直流->振蕩電路->變壓器(隔離、變壓)->交流輸出

　　方波信號發(fā)生器使直流以50Hz的頻率突變，用正弦和準正弦的振蕩器，波形類似于長城的垛口，一上一下的方波，突變量約為5V;再經(jīng)過信號放大器使突變量擴大至12V左右;經(jīng)變壓器升壓至220V輸出

　　怎樣將直流電轉(zhuǎn)換成交流電?

　　有三種方安全光幕法：

　　1、用直流電源帶動直流電動機----機械傳動到交流發(fā)電機發(fā)出交流電;這是一種最古老的方法，但現(xiàn)在仍有人在用，特點是成本低，易維護。目前在大功率轉(zhuǎn)換中還在使用。

　　2、用振蕩器(就是目前市場上的逆變器);這是比較先進的方法，成本高，多用于小功率變換;

　　3、機械振子變換器，其原理就是讓直流電流斷斷續(xù)續(xù)，通過變壓器后就能在變壓器的次級輸出交流電，這是一種比較老的方法，目前基本上已被淘汰。

　　現(xiàn)在日本發(fā)現(xiàn)一種有機物可以轉(zhuǎn)換

　　2交流電是指電壓或電流的幅值在0值附近震蕩，也就是有正有負，方向會發(fā)生變化，而并不一定是正弦的。

　　直流電也并不是恒定不變的，它的幅值也是可以變化的，但不會改變方向。也就是說恒為正或恒為負。

　　在逆變器中不能單獨應用可控硅，它僅僅是起一個開關(guān)作用，必須要由振蕩電路來控制可控硅的開/關(guān)狀態(tài)，得到方波形的交流電，再經(jīng)變壓、濾波，得到較純的正弦波交流電。

　　UPS電源(Uninterruptible Power System 不間斷電源系統(tǒng))利用逆變電路，即用直流電驅(qū)動一個振蕩器，產(chǎn)生交流振蕩，一般得到的是方波。如果經(jīng)過濾波電路去除50Hz的諧波，就能得到比較純的50Hz交流電。

　　變頻器1

　　1.1變頻技術(shù)的概念

　　1.常用的調(diào)速方法 變極調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速

　　2.變頻技術(shù)的概念 把直流電逆變成不同頻率的交流電，或是把交流電變成直流電再逆變成不同頻率的交流電，或是把直流電變成交流電再把交流電變成直流電等技術(shù)的總稱。特點：電能不變，只有頻率變。

　　3.變頻技術(shù)的發(fā)展 應交流電機無級調(diào)速的需要而誕生的。 自20世紀60年代以來，電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣傳動技術(shù)面臨著一場革命，即交流調(diào)速取代直流調(diào)速、計算機數(shù)字控制區(qū)域光柵技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已經(jīng)成為發(fā)展趨勢。電機變頻調(diào)速技術(shù)是當今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、失去技術(shù)進步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速起動、制動性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，得到廣泛應用。

　　變頻調(diào)速技術(shù)是強弱電混合、機電一體的綜合性技術(shù)，既要處理巨大電能的轉(zhuǎn)換(整流、逆變)，又要處理信息的收集、交換和傳輸，因此它的共性技術(shù)必定分成功率和控制兩大部分。前者要解決與高電壓大電流有關(guān)的技術(shù)問題，后者要解決控制模塊的硬、軟件開發(fā)問題

　　4.變頻調(diào)速的主要發(fā)展方向

　　(1)實現(xiàn)高水平的控制

　　(2)開發(fā)清潔電能的變流器

　　(3)縮小裝置的尺寸

　　(4)高速度的數(shù)字控制

　　(5)模擬器與計算機輔助設計(CAD)技術(shù)

　　1.2變頻技術(shù)的類型及用途

　　1.變頻技術(shù)的類型主要有以下幾種

　　(1)交-直變頻技術(shù)(即整流技術(shù)) 通過整流元件實現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換 。

　　(2)直-直變頻技術(shù)(即斬波技術(shù)) 通過改變電力電子器件的通斷時間即改變脈沖頻率或?qū)挾?，從而達到調(diào)節(jié)直流平均電壓的目的

　　(3)直-交變頻技術(shù)(即逆變技術(shù)) 利用功率開關(guān)將直流電變成不同頻率的交流電。

　　(4)交-交變頻技術(shù)(即移相技術(shù)) 通過控制電力電子器件的導通與關(guān)斷時間，實現(xiàn)交流無觸點的開關(guān)、調(diào)壓、調(diào)光、調(diào)速等的目的

　　2.變頻技術(shù)的主要用途

　　(1)標準50HZ電源 對頻率、電壓波形和幅值及電網(wǎng)干擾等有較高要求的。

　　(2)不間斷電源(UPS) 停電時，將蓄電池的直流電逆變成50HZ的交流電，對設備臨時供電。

　　(3)中頻裝置 廣泛應用于金屬熔煉、感應加熱及機械零件的淬火。

　　(4)變頻調(diào)速 產(chǎn)生頻率、電壓可調(diào)的電源。

　　(5)節(jié)能降耗

　　1.3常用電力電子器件簡介

　　1)晶閘管(SCR) 沒有自關(guān)斷能力，逆變時需要另設換流電路，造成電路結(jié)構(gòu)復雜，增加變頻器成本。但由于元件容量大，在1000KVA以上的大容量變頻器中得到廣泛的應用。

　　2)門極可關(guān)斷晶閘管(GTO) 可通過門極信號控制導通和關(guān)斷。它是利用門極反向電流而獲得自關(guān)斷能力，屬于全控器件，無需換流電路。已經(jīng)逐步取代SCR。

　　3)電力晶體管(GTR) 是一種高反壓晶體管，具有自關(guān)斷能力，并有開關(guān)時間短、飽和壓降低和安全工作區(qū)寬等優(yōu)點。它被廣泛用于交直流電機調(diào)速、中頻電源等電力變流裝置中。主要用作開關(guān)，工作于高電壓大電流的場合，一般為模塊化。

　　4)功率場效應管(MOSFET) 根據(jù)門極電壓的電場效應進行導通與關(guān)斷的單極晶體管。具有自關(guān)斷能力強、驅(qū)動功率小、工作速度高、無二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)寬等。用于小容量變頻器中。

　　3)電力晶體管(GTR) 主要特點：

　　輸出電壓 可以采用脈寬調(diào)制方式

　　載波頻率 較低(開關(guān)時間較長)1.2-1.5KHZ

　　電流波形 高次諧波成分較大，噪聲大。

　　輸出轉(zhuǎn)矩 與工頻運行時相比，略有下降

　　5)絕緣柵雙極晶體管(IGBT) 集GTR和P-MOSFET的優(yōu)點于一身，具有輸入阻抗高、開關(guān)速度快、驅(qū)動電路簡單、通態(tài)電壓低、能承受高電壓大電流等優(yōu)點。目前中小容量變頻器新產(chǎn)品中都采用它。適于高壓的為HV-IGBT。

　　6)智能功率模塊(IPM) 是一種將功率開關(guān)器件及其驅(qū)動電路、保護電路等集成在同一封裝內(nèi)的集成模塊。目前采用較多的是IGBT作為大功率開關(guān)器件的模塊，器件模塊內(nèi)集成了電流傳感器，可以檢測過電流及短路電流。具有過電流保護、過載保護以及驅(qū)動電流電壓不足時的保護功能。

　　7)集成門極換流晶閘管(IGCT) 是一種中壓、大功率半導體開關(guān)器件。它是將門極驅(qū)動電路與門極換流晶閘管GCT集成于一體，集GTO和IGBT的優(yōu)點于一身。

　　2.1 變頻器的基本結(jié)構(gòu)

　　主要由主電路(包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器)和控制電路組成。

　　整流器 將三相交流電轉(zhuǎn)換成直流電。

　　中間直流環(huán)節(jié) 中間直流儲能環(huán)節(jié)，在它和電動機之間進行無功功率的交換。

　　控制電路 常由運算電路、檢測電路、控制信號輸入/輸出電路和驅(qū)動電路組成。主要任務是完成對逆變器的開關(guān)控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護功能等，其控制方法可以采用模擬控制或數(shù)字控制。目前許多變頻器已經(jīng)采用微機來進行全數(shù)字控制，采用盡可能簡單的硬件電路，靠軟件來完成各種功能。

　　1.主控電路

　　2.控制電源、采樣及驅(qū)動電路

　　3.整流電路和逆變電路

　　2.1.1 變頻器的主控電路

　　(1)基本任務

　　1)接受各種信號

　　2)進行基本運算

　　3)輸出計算結(jié)果

　　(2)其他任務

　　1)實現(xiàn)各項控制功能

　　2)實現(xiàn)各項保護功能

　　2.1.2 變頻器的控制電源、采樣及驅(qū)動電路

　　(1)控制電源 提供穩(wěn)壓電源

　　1)主控電路 0~+5V

　　2)外控電路

　　(2)采樣電路

　　1)提供控制用數(shù)據(jù)

　　2)提供保護采樣

　　(3) 驅(qū)動電路

　　.1.3整流電路和逆變電路

　　1.整流電路

　　將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，應用最多的是三相橋式整流電路。分為不可控整流和可控整流電路。

　　2.逆變電路

　　將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，應用最多的也是三相橋式逆變電路。

　　2.2 變頻器的分類

　　的調(diào)制方式分

　　(1)PAM(脈幅調(diào)制) 在整流電路部分對輸出電壓幅值進行控制，而在逆變電路部分對輸出頻率進行控制的控制方式。

　　(2)PWM(脈寬調(diào)制) 保持整流得到的直流電壓大小不變的條件下，在改變輸出頻率的同時，通過改變輸出脈沖的寬度，來達到改變等效輸出電壓的一種方式。

　　1.按電壓

　　(2)按工作原理分

　　V/F控制 對變頻器的頻率和電壓同時進行調(diào)節(jié)

　　轉(zhuǎn)差頻率控制 為V/F控制的改進方式

　　矢量控制 將交流電機的定子電流分解成磁場分量電流和轉(zhuǎn)矩分量電流并分別加以控制的方式

　　直接轉(zhuǎn)矩控制 把轉(zhuǎn)矩作為控制量，直接控制轉(zhuǎn)矩，是繼矢量控制變頻調(diào)速技術(shù)之后的一種新型的交流變頻調(diào)速技術(shù)。

　　(3)按用途分

　　通用變頻器 能與普通的籠式電動機配套使用，能適應各種不同性質(zhì)的負載并具有多種可供選擇功能

　　高性能專用變頻器 對控制要求較高的系統(tǒng)(電梯、風機水泵等)，大多采用矢量控制方式

　　高頻變頻器 高速電動機配套使用

　　(4)按變換環(huán)節(jié)分

　　交-交變頻器 把頻率固定的交流電直接變換成頻率和電壓連續(xù)可調(diào)的交流電。無中間環(huán)節(jié)，效率高，但連續(xù)可調(diào)的頻率范圍窄。

　　交-直-交變頻器 先把交流電變成直流電，再把交流電通過電力電子器件逆變成直流電。優(yōu)勢明顯，目前廣泛采用的方式

　　(5)按直流環(huán)節(jié)的儲能方式分

　　電流型 中間環(huán)節(jié)采用大電感作為儲能環(huán)節(jié)，無功功率將由該電感來緩沖。再生電能直接回饋到電網(wǎng)。

　　電壓型 中間環(huán)節(jié)采用大電容作為儲能環(huán)節(jié)，負載的無功功率將由它來緩沖。無功能量很難回饋到交流電網(wǎng)。

　　2.3變頻器的額定值與頻率指標

　　1、輸入側(cè)的額定值

　　主要是電壓和相數(shù) 小容量有

　　380V/50HZ，三相，用于國內(nèi)設備;

　　230V/50HZ或60HZ，三相，主要用于進口設備;

　　(200-230V)/50HZ，主要用于家用電器。

　　2、輸出側(cè)的額定值

　　(1)輸出電壓最大值UN

　　(2)輸出電流最大值IN 長時間通過

　　(3)輸出容量SN= UNIN

　　(4)配用電動機容量PN=SNηMcosφ

　　(5)超載能力 是指輸出電流額定值的允許范圍和時間。大多數(shù)變頻器規(guī)定為150%IN、60S，180%IN、0.5S

　　3、頻率指標

　　(1)頻率范圍 最高頻率和最低頻率之差。最低0.1~1HZ，最高為120~650HZ

　　(2)頻率精度 指變頻器輸出頻率的準確程度。

　　(3)頻率分辨率 指輸出頻率的最小改變量。

　　2.4 變頻器的主電路

　　變頻器的主電路主要由整流電路、中間直流電路和逆變器三部分組成

　　交-直部分

　　(1)整流電路 由VD1~VD6組成三相不可控整橋。

　　(2)濾波電容CF 除濾波外，還有在整流電路與逆變電路之間去耦作用，以消除相互干擾。

　　(3)限流電阻RL與開關(guān)SL 限制CF的充電電流，正常時通過開關(guān)短接電阻。

　　直-交部分

　　(1)逆變管 VT1~VT6組成逆變橋，是變頻器實現(xiàn)變頻的環(huán)節(jié)，是核心部分。

　　(2)續(xù)流二極管VD7~VD12 作用：

　　電動機為感性負載，無功分量返回直流電源提供“通道”。(頻率下降時，再生制動狀態(tài))

　　(3)緩沖電路

　　由C01~C06，R01~R06及VD01~VD06構(gòu)成。 R01~R06是限制逆變管在接通瞬間C01~C06的放電電流。而VD01~VD06使得逆變管在判斷過程中R01~R06不起作用。

　　制動電阻和制動單元

　　制動電阻RB 把再生到直流電路的能量消耗掉

　　制動單元VTB 控制流經(jīng)RB的放電電流IB

　　三相交流異步電動機的轉(zhuǎn)速為

　　可見，在轉(zhuǎn)差率S變化不大的情況下，可以認為，調(diào)節(jié)電動機定子電源頻率時，電動機的轉(zhuǎn)速大致隨之成正比變化。若均勻改變電動機電源的頻率f，則可以平滑地改變電動機的轉(zhuǎn)速。

　　將直流電變換為交流電的過程稱為逆變，完成逆變功能的裝置叫逆變器，它是變頻器的重要組成部分

　　補充：逆變器件的工作條件

　　1.能承受足夠大的電壓和電流

　　電壓 U線=380V，三相全波整流后UL=513V，UM=537V?？紤]到電感及負載動能反饋能量的效應，開關(guān)器件的耐壓應在1000V以上。

　　電流 當PN=150KW時，IN=250A，IM=353A，考慮過載能力，要求開關(guān)器件允許承受的電流應大于700A。

　　2.允許頻繁地接通和斷開

　　逆變過程實際上是若干個開關(guān)器件長時間地反復交替導通和關(guān)斷的過程，這是有觸點開關(guān)器件無法做到的，必須依賴無觸點開關(guān)(即半導體開關(guān)器件)，而無觸點開關(guān)要做到承受足夠大的電壓和電流并非易事。因此，變頻器的出現(xiàn)比異步電動機晚了長達百年之久。

　　3.接通和關(guān)斷的控制必須十分方便

　　最基本的控制如頻率的上升和下降、改變頻率的同時還要改變電壓等。

　　半導體開關(guān)器件詳見課件第一講或教材P6-9

　　2.5調(diào)速的基本控制方式

　　對異步電動機進行調(diào)速控制時對主磁通的要求 希望主磁通保持額定值不變

　　太弱 鐵心利用不充分，同樣定子電流下電磁轉(zhuǎn)矩小，電動機負載能力下降。

　　太強 則處于過勵磁狀態(tài)，為防電機過熱，負載能力也下降。

　　1.基頻以下的恒磁通變頻調(diào)速

　　E1=4.44f1N1Φm

　　要求降低供電頻率的同時降低感應電動勢，保持E1/f1=C。而E1難于直接測量和直接控制，當E1和f1較高時，可忽略漏抗，讓定子相電壓U1和頻率f1的比值保持常數(shù).即為V/F控制方式。

　　當頻率較低時，V/F控制需要人為提高定子電壓以補償定子電壓降的影響。

　　2.基頻以上的弱磁變頻調(diào)速

　　頻率由額定值向上增大，但電壓U1受額定電壓U1N的限制不能再升高，只能保持U1=U1N不變。使主磁通隨著f1的上升而減小，相當于直流電動機弱磁調(diào)速的情況屬于近似的恒功率調(diào)速方式。

　　3.異步電動機的變頻調(diào)速 必須按照一定的規(guī)律同時改變其定子電壓和頻率，即必須通過變頻裝置獲得電壓和頻率均可調(diào)節(jié)的供電電源，實現(xiàn)VVVF調(diào)速控制。( 即V/F控制)

　　VVVF( Variable Voltage Variable Freqency)

　　2.6 脈寬調(diào)制技術(shù)

　　1.概念 對逆變電路開關(guān)器件的通斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不等的脈沖，其脈沖寬度隨正弦規(guī)律變化。

　　2.相控交-直-交型變頻電路 為使輸出電壓和輸出頻率都得到控制，變頻器通常由一個可控整流電路和一個逆變電路組成，控制整流電路以改變輸出電壓，控制逆變電路來改變輸出頻率。

　　3. PWM交-直-交型變頻電路的組成及電路特點 (1)輸出接近正弦波。(2)整流電路采用二極管，cosφ≈1。(3)電路簡單。(4)控制輸出脈寬來改變輸出電壓，加快變頻過程的動態(tài)響應。

　　4.PWM控制的基本原理 采樣控制理論的結(jié)論 沖量(窄脈沖的面積)相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上，其效果基本相同。

　　如圖1-38PWM波形和正弦半波是等效的。這種脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形，也稱為SPWM波形(正弦脈寬)。

　　調(diào)制方法 把所希望的波形作為調(diào)制信號，把接受調(diào)制的信號作為載波，通過對載波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。

　　載波UC 采用等腰三角波，因為它的上下寬度與高度呈線性關(guān)系且左右對稱，當它與任何一個平緩變化的調(diào)制信號波相交時，如果在交點時刻控制電路中開關(guān)器件的通斷，就可以得到寬度正比于信號波幅值的脈沖，這正好符合PWM控制要求

　　調(diào)制波Ur 為正弦波

　　經(jīng)正弦調(diào)制后的脈沖系列中，各脈沖的上升沿與下降沿是由正弦波和三角波的交點來決定的。

　　5.電壓型單相橋式逆變電路

　　負半周VT2通 VT3交替通斷 輸出為-Ud或0

　　(1)單極性PWM控制方式

　　PWM波形只在一個方向變化的控制方式。輸出有三種電平(0，± Ud)

　　(2)雙極性PWM控制方式

　　三角波在每個半周其內(nèi)槽型傳感器，都是在正負兩個方向變化。PWM波形也是在兩個方向變化。輸出只有兩種電平。(± Ud)

　　Ur>UC時開關(guān)通

　　Ur

　　(3)三相逆變電路

　　6.PWM型逆變電路的控制方式

　　(1)載波比 載波頻率fc與調(diào)制信號頻率fr之比。N=fc/fr

　　(2)異步調(diào)制 載波信號與調(diào)制信號不保持同步關(guān)系的調(diào)制方式。當調(diào)制信號頻率變化時，通常保持載波頻率固定不變，因此N是變化的。特點：輸出脈沖的個數(shù)不固定，脈沖相位也不固定，正負半周期的脈沖不對稱。

　　在異步調(diào)制方式中，希望盡量提高載波頻率，以使在調(diào)制信號頻率較高時仍能保持較大的載波比，改善輸出特性。

　　(3)同步調(diào)制 N=C 在變頻時使載波信號和調(diào)制信號保持同步的調(diào)制方式。在三相PWM逆變電路中，通常公用一個三角載波信號，取N為3的整數(shù)倍且為奇數(shù)?！　∩虾６ㄥ纺透邷亟咏_關(guān)專注變頻器生產(chǎn)多年，有一定相關(guān)經(jīng)驗，歡迎大家來電咨詢