变频器的硬件结构及工作原理

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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
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%
➢ 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
，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
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。
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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，
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。
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
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
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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
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
变频器分类
（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 (
最常用的为交直交电压型变频器
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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。
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三相变频器的交流发生原理