动作驱动等）的输入。

（5）速度检测电路将装在异步电动机轴上的速度检测器（TG、PLG等）的信号设为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。

（6）保护电路检测主电路的电压、电流等。

当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压，电流值。

逆变器控制电路中的保护电路，可分为逆变器保护和异步电动机保护两种，保护功能如下：（1）逆变器保护①瞬时过电流保护，用于逆变电流负载侧短路等，流过逆变电器回件的电流达到异常值（超过容许值）时，瞬时停止逆变器运转，切断电流，变流器的输出电流达到异常值，也得同样停止逆变器运转。

②过载保护，逆变器输出电流超过额定值，且持续流通超过规定时间，为防止逆变器器件、电线等损坏，要停止运转，恰当的保护需要反时限特性，采用热继电器或电子热保护，过载是由于负载的GD2（惯性）过大或因负载过大使电动机堵转而产生。

变频器基本原理图讲解
变频器是一种电力变换装置，可以将交流电源转换成可调频率和可调幅度的交流电信号。

它主要由整流电路、滤波电路、逆变电路和控制电路等组成。

下面我们来逐步分析变频器的基本原理图。

整流电路是变频器的第一个部分，它将交流电源转换成直流电。

整流电路一般由二极管桥或者可控硅等元件组成。

经过整流电路后，电流只能在一个方向上流动。

滤波电路是整流电路输出的直流电进行滤波处理的部分。

它主要由电容器和电感器组成，能使电流平滑、波动小。

滤波电路的作用是减小直流电中的脉动，使得直流电更加稳定。

逆变电路是变频器的核心部分，它将经过滤波处理后的直流电再次转换成交流电。

逆变电路一般由晶闸管、中间频率变压器等元件组成。

通过控制逆变电路的工作方式和频率，可以实现交流电频率的调整。

控制电路是变频器的控制部分，它根据输入的控制信号，实现对整个变频器的控制和调节。

控制电路一般由微处理器、模拟电路等组成。

通过调整控制电路的参数，可以实现对变频器输出信号的频率和幅度的调节。

总之，变频器的基本原理图可以简单概括为整流电路、滤波电路、逆变电路和控制电路等组成。

它能够将交流电源转换成可调频率和可调幅度的交流电信号，具有广泛的应用。

变频器工作原理与结构图文详解—变频器的功能作用分析变频器变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。

变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。

变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。

随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。

变频器基本组成变频器通常分为4部分：整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。

整流单元：将工作频率固定的交流电转换为直流电。

高容量电容：存储转换后的电能。

逆变器：由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。

控制器：按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。

变频器的结构与原理图解变频器的发展也同样要经历一个徐徐渐进的过程，最初的变频器并不是采用这种交直交：交流变直流而后再变交流这种拓扑，而是直接交交，无中间直流环节。

这种变频器叫交交变频器，目前这种变频器在超大功率、低速调速有应用。

其输出频率范围为：0-17（1/2－1/3 输入电压频率），所以不能满足许多应用的要求，而且当时没有IGBT，只有SCR，所以应用范围有限。

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。

变频器电路结构框架图矩阵式变频器是一种交交直接变频器，由9个直接接于三相输入和输出之间的开关阵组成。

一、变频器的结构及原理（一） 主回路1、 整流电路将三相交流电通过三相全波整流电路转换为脉动直流电。

2、 限流电路限制充电电流，保护整流二极管因过流而损坏。

3、 滤波电路将脉动直流电转换为较平滑的直流电。

4、 制动电路当电动机处于发电状态产生泵生电压时（1）吸收泵生电压。

（2）增大制动转矩。

泵生电压：电动机需减速或停机，变频器输出频率降低，旋转磁场转矩减小。

由于电动机的惯性，转子转矩不能立即减小，则成为转子带动定子转，电动机处于发电状态，同时产生的电压称为泵生电压。

5、 逆变电路将直流电转换为交流电。

如下图1所示（二） 控制电路1、 取样保护处理电路。

2、 驱动电路将PWM 信号进行幅值和功率的放大。

PWM 信号：脉冲宽度调制信号。

自控理论中指出：形状不同，脉冲当量相同的窄脉冲作用在具有惯性环节中，其基本效果是相同的。

模拟电路生成法如下图2所示：整流 滤波 制动 逆变图1 N(三) 变频器制动方式的选择和制动电阻的计算方法。

1、能耗制动（直流制动）：电机降速，处于低速时加一直流电，在定子绕组中产生一直流磁场制动。

（定位较准确，如数控机床）2、回馈制动（用在大功率变频器上）3、再生制动 (中，小功率变频器常用)制动转矩：指系统从一个速度降到另一个速度在某一时间段内要个系统所加的转矩（Tb ）。

自身制动转矩：电机在停止过程中，电机本身所产生的制动转矩。

（Tb0） Tb0=20%Tme （电动机额定转矩）附加制动转矩（Tba ）=制动转矩-自身制动转矩若Tb -Tb0<0,制动电路不工作。

若Tb -Tb0>0，制动电路启动。

另：根据以往经验可以得出以下结论：当制动电阻上流过的电流为电机额定电流的一半时，产生的附加制动转矩为电机的额定转矩。

当制动电阻上流过的电流为电机额定电流时，产生的附加制动转矩为电机额定转矩的2倍。

二、变频器的应用1、 变频器的选用四级电机与变频器相同功率。

若负载较重，加减速时间较短或六级（八级）电机时选用功率大于电机功率一档。

变频器的电压检测电路（新）——正弦变频器电压检测实际电路分析一、电路构成和原理简析电压检测电路，是变频器故障检测电路中的一个重要组成部分，旨在保障使IGBT 逆变电路的工作电源电压在一特定安全范围以内，若工作电源危及IGBT （包含电源本身的储通电容）器件的安全时，实施故障报警、使制动电路投入工作、停机保护等措施。

此外，少数机型还有对输出电压的检测，在一定程度上，起到对IGBT 导通管压降检测的同样作用，取代驱动电路中IGBT 的管压降检测电路。

1、电压检测电路的构成、电压采样方式及故障表现图1 电路检测电路的构成（信号流程）框图1、电压检测电路的电压采样形式（前级电路） 1）直接对DC530V 电压采样78L05C8P N图2 DC530V 电压检测电路之一直接对P 、N 端DC530V 整流后电源电压进行进行采样，形成电压检测信号。

如阿尔法ALPHA2000型变频器的电压检测电路，如图2所示。

电路中U14线性光耦合器的输入侧供电，由开关变压器的独立绕组提供的交流电压，经整流滤波、由78L05稳压处理得到5V 电源所提供，电源地端与主电路N 端同电位。

输出侧供电，则由主板+5V 所提供。

直流回路P 、N 端的DC530V 电压，直接经电阻分压，取得约120mV 的分压信号，输入U14（线性光耦合器，其工作原理前文已述）进行光、电隔离与线性放大后，在输出端得到放大了的检测电压信号，再由LF353减法放大器进一步放大，形成VPN 直流电压检测信号，经CNN1端子，送入MCU 主板上的电压检测后级电路。

2）由开关变压器次级绕组取得采样电路信号+5V-42V图3 DC530V 电压检测电路之二N+5VN1输入电压波形示意图V T截止VT饱合导通0V530V5V0V-42VN3输出电压波形示意图压采样等效电路T1图4 直流回路电压采样等效电路及波型示意图主电路的DC550V 直流电压检测信号，并不是从主电路的P 、N 端直接取得，而是“间接”从开关电源的二次绕组取出，这是曾经令一些检修人员感到困惑、找不到电压检测信号是从何处取出的一件事情，也成为该部分电路检修的一个障碍。

1、什么是变频器？变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频（50Hz）电源变换为另一频率的电能控制装置。

2变频器的组成：变频器实际上就是一个逆变器.它首先是将交流电变为直流电.然后用电子元件对直流电进行开关.变为交流电.一般功率较大的变频器用可控硅.并设一个可调频率的装置.使频率在一定范围内可调.用来控制电机的转数.使转数在一定的范围内可调，变频器广泛用于交流电机的调速中。

变频器不仅调速平滑，范围大，效率高，启动电流小，运行平稳，而且节能效果明显。

因此，交流变频调速已逐渐取代了过去的传统滑差调速、变极调速、直流调速等调速系统，越来越广泛的应用于煤炭、冶金、纺织、印染、空调，烟机生产线及楼宇、供水等领域。

变频器一般分为整流电路、平波电路、控制电路、逆变电路等几大部分。

1. 整流电路整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。

整流电路一般都是单独的一块整流模块.2. 平波电路平波电路在整流器、整流后的直流电压中含有电源6倍频率脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动，为了抑制电压波动采用电容和电感吸收脉动电压(电流)，一般通用变频器电源的直流部分对主电路而言有余量，故省去电感而采用简单电容滤波平波电路。

3. 控制电路现在变频调速器基本系用16位、32位单片机或DSP为控制核心，从而实现全数字化控制。

变频器是输出电压和频率可调的调速装置。

提供控制信号的回路称为主控制电路，控制电路由以下电路构成：频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”。

运算电路的控制信号送至“驱动电路”以及逆变器和电动机的“保护电路变频器采取的控制方式有：速度控制、转矩控制、PID控制或其它方式4 逆变电路逆变电路同整流电路相反，逆变电路是将直流电压变换为所要频率的交流电压，以所确定的时间使上桥、下桥的功率开关器件导通和关断。

从而可以在输出端U、V、W三相上得到相位互差120°电角度的三相交流电压3.IGBTIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型功率管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式电力电子器件, IGBT驱动功率小而饱和压降低。

中压变频器主电路拓扑结构的分析与比较丁少杰（西门子（中国）有限公司Ｉ＆Ｓ，北京 １００１０２）摘要：分析比较了中压变频器目前应用的主要几种主电路拓扑结构，指出其各自的优缺点和适用场合，并得出结论。

关键词：中压变频器；　主电路；　拓扑结构中图分类号：ＴＰ２７３文献标识码：Ｂ文章编号：１００９－０１３４（２００４）０５－００６９－０３０ 引言　中压变频器不象低压变频器一样具有成熟的一致性的拓扑结构，而是受限于功率器件的耐压，出现了多种拓扑结构。

中压变频器主电路结构早期采用低压变频器和输入输出变压器组成“高－低－高”方案，这种方案实质上还是低压变频器，只不过从电网和电机两端来看是高压的，存在中间低压环节电流大，变频器输出含有高次谐波和直流分量，升压变压器须特殊设计，两个变压器有较大损耗，效率较低，装置占地面积大等缺点。

为了克服这些缺点，“高－低－高”方案已基本被“高－高”方案所取代。

“高－高”方案就是取消输出变压器，变频器输出高压直接驱动高压电动机。

“高－高”方案国内外一般采用两种思路，一是采用功率器件串联的方法，主电路结构仍采用常规的三相桥式逆变器，产品主要有功率器件为ＳＣＲ、ＧＴＯ或ＳＧＣＴ的电流源中压变频器，输出滤波采用电容滤波，输出电流电压波形都接近正弦波。

二是采用多电平结构。

多电平结构的思想最早是由日本长冈科技大学的Ａ　Ｎａｂａｅ等人于８０年代提出的【１】。

它的一般结构是由几个电平台阶合成阶梯波以逼近正弦波输出电压。

这种变换器的优点是：由于输出电压电平数的增加，合成的输出波形有更多的台阶，这些台阶形成一种梯状波形，近似于正弦波。

当波形合成中台阶数增多时，输出波形具有更好的谐波频谱，每个开关器件所承受的电压应力较小，无需均压电路，开关损耗小，ｄｖ／ｄｔ较小对电机绝缘十分有利。

多电平变换器的电路结构目前主要有３种【２】：级联多电平逆变器（Ｃａｓｃａｄｅｄ　Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ Ｉｎｖｅｒｔｅｒｓｗｉｔｈ　ｓｅｐａｒａｔｅ　ＤＣ　ｓｏｕｒｃｅｓ简称ＣＭＩ）、二极管钳位（Ｄｉｏｄｅ─Ｃｌａｍｐ）、飞跨电容（Ｆｌｙｉｎｇ─　Ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ）。

变频器的电压检测电路（新）——正弦变频器电压检测实际电路分析一、电路构成和原理简析电压检测电路，是变频器故障检测电路中的一个重要组成部分，旨在保障使IGBT逆变电路的工作电源电压在一特定安全范围以内，若工作电源危及IGBT（包含电源本身的储通电容）器件的安全时，实施故障报警、使制动电路投入工作、停机保护等措施。

此外，少数机型还有对输出电压的检测，在一定程度上，起到对IGBT导通管压降检测的同样作用，取代驱动电路中IGBT的管压降检测电路。

1、电压检测电路的构成、电压采样方式及故障表现图1 电路检测电路的构成（信号流程）框图1、电压检测电路的电压采样形式（前级电路）1）直接对DC530V电压采样78L05C8 PN图2 DC530V电压检测电路之一直接对P、N端DC530V整流后电源电压进行进行采样，形成电压检测信号。

如阿尔法ALPHA2000型18.5kW变频器的电压检测电路，如图2所示。

电路中U14线性光耦合器的输入侧供电，由开关变压器的独立绕组提供的交流电压，经整流滤波、由78L05稳压处理得到5V电源所提供，电源地端与主电路N端同电位。

输出侧供电，则由主板+5V所提供。

直流回路P、N端的DC530V电压，直接经电阻分压，取得约120mV的分压信号，输入U14（线性光耦合器，其工作原理前文已述）进行光、电隔离与线性放大后，在输出端得到放大了的检测电压信号，再由LF353减法放大器进一步放大，形成VPN直流电压检测信号，经CNN1端子，送入MCU主板上的电压检测后级电路。

2）由开关变压器次级绕组取得采样电路信号+5V-42V图3 DC530V电压检测电路之二+5VN1输入电压波形示意图V T截止VT饱合导通0V530V5V0V-42VN3输出电压波形示意图压采样等效电路T1图4 直流回路电压采样等效电路及波型示意图主电路的DC550V 直流电压检测信号，并不是从主电路的P 、N 端直接取得，而是“间接”从开关电源的二次绕组取出，这是曾经令一些检修人员感到困惑、找不到电压检测信号是从何处取出的一件事情，也成为该部分电路检修的一个障碍。