经验分享：一文读懂交-直-交变频器主体电路

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　　交变频器主体电路是自动化领域的常见课题，本文结合真实案例，手把手带你搞懂其中的关键要点。

自动化


领域，交 - 直 - 交


变频器

　　应用广泛，不同系列的这类变频器内部主体电路大致相同，变频调速过程中的诸多现象都能借助主体电路来分析。下面就详细介绍其主体电路的各个部分。

一、交 - 直变换电路

　　交 - 直 - 交变频器的交 - 直变换电路包含整流电路、滤波电路、限流电路和




电源

　　指示电路，主要任务是把三相（或单相）交流电变成平稳的直流电。因整流后直流电压较高且不能降低，电路结构有独特之处。

1.全波整流电路：SPWM变频器常用桥式全波整流电路，中、小容量变频器的整流器件多采用不可控的整流


二极管

　　或二极管模块，如变频器交 - 直变换电路中的VD1 - VD6。当三相线电压为380V时，整流后峰值电压达537V，平均电压为515V。

2.滤波电路：图中的CF1和CF2构成滤波电路。受电解


电容




　　电容量和耐压限制，滤波电路通常由多个

电容器

　　并联成组，再由两组电容器CF1和CF2串联。由于电解电容器电容量离散性大，CF1和CF2电容量不完全相等，导致承受电压UD1和UD2不同，电压高的一侧电容器组易损坏。为此，在CF1和CF2旁各并联一个阻值相等的均压电阻RC1和RC2，让UD1和UD2相等。

3.限流电路：限流电路由串接在整流桥和滤波电容器之间、由限流电阻RL和短路开关SL组成的并联电路构成。变频器接入电源前，滤波电容器CF（CF1和CF2串联）上直流电压UD = 0，接入瞬间会有大冲击电流经整流流向滤波电容，可能损坏整流桥，大容量电容还会使电源电压瞬间下降干扰电网。限流电阻RL就是为削弱冲击电流而设。但限流电阻RL长期在电路中会影响直流电压UD和变频器输出电压，所以当UD增大到一定程度，短路开关SL接通，将RL切出电路。SL大多由晶闸管构成，小容量变频器常用


继电器

　　触点构成。

4.电源指示电路：电源指示灯HL不仅能显示电源是否接通，在变频器切断电源后，还能显示滤波电容器CF上的电荷是否释放完毕。CF容量大，切断电源时在逆变电路停止工作状态下没有快速放电回路，放电时间长达数分钟，且CF上电压高，不放完电威胁人身安全。所以维修变频器时，必须等HL完全熄灭才能接触内部导电部分，HL有提示保护作用。





二、直 - 交变换电路


1.三相逆变桥电路：逆变桥电路能把直流电转换成三相交流电，由图中的开关器件V1 - V6构成。目前中、小容量变频器的开关器件大多用IGBT管。

　　续流电路：续流电路由图中的VD7 - VD12构成，功能是为

电动机

　　绕组无功电流返回直流电路提供通路；频率下降、同步转速下降时，为电动机再生电能反馈至直流电路提供通路；为电路寄生电感在逆变过程中释放能量提供通路。

2.缓冲电路：逆变管关断和导通瞬间，电压和电流变化率大，可能损害逆变管，所以每个逆变管旁要接入缓冲电路。缓冲电路结构因逆变管特性和容量不同有差异，图中是比较典型的缓冲电路（由R01 - R06、C01 - C06、VD01 - VD06构成）。电容C01 - C06能减小V1 - V6关断时的电压增长率；电阻R01 - R06限制C01 - C06对V1 - V6的放电电流；二极管VD01 - VD06在V1 - V6关断过程中使R01 - R06不起作用。


三、能耗制动电路





1.作用：变频调速系统降速和停机靠减小频率实现。频率刚减小时，电动机同步转速下降，因机械惯性转速未变，当同步转速低于转子转速，转子绕组切割磁力线方向相反，转子电流相位改变近180°，电动机处于发电状态（再生制动状态）。再生电能经续流二极管（VD7 - VD12）全波整流反馈到直流电路，直流电路电能无法回输电网，只能由CF1和CF2吸收，使直流电压升高为“泵升电压”，过高会损害变流器件，所以需要能耗制动电路。


2.构成：能耗制动电路由制动电阻RB和制动单元BV构成。制动电阻RB消耗直流电路多余电能，保持直流电压平稳；制动单元BV控制放电回路工作，直流回路电压UD超限值时，BV导通，直流回路通过RB释放能量降低电压；UD正常时，BV截止，避免能量损失。


四、主体电路汇总

　　将上述各部分电路汇总就是主体电路。交 - 交变频器也叫直接变频器，输出电压靠调节反并联整流桥晶闸管触发相位实现，输出频率取决于输出端A、B、C各组间换流频率，可分为120°导通型方波电流源变频器、180°导通型正弦波电压源变频器。矢量控制变频调速系统能让

异步电动机

　　调速有和直流电动机相当的高精度和快速响应能力，能适应恶劣工作环境，可用于要求高速响应的工作机械和高精度

电力

　　拖动装置。