變頻器的工作原理及其電路分析

         變頻器簡單的說就是結合了變頻技術和微電子技術研製出來的可以改變輸入電源的頻率得到另外一種頻率電源輸出的設備。其輸入的電源就是我們工業上面使用的電源,一般都是電壓和頻率都固定不變的交流電(240v或者380v交流電)通過內置的一些電子電子器件連成的電路,最終可以輸出電壓和頻率都可以調的交流電源。

      變頻器一般都是先將交流電進行整流得到直流電輸出,然後在第一次輸出的直流電再通過一些特點的電路來轉換成實際需求的交流電,中間需要用到的技術有整流技術、濾波技術、電力電子技術等結合使用了,但是變頻器的工作原理又是怎麼樣的呢?

  下面我們它的結構、組成、原理圖及電路圖等這些來深入的來對變頻器的工作原理及其電源分析,希望能讓大家更好的認知這種工業上常常用到的設備。

  (1)結構及組成

  變頻器的主要由這幾個方面來構成:

  A、 整流—實現將工頻電源(變頻器的輸入的電源或稱爲工作電源)的交直流轉換,得到直流電輸出。

  B、 濾波:我們知道濾波的作用是將信號中特定波段頻率濾除的操作,是抑制和防止干擾的一項重要措施,對於剛剛通過整流過來的直流電源,裏面可能會包含幾次諧振波或者其他的頻率波屬於脈動電壓或者電流,這些波段電源可能導致電源的性能不夠穩定可靠;

  C、 二次整流:將通過濾波後輸出的直流電重新轉換成交流電,這些交流電的電壓和頻率可以根據不同的整流的方式來調節。

  D、 其他部分:整流-濾波-整流其實就已經實現了輸出電源的電壓和頻率的可調,我們增加制動單元/驅動單元/檢測單元/微處理單元等部分,是爲了讓我們的輸出的電源信號更加可靠和方便使用。

  總的來說,主要的流程也可以用這樣的描述:將工頻電源變換爲直流功率的整流器,吸收在整流時產生的電壓脈動的平波迴路,以及將直流功率變換爲交流功率的逆變器,通過這三大部分的完美的結合,就可以得到一個簡單的變頻器電路了。

  對其的結構感興趣的,可以自己試着分析一下下面的電路,看看能不能總結出它的工作流程和電路分析呢?


 
 

  我們從電路計算上面來分析一下變頻器的工作原理。首先,我們知道交流電動機的同步轉速錶達式位: n=60 f(1-s)/p (1)

  式中 n———異步電動機的轉速;

  f———異步電動機的頻率;

  s———電動機轉差率;

  p———電動機極對數。

  由式(1)可知,轉速n與頻率f成正比,只要改變頻率f即可改變電動機的轉速,當頻率f在0~50Hz的範圍內變化時,電動機轉速調節範圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的,是一種理想的高效率、高性能的調速手段。

  一般我們使用的技術都是PAM方式與PWM方式來控制電力輸出,有電壓型和電流型兩種變頻器,他們的區別就是在電壓型是將電壓源的直流變換爲交流,直流回路的濾波是電容;電流型是將電流源的直流變換爲交流,其直流回路濾波是電感。它的控制方式也經歷了4個發展狀態,分別是U/f=C的SPWM控制、SVPWM控制、VC矢量控制、DTC直接轉矩控制四種控制方式。

  下面我們用一個實際的例子來說明採用交-直-交型結構的結構原理圖來分析變頻器的工作原理,它的主電路包括:整流電路、中間直流電路、逆變電路三部分,結構圖如下:

  1)整流電路: VD1~VD6組成三相不可控整流橋(220V採用單相全波整流橋電路,380V採用橋式全波整流電路)。

  2)濾波電路:濾波電容CF除濾波作用外,還在整流與逆變之間起去耦作用、消除干擾、提高功率因素。

  3)限流電路:由於儲能電容較大,接入電源時電容兩端電壓爲零,因而在上電瞬間濾波電容CF的充電電流很大,過大的電流會損壞整流橋二極管,爲保護整流橋上電瞬間將充電電阻RL串入直流母線中以限制充電電流,當CF充電到一定程度時由開關SL將RL短路。

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