变频器主电路设计.docxVIP

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

主电路各部分的设计

1.交直电路设计

选用整流管组成三相整流桥，对三相交流电进行全波整流。整流后的电压为=1.35=1.35×380V=513V。

滤波电容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，从而使电容的充电电流限制在允许的范围内。当充电到一定程度，使闭合，将限流电阻短路。

在许多下新型的变频器中，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。

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，和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，电容，二极管组成缓冲电路，来保护逆变管。由于开关管在开通和关断时，要受集电极电流和集电极与发射极间的电压的冲击，因此要通过缓冲电路进行缓解。当逆变管关断时，迅速上升，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（）来减小电压增长率。当逆变管开通时，迅速下降，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，这将加速电流的增长率，造成IGBT的损坏。所以增加电阻，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（），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。

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、同时闭合时，电压为正；、同时闭合时，电压为负。

由于开关～的轮番通断，从而将直流电压逆变成了交流电压。

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：、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。

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，～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的三相交流电压。

当、闭合时，为正；、闭合时，为负。

用同样的方法得：

当、同时闭合和、同时闭合，得到,,同时闭合和、同时闭合，得到。

为了使三相交流电、、在相位上依次相差；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、、

波形如图3.3c所示。

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、。

②各相的开关顺序以各相的“首端”为准，互差电角度。如比,滞后，比滞后。

上述分析说明，通