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变频器主电路设计

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3变频器主电路设计
3.1 主电路的工作原理
变频调速实际上是向交流异步电动机提供一个频率可控的电源。能实现这个
功能的装置称为变频器。变频器由两部分组成：主电路和控制电路，其中主电路
通常采用交-直-交方式，先将交流电转变为直流电(整流，滤波)，再将直流电转
变为频率可调的交流电（逆变）。
在本设计中采用图3.1的主电路，这也是变频器常用的格式[4]。

图3.1 电压型交直交变频调速主电路
3.1.1 主电路各部分的设计
1.交直电路设计
选用整流管61VDVD组成三相整流桥，对三相交流电进行全波整流。整流
后的电压为dU=1.35LU=1.35×380V=513V。
滤波电容FC滤除整流后的电压波纹，并在负载变化时保持电压平稳。
当变频器通电时，滤波电容FC的充电电流很大，过大的冲击电流可能会损
坏三相整流桥中的二极管，为了保护二极管，在电路中串入限流电阻LR，从而
使电容FC的充电电流限制在允许的范围内。当FC充电到一定程度，使LS闭合，
将限流电阻短路。
在许多下新型的变频器中，LS已有晶闸管替代。
电源指示灯HL除了指示电源通电外，还作为滤波电容放电通路和指示。由
于滤波电容的容量较大，放电时间比较长（数分钟），几百伏的电压会威胁人员
安全。因此维修时，要等指示灯熄灭后进行。

B
R
为制动电阻，在变频器的交流调速中，电动机的减速是通过降低变频器
的输出频率而实现的，在电动机减速过程中，当变频器的输出频率下降过快时，
电动机将处于发电制动状态，拖动系统的动能要回馈到直流电路中，使直流电路
电压（称泵升电压）不断上升，导致变频器本省过电压保护动作，切断变频器的
输出。为了避免出现这一现象，必须将再生到直流电路的能量消耗掉，BR和BV的
作用就是消耗掉这部分能量。如图3.1所示，当直流中间电路上电压上升到一定
值，制动三极管BV导通，将回馈到直流电路的能量消耗在制动电阻上。
2.直交电路设计
选用逆变开关管61VV组成三相逆变桥，将直流电逆变成频率可调的交流电，
逆变管在这里选用IGBT。
续流二极管127VDVD的作用是：当逆变开关管由导通变为截止时，虽然电
压突然变为零，但是由于电动机线圈的电感作用，储存在线圈中的电能开始释放，
续流二极管提供通道，维持电流在线圈中流动。另外，当电动机制动时，续流二
极管为再生电流提供通道，使其回流到直流电源。
电阻0601RR，电容0601CC，二极管0601VDVD组成缓冲电路，来保护逆
变管。由于开关管在开通和关断时，要受集电极电流cI和集电极与发射极间的电
压ceV的冲击，因此要通过缓冲电路进行缓解。当逆变管关断时，ceV迅速上升，

c
I
迅速降低，过高增长的电压对逆变管造成危害，所以通过在逆变管两端并联电
容（0601CC）来减小电压增长率。当逆变管开通时，ceV迅速下降，cI迅速升
高，并联在逆变管两端的电容由于电压降低，将通过逆变管放电，这将加速电流

c
I
的增长率，造成IGBT的损坏。所以增加电阻0601RR，限制电容的放电电流。
可是当逆变管关断时，该电阻又会阻止电容的充电，为了解决这个矛盾，在电阻
两端并联二极管（0601VDVD），使电容充电时避开电阻，通过二极管充电。放
电时，通过电阻放电，实现缓冲功能。这种缓冲电路的缺点是增加了损耗，所以
适用于中小功率变频器。因本次设计所选用的电动机为中容量型，在此选用此种
缓冲电路。

3.1.2 变频器主电路设计的基本工作原理
1.整流电路
整流电路是把交流电变换为直流电的电路。本设计中采用了三相桥式不控整
流电路，主要优点是电路简单，功率因数接近于1，由于整流电路原理比较简单，
设计中不再做详细的介绍[5]。
2.逆变的基本工作原理
将直流电转换为交流电的过程称为逆变。完成逆变功能的装置叫做逆变器，它
是变频器的主要组成部分，电压性逆变器的工作原理如下：
（1）单相逆变电路
在图3.2的单相逆变电路的原理图中：
当1S、4S同时闭合时，abU电压为正；2S、3S同时闭合时，abU电压为负
。

由于开关1S～4S的轮番通断，从而将直流电压DU逆变成了交流电压abU。
可以看到在交流电变化的一个周期中，一个臂中的两个开关如：1S、2S交
替导通，每个开关导通电角度。因此交流电的周期（频率）可以通过改变开关
通断的速度来调节，交流电压的幅值为直流电压幅值DU。

图3.2 单相逆变器原理图
（2）三相逆变电路
三相逆变电路的原理图见图3.3所示。
图3-3中，1S～6S组成了桥式逆变电路，这6个开关交替地接通、关断就可
以在
输出端得到一个相位互相差32的三相交流电压。

当1S、4S闭合时，VUu为正；3S、2S闭合时，VUu为负。
用同样的方法得：
当3S、6S同时闭合和5S、4S同时闭合，得到WVu,5S,2S同时闭合和1S、
6
S

同时闭合，得到UWu。
为了使三相交流电VUu、WVu、UWu在相位上依次相差32；各开关的接通、

关断需符合一定的规律，其规律在图3.3b中已标明。根据该规律可得VUu、WVu、

UWu
波形如图3.3c 所示。

a) 结构图 b) 开关的通断规律 c) 波形图
图3.3 三相逆变器原理图

观察6个开关的位置及波形图可以发现以下两点：
①各桥臂上的开关始终处于交替打开、关断的状态如1S、2S。

②各相的开关顺序以各相的“首端”为准，互差32电角度。如3S比1S,
滞后32，5S比3S滞后32。
上述分析说明，通过6个开关的交替工作可以得到一个三相交流电，只要调
节开关的通断速度就可调节交流电频率，当然交流电的幅值可通过DU的大小来
调节。

3.2 主电路参数计算
根据前面所给出的原始参数，主电路各部分的计算如下[6]：
1.整流二极管的参数计算

m
I
（峰值电流）= 2NI=2×15.6=22.06A

d
I
（有效值）= /2mI=15.6A
二极管额定电流值eI=（1.5～2）Id/1.57=14.91A～19.88A
额定电压值eU=（2～3）mU=（2～3）×2×380=1074.64V～1611.96V
2.滤波电容
系统采用三相不控整流，经滤波后dU=1.1×2×380=591.05V。
3.制动部分
制动电阻粗略计算为NdBIUR2～NdIU=18.94～37.89

b
V
击穿电压：当线电压为380V时，根据经验值选1000V。

B
V
集电极最大电流cm：按照正常电压流经BR电流的两倍来计算：

b
d
CM
R

U
I2
=2×591.05/18.94=62.41A

4.IGBT的选用
峰值电压=（2～2.5）×1.1×2×380=1182.1V～1477.63V
集电极电流cI=（1.2～2）mI=（1.2～2）×NI×λ×2=58.23～97.06A
集电极-发射极额定电压≥1.2倍最高峰值电压=1.2×1477.63V=1773.16V

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(完整版)异步电动机变频调速系统..

(完整版)异步电动机变频调速系统..

《自动控制元件及线路》课程实习报告异步电动机变频调速系统1.4.1 系统原理框图及各部分简介本文设计的交直交变频器由以下几部分组成，如图1.1所示。

图1.1 系统原理框图系统各组成部分简介：供电电源：电源部分因变频器输出功率的大小不同而异，小功率的多用单相220V，中大功率的采用三相380V电源。

因为本设计中采用中等容量的电动机，所以采用三相380V电源。

整流电路：整流部分将交流电变为脉动的直流电，必须加以滤波。

在本设计中采用三相不可控整流。

它可以使电网的功率因数接近1。

滤波电路：因在本设计中采用电压型变频器，所以采用电容滤波，中间的电容除了起滤波作用外，还在整流电路与逆变电路间起到去耦作用，消除干扰。

逆变电路：逆变部分将直流电逆变成我们需要的交流电。

在设计中采用三相桥逆变，开关器件选用全控型开关管IGBT。

电流电压检测：一般在中间直流端采集信号，作为过压，欠压，过流保护信号。

控制电路：采用8051单片机和SPWM波生成芯片SA4828，控制电路的主要功能是接受各种设定信息和指令，根据这些指令和设定信息形成驱动逆变器工作的信号。

这些信号经过光电隔离后去驱动开关管的关断。

1.4.2 变频器主电路方案的选定变频器最早的形式是用旋转发电机组作为可变频率电源，供给交流电动机。

随着电力半导体器件的发展，静止式的变频电源成为了变频器的主要形式。

静止式变频器从变换环节分为两大类：交-直-交变频器和交-交变频器。

1.交-交型变频器：它的功能是把一种频率的交流电直接变换成另一种频率可调电压的交流电（转换前后的相数相同），又称直接式变频器。

由于中间不经过直流环节，不需换流，故效率很高。

因而多用于低速大功率系统中，如回转窑、轧钢机等。

但这种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,所以不能高速运行。

2.交-直-交型变频器：交-直-交变频器是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再直流变换成频率电压可调的交流，又称间接变频器，交-直-交变频器是目前广泛应用的通用变频器。

变频器维修之主回路充电控制电路

变频器维修之主回路充电控制电路

参考资料：/%C5%C9%BF%CB652/blog/item/5bb088a39e046e154a36 d63e.html变频器维修之主回路充电控制电路主电路为电压型、交直交能量转换方式的变频器，因整流与逆变电路之间有大容量电容的储能回路，因电容两端电压不能突变的特性，在上电初始阶段，电容器件形同“短路”，将形成极大的浪涌充电电流，会对整流模块很大的电流冲击而损坏，也会使变频器供电端连接的空气断路器因过流而跳闸。

常规处理方式，是在整流和电容储能回路之间串入充电了限流电阻和充电接触器（继电器），对电容充电过程的控制是这样的：变频器上电，先由充电电阻对电容进行限流充电，抑制了最大充电电流，随着充电过程的延伸，电容上逐渐建立起充电电压，其电压幅值达到530V的80%左右时，出现两种方式的控制过程，一为变频器的开关电源电路起振，由开关电源的24V输出直接驱动充电继电器，或由此继电器，接通充电接触器的线圈供电回路，充电接触器（继电器）闭合，当充电限流电阻短接，变频器进入待机工作状态。

电容器上建立一定电压后，其充电电流幅度大为降低，充电接触器的闭合/切换电流并不是太大，此后储能电容回路与逆变电路的供电，由闭合的接触器触点供给，充电电阻被接触器常开触点所短接。

二是随着电容上充电电压的建立，开关电源起振工作，C P U检测到由直流回路电压检检测电路送来电压幅度信号，判断储能电容的充电过程已经完毕，输出一个充电接触器动作指令，充电接触器得电闭合，电容上电充电过程结束。

变频器常见主电路形式及充电接触器控制电路如下图：图二：充电接触器的控制电路部分变频器及大功率变频器，整流电路常采用三相半控桥的电路方式，即三相整流桥的下三臂为整流二极管，而上三臂采用三只单向可控硅，用可控硅这种“无触点开关”，代替了充电接触器。

节省了安装空间，提高了电路的可靠性。

电路形式如下图所示：虽然省掉了充电接触器，但工作原理还是一样的，只不过控制电路有所差异。

第一章 变频器主电路

第一章 变频器主电路

国际单位中，场强度H的单位名称为安[培]/米， 单位符号A/m。
B和H物理量的理铁磁材料的磁化特性
• 铁磁材料（铁、镍、钴等）的μ比μ0大几千到 几万倍。μ不是一个常数，用B-H曲线描述。
• B-H曲线的特点： 1.具有磁滞特性 2.具有饱和性
1.1.5 简单磁路的计算方法
均匀磁场中，如果S与B垂直， 则： Φ=BS 或 B=Φ/S
在国际单位制中，Φ的单位为韦[伯]，Wb； B的单位为特[斯拉] ，T，1T=1Wb/m2
1.1.3 磁场强度H
• 辅助物理量磁场强度H与磁感应强度B的关系 B=μH
μ0=4π10-7H/m，铁磁材料的μ>>μ0，铸钢约1000 倍，硅钢约6000～7000倍。
• 总的观点：任何能源的作功过程，永远是施加能 源的一方，克服接受能源一方反作用的过程，或 者说，施加能源的一方总是在克服反作用的过程 中作功的。
• 1. 定子绕组接受电网电能时的平衡关系：
• 定子电流产生的旋转磁场，也要被定子绕组所 “切割”，并产生感应电动势。因为是定子绕组 “切割”了自身产生的磁场，所以是自感电动势， 具有阻碍电流变化的性质。就是说，它的作用是 和外加电压相反的，构成了对外加电压的反作用， 通常称为反电动势。大小为：
1 . 2 变频调速原理 1 ．异步电动机的基本公式
（1 ）同步转速：即旋转磁场的转速，计算公 式如下：
式中：n0― 同步转速（ r / min ) ; f 一电源电 压的频率（ H z ) ; p ― 磁极对数。式 〔 1 – 1） 表明，当电动机的磁极对数一定时，同步转速 与电源电压的频率成正比；而在额定频率下， 同步转速与磁极对数的关系见表 1-1 。
• 以 IGBT 为逆变器件的逆变电路与 GTR 的逆变电 路基本相同，如图 1 - 20a 所示。其主要特点如 下： 1）载波频率高。大多数变频器的载波频率 可在 3 - 15kHz 的范围内任意可调，其电压波形 如图 1 - 20b 所示。 2 ）电流波形大为改善。 载波频率高的结果是电流的谐波成分减小，电流 波形十分接近于正弦波，如图 1 - 20c 所示。 3 ）控制功耗减小。 4 ）瞬间停电可以不停机。 这是因为 IGBT 的栅极电流极小，停电后，栅极 控制电压衰减较慢， IGBT 不会立即进入放大状 态。
变频器主电路工作原理

变频器主电路工作原理

变频器主电路工作原理一、引言变频器是一种电力调节设备，广泛应用于电机驱动系统中，可以实现电机的调速和控制。

变频器主电路是变频器的核心部分，通过将输入的固定频率交流电转换为可调频率的交流电供电给电机，从而实现电机的调速和控制。

本文将详细介绍变频器主电路的工作原理。

二、变频器主电路的组成变频器主电路主要由整流器、滤波器、逆变器和输出滤波器组成。

1. 整流器：变频器主电路的输入是交流电，而电机需要直流电才能正常工作。

整流器的作用是将输入的交流电转换为直流电。

常见的整流器有单相整流器和三相整流器，根据输入电源的相数选择相应的整流器。

2. 滤波器：整流器输出的直流电中可能含有一些脉动成分，滤波器的作用是去除这些脉动成分，使直流电更加稳定。

滤波器通常由电容器和电感器组成。

3. 逆变器：逆变器是变频器主电路的核心部分，其作用是将直流电转换为可调频率的交流电。

逆变器采用高频开关技术，通过控制开关管的通断来实现输出电压的调节。

逆变器通常由功率开关器件（如IGBT）和驱动电路组成。

4. 输出滤波器：逆变器输出的交流电中可能含有一些高频成分，输出滤波器的作用是去除这些高频成分，使输出电压更加纯净。

输出滤波器通常由电感器和电容器组成。

三、变频器主电路的工作原理变频器主电路的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 整流：输入的交流电经过整流器转换为直流电。

单相整流器采用单相桥式整流电路，将单相交流电转换为直流电；三相整流器采用三相桥式整流电路，将三相交流电转换为直流电。

2. 滤波：直流电经过滤波器，去除脉动成分，使直流电更加稳定。

3. 逆变：稳定的直流电经过逆变器，通过控制开关管的通断来实现输出交流电的调节。

逆变器的控制电路根据需要控制开关管的导通和关断，从而控制输出电压的频率和幅值。

4. 输出滤波：逆变器输出的交流电经过输出滤波器，去除高频成分，使输出电压更加纯净。

四、变频器主电路的特点变频器主电路具有以下几个特点：1. 节能高效：变频器主电路通过将输入的固定频率交流电转换为可调频率的交流电供电给电机，可以根据实际需要调整电机的转速，从而实现节能和高效运行。