变频器的硬件结构及工作原理
变频器结构及工作原理
变频器结构及工作原理引言：随着现代工业的发展，越来越多的机械设备需要实现电机的调速控制。
而变频器作为一种常见的电机调速方案，被广泛应用于各行各业。
本文将介绍变频器的结构及其工作原理。
一、变频器的结构变频器是由多个模块组成的复杂电子装置。
其主要结构包括：整流器、滤波器、逆变器、控制电路和电源。
1. 整流器整流器是将交流电转换为直流电的部分。
在变频器中，通常采用整流器将供电网络中的交流电转换为直流电，并提供给逆变器模块使用。
2. 滤波器滤波器主要用于过滤整流后的直流电，降低其纹波电压，保证逆变器模块正常工作。
常用的滤波器有电解电容滤波器和电感滤波器。
3. 逆变器逆变器是变频器中最重要的模块之一，其功能是将直流电转换为交流电。
逆变器通过控制开关管的导通和截止，来产生不同频率、不同幅值的交流电供电给电机。
4. 控制电路控制电路是变频器中的大脑，负责接收用户输入的指令，对逆变器进行精确的控制。
控制电路通常采用微处理器作为控制核心，通过运算和控制算法实现对逆变器的精确控制。
5. 电源电源模块主要为整个变频器提供电源能量，保证变频器的正常运行。
电源模块通常输入交流电，并通过整流器和滤波器将其转换为直流电供其他模块使用。
二、变频器的工作原理变频器主要基于PWM技术实现电机调速。
其工作原理可以分为以下几个步骤：1. 输入信号处理变频器接收用户输入的调速指令，并经过处理后，转换为数字信号。
通常，用户通过面板或者外部接口输入频率、电流等调速指令。
2. 控制算法运算变频器的控制电路根据用户的输入信号，结合内部预设的控制算法进行运算。
运算结果会被转换为控制逆变器的PWM信号。
3. PWM信号生成控制电路用于生成PWM（脉冲宽度调制）信号，根据算法计算的结果控制开关管的导通和截止，调整逆变器输出的合适频率和幅值。
4. 逆变器输出逆变器根据PWM信号的控制，将直流电转换为特定频率、幅值的交流电。
这样，通过调整PWM信号的频率和幅值，就可以实现对电机的精确调速控制。
变频器结构和工作原理
三、变频器的结构原理
1、变频器的分类：
交～交型:将频率固定的交流电源直接变换成频率连续可调的交流电 源，其主要优点是没有中间环节，变换率高。但其连续可调的频率 范围较窄。主要用于容量较大的低速拖动系统中。又称直接式变频 器。 交～直～交型:先将频率固定的交流电整流后变成直流，在经过逆变 电路，把直流电逆变成频率连续可调的三相交流电。由于把直流电 逆变成交流电较易控制，因此在频率的调节范围上就有明显优势。 又称为间接性变频器。
二、变频的控制方式
在各种薄膜或线材的收卷或放卷过程 中，要求被卷物的张力F必须保持恒 定即F＝C，为此: 1)被卷物的线速度v也必须保持恒定即 v ＝C，所以卷绕功率是恒定的； 2)负载的阻转矩随被卷物卷径的增大而 增大:但为了保持线速度恒定，负载 的转速必须随卷径的增大而减小: (b) 用转矩控制模式实现 恒张力运行 令 变频器在转矩 控制模式下运行，将 给 定信号设定在某一值下不变。则 电动机的电磁转矩TM也将不变，如 图 (b)中之曲线①所示: TM＝C 而动态转矩TJ则随着卷径D 的增大而变为负值，如图(b)中之曲 线③所示。拖动系统将处于减速状态， 满足图(c)所示的转速变化规律。 改 变给定转矩的大小，可以改变卷绕的 松紧程度
2、变频器的组成（交～直～交型）
如下图：
三、变频器的结构原理
a、主电路结构 该电路是现在通用的低压变频器主电路图。不管什么品牌的 变频器，其主电路结构基本如此。因为：整流电路和逆变电 路是两个标准模块，没有变化的空间。
三、变频器的结构原理
b、变频器控制电路 任何品牌的变频器，其 内部功能框图是一样的， 因为变频器要保证正常 工作，必须要有相应的 功能。变频器主要包括： 主电路、电流保护电路、 电压保护电路、过热保 护电路、驱动电路、稳 压电源、控制端子、接 口电路、操作面板、 CPU等。
变频器的工作原理
变频器的工作原理一、引言变频器是一种电力电子设备，用于控制交流机电的转速和扭矩。
它通过改变电源电压和频率，实现对机电的精确控制。
本文将详细介绍变频器的工作原理。
二、工作原理1. 电源输入变频器通常由三相交流电源供电。
交流电源经过整流和滤波后，得到稳定的直流电压。
2. 逆变器逆变器是变频器的核心部件，它将直流电压转换为交流电压。
逆变器采用高频开关器件（如IGBT）来控制电流的流动。
通过调整开关器件的开关频率和占空比，逆变器可以产生不同频率和幅值的交流电压。
3. 控制单元控制单元是变频器的智能部份，它接收用户输入的控制信号，并根据设定的参数计算出逆变器的工作状态。
控制单元通常由微处理器和逻辑电路组成，它可以实现多种控制策略，如恒转矩控制、恒功率控制等。
4. 输出滤波器输出滤波器用于滤除逆变器产生的高频噪声，使输出电压更加纯净。
滤波器通常由电感和电容组成，可以有效地消除电磁干扰。
5. 反馈回路为了实现对机电的闭环控制，变频器通常需要接入反馈回路。
反馈回路可以监测机电的转速、电流等参数，并将这些信息反馈给控制单元。
控制单元根据反馈信号对逆变器的输出进行调整，以实现所需的控制效果。
6. 保护功能变频器通常具有多种保护功能，以保证设备和操作人员的安全。
常见的保护功能包括过流保护、过压保护、欠压保护、过载保护等。
当变频器检测到异常情况时，会自动切断电源或者调整输出参数，以避免设备损坏。
7. 其他功能除了基本的转速和扭矩控制外，现代变频器还具有许多其他功能。
例如，它们可以实现多台机电的同步控制、运行数据的记录和分析、网络通信等。
三、应用领域变频器广泛应用于工业生产中的各种机电驱动系统。
它们可以用于风机、水泵、压缩机、输送机等各种设备。
变频器的精确控制能力可以提高设备的效率，降低能耗，延长设备寿命。
四、总结变频器是一种用于控制交流机电的电力电子设备。
它通过改变电源电压和频率，实现对机电的精确控制。
变频器由电源输入、逆变器、控制单元、输出滤波器、反馈回路、保护功能等组成。
变频器硬件结构与工作原理
双极性SPWM
载波频率
1、载波频率对变频器输出电流的影响 （1）运行频率越高，则电压波的占空比越大，电流高次谐波成份越小，即载波频率越高
，电流波形的平滑性越好； （2）载波频率越高，变频器允许输出的电流越小； （3）载波频率越高，布线电容的容抗越小（因为Xc=1/2πfC），由高频脉冲引起的漏电
厚膜驱动电路 专用集成块驱动电路
开关电源电路
1,体积小,重量轻:由于没有工频变频器，所以体积和重量吸有 线性电源的20~30% 2，功耗小，效率高：功率晶体管工作在 开关状态，所以晶体管的上功耗小，转化效率高，一般为 60~70%，而线性电源只有30~40%
驱动电路
高频隔离变压器加入了 驱动电路中,增强了驱动 电路的可靠性，同时也 有效地防止了强电部分 的电路出现故障时对弱 电电路的损坏 分立插脚式元件的驱动电路
电路复杂，集成化程度低的驱动电路已逐渐被淘汰
光耦驱动电路
光耦驱动电路是现代变频器设计时被广泛采用的一种驱动电路，由于线路简单，可靠性高，开 关性能好，被欧美及日本的多家变频器厂商采用
c）输出电压等效波形
IGBT绝缘栅晶体管
绝缘栅双极型晶体管IGBT兼有功率三极管和场效应管的优点，即电压 驱动，输入阻抗高，饱和压降低，开关频率高等
IGBT逆变桥
PWM控制原理
➢ 理论基础
➢ 冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节
u
上时，其效果基本相同 a)
输出响应波形基本相同
➢ 要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉 冲宽度即可
PWM调制分类
根据调制脉冲的极性可分为：单极性和双极性 调制
变频器的工作原理
变频器的工作原理变频器是指一种能够改变交流电源频率并控制电动机转速的装置，也被称为变频调速器、交流调速器等。
它广泛应用于工业生产领域，能够帮助提高生产效率、降低耗能、减少机器损耗等。
那么，变频器的工作原理是怎样的呢？下面我们就来一起探讨一下。
一、变频器的基本结构变频器是由多个部件组合而成的。
其中包括整流单元、滤波单元、逆变单元、控制单元等。
下面我们分别对这几个部件进行介绍：1.整流单元变频器通过直流电源来驱动交流电动机。
因此，首先需要将供电网提供的交流电，变成直流电，这就需要整流单元来完成。
整流单元的主要作用是将交流电信号通过电子元件的作用，转变成等幅值、纯直流的电压波形，这样才能被下一级电路处理。
2.滤波单元整流单元输出的直流电有很大的脉动。
这种脉动会给电动机带来很大的损害，因此，需要滤波单元来消除这些脉动。
滤波单元通过电容、电感等元件，将直流电转化为稳定的电压，进而为后续的逆变单元提供稳定的幅值和频率。
3.逆变单元逆变单元是变频器最为核心的部件之一。
它的作用是将直流化的电源转化成高频交流电，以便输送到电机。
逆变单元一般采用多种晶体管、开关管等元件来控制电源，实现直流与交流之间的转换。
4.控制单元控制单元是变频器的大脑，其控制信号的稳定性和精度直接决定了变频器的工作性能。
控制单元的作用是对逆变单元的输出电压、电流进行调整，并根据电机转速的反馈信号，调整输出频率及电压，从而实现对电机的调速。
二、变频器的工作原理变频器的工作原理主要分为两部分，即电源电路和控制电路。
1.电源电路在变频器的电源电路中，整流单元、滤波单元、逆变单元等三个部件按照顺序连接起来，最终的输出为三相交流电机的电源。
其中，整流单元将供电网提供的交流电转换成直流电，然后再由滤波单元将直流电平稳化。
接下来，逆变单元将直流电转变成高频交流电，并将其输送至电机。
其中，变频器控制单元根据电机转速的反馈信号，调整逆变单元的输出频率和电压，从而实现对电机的调速。
变频器工作原理与结构图文详解—变频器的功能作用分析
变频器工作原理与结构图文详解—变频器的功能作用分析变频器变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。
变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。
变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。
随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。
变频器基本组成变频器通常分为4部分：整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。
整流单元：将工作频率固定的交流电转换为直流电。
高容量电容：存储转换后的电能。
逆变器：由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。
控制器：按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。
变频器的结构与原理图解变频器的发展也同样要经历一个徐徐渐进的过程，最初的变频器并不是采用这种交直交：交流变直流而后再变交流这种拓扑，而是直接交交，无中间直流环节。
这种变频器叫交交变频器，目前这种变频器在超大功率、低速调速有应用。
其输出频率范围为：0-17（1/2－1/3 输入电压频率），所以不能满足许多应用的要求，而且当时没有IGBT，只有SCR，所以应用范围有限。
变频器其工作原理是将三相工频电源经过几组相控开关控制直接产生所需要变压变频电源，其优点是效率高，能量可以方便返回电网，其最大的缺点输出的最高频率必须小于输入电源频率1/3或1/2，否则输出波形太差，电机产生抖动，不能工作。
故交交变频器至今局限低转速调速场合，因而大大限制了它的使用范围。
变频器电路结构框架图矩阵式变频器是一种交交直接变频器，由9个直接接于三相输入和输出之间的开关阵组成。
变频器的工作原理
变频器的工作原理一、引言变频器是一种用于控制电动机转速的电子设备。
它通过改变电源频率和电压来控制电动机的转速，广泛应用于工业生产和机械设备中。
本文将详细介绍变频器的工作原理及其相关知识。
二、变频器的基本结构1. 电源模块：负责将交流电源转换为直流电源，并提供给后续的电路模块。
2. 整流模块：将直流电源转换为可控直流电压，用于供电给逆变模块。
3. 逆变模块：将直流电压转换为可调节的交流电压和频率，用于驱动电动机。
4. 控制模块：接收外部控制信号，通过控制逆变模块的输出电压和频率，实现对电动机转速的精确控制。
三、变频器的工作原理1. 电源模块工作原理：变频器的电源模块主要由整流桥和滤波电路组成。
整流桥将交流电源的正负半周分别整流为正向和反向的脉冲电流，然后通过滤波电路将脉冲电流转换为平滑的直流电压。
2. 整流模块工作原理：变频器的整流模块主要由可控整流器和滤波电路组成。
可控整流器通过控制晶闸管的导通角度来调节输出直流电压的大小，滤波电路则用于平滑输出的直流电压。
3. 逆变模块工作原理：变频器的逆变模块主要由逆变器和输出滤波电路组成。
逆变器通过控制功率晶体管的开关状态，将直流电压转换为可调节的交流电压和频率。
输出滤波电路则用于滤除逆变器输出的高频噪声，使输出电压更加平滑。
4. 控制模块工作原理：变频器的控制模块接收外部控制信号，如转速设定值、启停信号等。
控制模块通过调节逆变模块的输出电压和频率来控制电动机的转速。
控制模块还可以实现其他功能，如故障保护、过载保护等。
四、变频器的优势和应用1. 优势：- 节能：变频器可以根据实际负载需求调整电动机的转速，避免不必要的能量浪费。
- 调速范围广：变频器可以实现电动机的无级调速，适应不同工况的需求。
- 启动平稳：变频器可以通过逐渐增加输出电压和频率，实现电动机的平稳启动，避免机械设备的冲击和损坏。
- 提高生产效率：变频器可以精确控制电动机的转速和运行状态，提高生产过程的稳定性和效率。
变频器的基本结构和工作原理
变频器的基本结构和工作原理变频器是一种将电源频率变换为所需频率的电子设备。
它可将固定频率（如50Hz或60Hz）的交流电源转换为可调节频率的交流电源，以驱动各种不同频率的电动机。
变频器主要由整流器、滤波器、逆变器和控制电路组成。
1.整流器：变频器的整流器将输入的交流电源转换为直流电源。
它通常采用晶闸管整流电路或采用了桥式整流器电路。
整流器主要目的是将交流电源转换为直流电源，以便后续电路的工作。
2.滤波器：滤波器用于去除整流器输出的脉动直流电源中的高频噪音和杂散波，使其变得更加平稳。
常见的滤波器包括电感滤波器和电容滤波器，它们通常结合使用以达到更好的滤波效果。
3.逆变器：逆变器是变频器的核心部分，它将直流电源转换为可调节频率的交流电源。
逆变器通常包括大量的功率开关管（如IGBT或MOSFET）和驱动电路。
通过对功率开关管的控制，逆变器能够精确地控制输出电压和频率。
4.控制电路：控制电路是变频器的智能部分，它负责监测输入的信号和驱动逆变器的工作。
控制电路通常由微处理器和其他数字和模拟电路组成。
它可以根据用户设定的参数和反馈信号，调整逆变器的输出频率和电压，以实现对电动机的精确控制。
变频器的工作原理如下：1.输入电源经过整流器转换为直流电源。
2.直流电源通过滤波器去除脉动和杂散波。
3.控制电路接收用户设定的参数和反馈信号，计算出逆变器的控制信号。
4.逆变器根据控制信号控制功率开关管的通断，将直流电源转换为可调节频率的交流电源。
5.输出的交流电源经过滤波器去除脉动和杂散波，供电给电动机驱动。
变频器可以实现对电动机的速度和转矩进行精确调节，从而使得电动机在不同的负载和工况下工作更加高效和稳定。
它在工业自动化中广泛应用于各种设备和系统，如风机、水泵、压缩机等。
变频器的应用能够降低能源消耗，提高生产效率，并减少电动机的磨损和噪音。
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变频器电路
变频器主回路
9. 整流和滤波电路
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直流部分电压
极管整流器主要用于PWM变频器。如上图所示，由6个二极管构成。该回路叫做三相整 流桥。若电源电压为Vs（V），则三相整流桥的输出电压Ed为，
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交流发生原理
单相变频器的交流发生原理。
8
三相变频器的交流发生原理
u
其效果基本相同
➢ 冲量指窄脉冲的面积
a)
➢ 效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同
➢ 低频段非常接近，仅在高频段略有差异
O
t
用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波
u ➢ 正弦半波N 等分，可看成N个彼此相连的脉冲序列，宽度相等，但幅
值不等
➢ 用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等
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逆变电路的基本结构
图3-10 逆变电路的结构
a） 逆变电路 b）输出电压波形 c）输出电压等效波形
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IGBT绝缘栅晶体管
绝缘栅双极型晶体管IGBT兼有功率三极管和场效应管的优点，即电压 驱动，输入阻抗高，饱和压降低，开关频率高等
IGBT逆变桥
PWM控制原理
➢ 理论基础
➢ 冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，
厚膜驱动电路 专用集成块驱动电路
开关电源电路
1,体积小,重量轻:由于没有工频变频器，所以体积和重量吸有 线性电源的20~30% 2，功耗小，效率高：功率晶体管工作在 开关状态，所以晶体管的上功耗小，转化效率高，一般为 60~70%，而线性电源只有30~40%
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正弦脉宽调制（SPWM）
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实现SPWM（单极性）
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逆变器的特性
• 变频器是一种电源变换的设备，给电动机提供的电源必须满足电动机的使用要求。即输 出正弦波形的电压和电流。
• 逆变SPWM等幅不等宽的矩形脉冲波形面积，与正弦波形面积等效。
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双极性SPWM
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载波频率
1、载波频率对变频器输出电流的影响 （1）运行频率越高，则电压波的占空比越大，电流高次谐波成份越小，即载波频率越高
，电流波形的平滑性越好； （2）载波频率越高，变频器允许输出的电流越小； （3）载波频率越高，布线电容的容抗越小（因为Xc=1/2πfC），由高频脉冲引起的漏电
流越大。 2、载波频率对电机的影响 载波频率越高，电机的振动越小，运行噪音越小，电机发热也越少。但载波频率越高，
谐波电流的频率也越高，电机定子的集肤效应也越严重，电机损耗越大，输出功率越小。 3、载波频率对其它设备的影响 载波频率越高，高频电压通过静电感应，电磁感应，电磁辐射等对电子设备的干扰也越
驱动电路
高频隔离变压器加入了 驱动电路中,增强了驱动 电路的可靠性，同时也 有效地防止了强电部分 的电路出现故障时对弱 电电路的损坏 分立插脚式元件的驱动电路
电路复杂，集成化程度低的驱动电路已逐渐被淘汰
光耦驱动电路
光耦驱动电路是现代变频器设计时被广泛采用的一种驱动电路，由于线路简单，可靠性高，开 关性能好，被欧美及日本的多家变频器厂商采用
➢ 宽度按正弦规律变化
b)
➢ 由于各脉冲的幅值相等，所以逆变器可由恒定的直流电源供电。
➢ 要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可
O
t
理论上，这一系列脉冲宽度可以严格计算出来，但较
图6-3
为实用的是调制方法
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PWM调制分类
根据调制脉冲的极性可分为：单极性和双极性 调制
根据载波信号和基波信号的频率之间的关系， 可分为同步调制和异步调制
变频器硬件结构机工作原理
烟草行业变频器应用技术培训班
变频Байду номын сангаас分类
（1）根据变流环节不同分为： 1. 交-直-交变频器先将频率固定的交流电“整流”成直流电，再把直流电“逆变”成频率任
意可调的三相交流电。 2. 交-交变频器把频率固定的交流电直接转换成频率任意可调的交流电。
（2）变频器按其供电电压分为： 低压变频器 ( 110V 220V 380V ) 、中压变频器 ( 500V 660V 1140V ) 和高压变频器 (
严重。 4、载波频率对变频器自身的影响 载波频率越大，变频器的损耗越大，输出功率越小。如果环境温度高，逆变桥上下两个
两个逆变管在交替导通过程中的死区将变小，严重时可导致桥臂短路而损坏变频器。
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双极性调制的死区及影响
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控制电路
频率、电压的运算电路、 主电路的电压、电流检测 电路、电动机的速度检测 电路、将运算电路的控制 信号进行放大的驱动电路 ，以及逆变器和电动机的 保护电路
3KV 3.3KV 6KV 6.6KV 10KV )。
（3）根据直流电路的储能环节（滤波方式）分为： 1. 电压型变频器其储能元件为电容器。中、小容量变频器以电压型变频器为主。 2. 电流型变频器其储能元件为电感线圈
（4）变频器按其功能分为： 恒转矩（恒功率）通用型变频器、平方转矩风机水泵节能型变频器、简易型变频器、迷 你型变频调速器、通用型变频器、纺织专用型变频器、高频电主轴变频器、电梯专用变频 器、直流输入型矿山电力机车用变频器、防爆变频器等。
根据基波信号的不同，可以分为矩形波脉宽调 值和正弦波脉宽调制。
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单极性调制和双极性调制
单极性调制 在调制波的半个周期内三角载波只在一个方向变化， 所得到输出电压的PWM波形也在一个方向变化的控 制方式称为单极性PWM控制方式。
双极性调制 在调制波的半个周期内三角载波正负方向变化，所得 到输出电压的PWM波形也在正负方向变化的控制方式 称为双极性PWM控制方式。