1、浅谈变频器工作原理摘 要变频器是一种把工频电源（50Hz 或 60Hz）变换成各种频率的“交流”电源，以控制电机的变速运行的装置。变频器主要由主电路和控制电路两部分构成，其中主电路主要包括整流电路，中间直流环节和逆变电路三部分，控制电路完成对主电路的控制。整流电路把工频电源的交流电变换成直流电且对直流电进行平滑滤波，逆变电路把直流电再逆变成各种频率的“交流电” 。对于通用变频器单元，变频器般是指包括逆变电路、整流电路和控制电路部分的装置。 关键词IGBT；变频器；整流 中图分类号：TN773 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0294-01 1 整流电路 整流电路是
2、变频器中用来产生直流电的单元。当三相 AC 电源给由 6个晶闸管组成的全波整流桥供电时，晶闸管的导通顺序为VT1VT6VT2VT4VT3VT5。输入的三相交流电是正负交变的正旋波，经过整流电路后，其输出波形变成了脉动波（直流） ，因为二极管具有正向导通，反向截至的特性，所以把输入波形的负半周波形都整成了正半周波形，一般的三相变频器的整流电路由三相全波整流桥组成。它的主要作用是对工频的外部电源进行整流，并给逆变电路和控制电路提供所需要的直流电源。整流电路按其控制方式可以是直流电压源也可以是直流电源。中间直流环节的作用是对整流电路的输出进行平滑，以保证逆变电路和控制电源能够得到质量较高的直流电源。
3、 当整流电路是电压源时中间直流环节的主要元器件是大容量的电解电容，电容的特性：电容两端的电压不能突变，因为电压加在电容两端后首先为电容充电，经过一段时间当充满电后电容会放电，再经过一段时间电放净后又继续充电，所以，电容两端的电压是缓慢变化的，而不会突变。电容的输入波形为脉动波，在 wt=0 时间段内，电压从 0 开始上升到达波峰（给电容充电） ，然后从波峰又降为 0（电容放电） 。根据电容的特性，其输出波形就类似于锯齿波，产生锯齿波的原因：电容充电时，电容两端的电压缓慢上升，但当输入波形到达波峰时，电容还未被充满电，输入波形从波峰开始下降，电容还未被充满电就要放电，所以输出波形从波峰开始下降，
4、当输入波形从波峰降到 0 时，又开始上升（下一时刻） ，所以电容又从放电状态转变成充电状态，那么输出波形由刚才下降的趋势再次上升。电容就这样反复充放电状态的转变，输出产生锯齿波形。电容两端电压变化的快慢由电容的充放电时间决定，电容的充放电时间由电容的容量决定。电容的容量越大，其充放电时间越长，那么电容两端的电压变化越缓慢。如果当电容的容量足够大时，充放电时间输入波形的周期，那么输出波形就会近似为一条直线，这就是我们需要的最稳定的直流波形 2 逆变电路 逆变电路是变频器最主要的部分之一。它的主要作用是在控制电路的控制下，将整流电路整流输出的直流电变换为电压和频率都任意可调的“交流”电。逆变电路的
5、输出即为变频器的输出，它被用来作为电机的供电电源，从而实现对异步电动机的调速控制。如图 1-1 所示。图中输入波形为直流波形，经过 6 个 IGBT（绝缘栅型晶体管）v1，v2，v3，v4，v5，v6 的有序导通，产生了正负交变、脉宽不等的方波作为输出波形为电机供电。A，B，C 分别接在电动机 U，V，W 上。 图 1-1 所示的输出波形是三相中的 A 相的波形，其余两相的波形与A 相波形，这三者之间存在空间相位差 120 度，为了方便分析只分析 A 相输出，其余两相与 A 相同理，只不过时间与 A 相相差 120 度相位。0t1时刻，我们看到电流方向是节点 A 电机 U 端，设此方向为正方向
6、。t1t2 时刻， 我们看到电流方向是节点 A 电机 U 端。所以 0t2 时刻，脉冲波形在 x 轴上方。t2t3 时刻，我们看到电流方向是电机 U 端节点A，与 0t2 时刻的电流方向相反。t3t4 时刻，我们看到电流方向是电机 U 端节点 A。所以 t2t4 时刻，脉冲波形在 x 轴下方。综上所述，我们从图 1-5 所示的输出波形中看到的是正负交变的脉冲波形。我们在本小节开始的叙述中提到过，6 个 IGBT v1，v2，v3，v4，v5，v6 的有序导通，产生了正负交变、脉宽不等的方波作为输出波形为电机供电。 “正负交变 ”我们已经解释完了，脉宽不等是怎样产生的呢？ 以及 6 个 IGBT
7、如何按照顺序依次导通。 3 控制电路 IGBT 是受门极触发而导通的，即门极接收到脉冲信号后，IGBT 导通。那么门极信号就是由控制电路发出的 。发出的这些信号控制 IGBT的通断顺序以及通断时间，通断时间决定了变频器输出脉冲的宽度 。 首先，控制电路中有两种输入信号，Ur（参考信号）和 Uc （载波信号） 。控制电路让 U r 与 Uc 进行比较 ，Ur 是交流正旋波，Uc 是三角波，如图 1-2 所示。Ur 与 Uc 形成了一些交点，它们之间的交点以上代表 UrUc 的部分。我们还以逆变电路中的 A 相负载为例，A 相负载是由 V1和 V4 来控制，V1 控制变频器输出波形的正半周，V4
8、控制变频器输出波形的负半周。Ur 和 Uc 在正半周时，当 UrUc， V1 导通，V4 截止，V1 导通的时间如图 1-2 中 Uo 的正半周，从图中我们可以看出，只看正半周，脉冲宽度靠中间最宽，两侧最窄；Ur 和 Uc 在负半周时，当 UrUc，V1 截至，V4 导通。从图中我们可以看出，只看负半周，脉冲宽度靠中间最宽，两侧最窄。这样把正半周和负半周组合起来就时控制电路的输出波形Uo。脉宽最宽的时候近似正旋波的波峰或波谷，脉宽最窄的时候近似为0，所以，Uo 的波形可以近似等效成正旋波 Uof，如图 1-2。V1 和 V4 控制变频器输出波形的 A 相负载， V2，V3，V5，V6 控制 B
9、 相，C 相负载，其原理与 A 相负载一样，只是相位互差 120 度。这样得出了互差 120 度的三相“交流电”就成为了电动机的电源。我们可以调节控制电路，从而调节 IGBT 的导通时间，来改变输出波形的脉宽，从而控制输出波形的频率，达到控制电动机的转速。 总结：综上所述，由于社会经济的快速发展与科技水平的持续进步，变频调速作为工业领域中对电动机的速度控制已是非常流行的一种技术，电动机的启动以及运行都离不开变频调速技术，该技术在电机启动过程中可以大大的降低启动电流，从而大大降低损耗功率，在电动机运行时也可按需以较低的损耗功率调节其转速满足不同的工况需求。 参考文献 1王延才.变频器原理及应用.机械工业出版社.2009. 2 周志敏，周纪海，纪爱华. 变频器使用与维修技术问答. 中国电力出版社.2008.
