變頻電路中整流電路的工作原理

整流電路是一種把工頻交流電源整流成直流電壓的部分，在單相供電的變頻電路中多采用單相橋式整流堆，可將220V工頻交流電源整流為300V左右的直流電壓；在三相供電的變頻電路中一般是由三相整流橋構(gòu)成的，可將380V的工頻交流電源整流500～800 V直流電壓。圖12-13為變頻器主電路部分的單相整流橋和三相整流橋。

圖12-13 變頻器主電路部分的單相整流橋三相整流橋

變頻電路中中間電路的工作原理

變頻電路的中間電路包括平滑濾波電路和制動(dòng)電路兩部分。

1 平滑濾波電路

平滑濾波電路的功能是對(duì)整流電路輸出的脈動(dòng)電壓或電流進(jìn)行平滑濾波，為逆變電路提供平滑穩(wěn)定的直流電壓或電流。

圖12-14為電容濾波電路。在電容濾波電路中，電容器接在整流電路的輸出端，當(dāng)整流電路輸出的電壓較高時(shí)，會(huì)對(duì)電容充電；當(dāng)整流電路輸出的電壓偏低時(shí)，電容器會(huì)對(duì)負(fù)載放電，因而會(huì)起到穩(wěn)壓的作用，電容容量越大穩(wěn)壓效果越好。

圖12-14 電容濾波電路

圖12-15為電感濾波電路。電感濾波電路是在整流電路的輸入端接入一個(gè)電感量很大的電感線圈（電抗器）作為濾波元件。由于電感線圈具有阻礙電流變化的性能，當(dāng)接通電源時(shí)，沖擊電流首先進(jìn)入電感線圈L，此時(shí)電感線圈會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，阻止電流的增強(qiáng)，從而起到抗沖擊的作用，當(dāng)外部輸入電源波動(dòng)時(shí)，電流有減小的情況，電感線圈會(huì)產(chǎn)生正向電動(dòng)勢(shì)，維持電流，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流作用。

圖12-15 電感濾波電路

2 制動(dòng)電路

圖12-16為變頻器中的制動(dòng)電路的工作原理。在變頻器控制系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)由正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)入停機(jī)狀態(tài)時(shí)需要斷電制動(dòng)，由于慣性電動(dòng)機(jī)會(huì)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，在這種情況下由于電磁感應(yīng)的作用會(huì)在電動(dòng)機(jī)繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該電壓會(huì)反向送到驅(qū)動(dòng)電路中，并通過(guò)逆變電路對(duì)電容器進(jìn)行反充電。為防止反充電電壓過(guò)高，提高減速制動(dòng)的速度，需要在此期間由晶體管和制動(dòng)電阻對(duì)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電能進(jìn)行吸收，從而順利完成電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)過(guò)程。

圖12-16 制動(dòng)電路

變頻電路中轉(zhuǎn)速控制電路的工作原理

轉(zhuǎn)速控制電路主要通過(guò)對(duì)逆變電路中電力半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電壓頻率發(fā)生變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。轉(zhuǎn)速控制電路主要有交流變頻和直流變頻兩種控制方式。

1 交流變頻

圖12-17為交流變頻的工作原理。

圖12-17 交流變頻的工作原理

交流變頻是把380/220V交流市電轉(zhuǎn)換為直流電源，為逆變電路提供工作電壓。逆變電路在變頻器的控制下再將直流電“逆變”成交流電，該交流電再去驅(qū)動(dòng)交流異步電動(dòng)機(jī)。“逆變”的過(guò)程受轉(zhuǎn)速控制電路的指令控制，輸出頻率可變的交流電壓，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨電壓頻率的變化而相應(yīng)改變，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制和調(diào)節(jié)。

2 直流變頻

圖12-18為直流變頻的工作原理。直流變頻同樣是把交流市電轉(zhuǎn)換為直流電，并送至逆變電路，逆變電路同樣受微處理器指令的控制。微處理器輸出轉(zhuǎn)速脈沖控制信號(hào)經(jīng)逆變電路變成驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的信號(hào)，該電動(dòng)機(jī)采用直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，其繞組也為三相，特點(diǎn)是控制精度更高。

圖12-18 直流變頻的工作原理

變頻電路中逆變電路的工作原理

逆變電路的工作過(guò)程實(shí)際就是將直流電壓變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電壓的過(guò)程，即逆變過(guò)程。實(shí)現(xiàn)逆變功能的電路稱為逆變電路或逆變器。

逆變電路的逆變過(guò)程可分解成三個(gè)周期。第一個(gè)周期是U+和V-兩只IGBT導(dǎo)通；第二個(gè)周期是V+和W-兩只IGBT導(dǎo)通；第三個(gè)周期是W+和U-兩只IGBT導(dǎo)通。

1 U+和V-兩只IGBT導(dǎo)通

圖12-19為U+和V-兩只IGBT導(dǎo)通周期的工作過(guò)程。

圖12-19 U+和V-兩只IGBT導(dǎo)通周期的工作過(guò)程

2 V+和W-兩只IGBT導(dǎo)通

圖12-20為V+和W-兩只IGBT導(dǎo)通周期的工作過(guò)程。

圖12-20 V+和W-兩只IGBT導(dǎo)通周期的工作過(guò)程

3 W+和U-兩只IGBT導(dǎo)通

圖12-21為W+和U-兩只IGBT導(dǎo)通周期的工作過(guò)程。

圖12-21 W+和U-兩只IGBT導(dǎo)通周期的工作過(guò)程