变频器的工作原理及主回路的构成

1. 变频调速原理
① 变频器的功用 变频器的功用是将频率固定（通常为工频50Hz）的交流电（三相的或单相的）变换成频率连续可调（多数为0～400Hz）的三相交流电源。
如图所示，变频器的输入端（R.S.T）接至频率固定的三相交流电源，输出端（U.V.W）输出的是频率在一定范围内连续可调的三相交流电，接至电动机。
② 变频调速的工作原理 由式可知，当频率f连续可调时，电动机的同步转速也连续可调。又因为异步电动机的转子转速总是比同步转速略低一些。所以，当连续可调时，也连续可调。
2. 变频器的类别
按电压的调制方式分
⑴ PAM（脉幅调制） 变频器输出电压的大小通过改变直流电压的大小来进行调制。在中小容量变频器中，这种方式几近绝迹。
⑵ PWM（脉宽调制） 变频器输出电压的大小通过改变输出脉冲的占空比来进行调制。目前普遍应用的是占空比按正弦规律安排的正弦波脉宽调制（SPWM）方式。
3. 变频器的额定值和频率指标
⑴ 输入侧的额定值 主要是电压和相数。在我国，中小容量变频器中，输入电压的额定值有以下几种（均为线电压）：
① 380V，3相 这是绝大多数（CT变频器为380V～480V±10％）。
② 220V，3相 主要用于某些进口设备中。
③ 220V，单相 主要用于家用小容量变频器中。
此外，对输入侧电源电压的频率也都作了规定，通常都是工频50Hz或60Hz。
⑵ 输出侧的额定值
① 输出电压 由于变频器在变频的同时也要变压，所以输出电压的额定值是指输出电压中的最大值。在大多数情况下，它就是输出频率等于电动机额定频率时的输出电压值。通常，输出电压的额定值总是和输入电压相等的。
② 输出电流 是指允许长时间输出的最大电流，是用户在选择变频器时的主要依据。
③ 输出容量 取决于和的乘积。
④ 配用电动机容量 对于变频器说明书中规定的配用电动机容量，需说明如下：
a. 它是根据下式估算的结果：
式中 --------电动机的效率
----------电动机的功率因数
由于电动机容量的标称值是比较统一的，而和值却很不一致，所以配用电动机容量相同的不同品牌的变频器的容量却常常不相同。
b. 说明书中的配用电动机容量，仅对长期连续负载才是适合的，对于各种变动负载来说，则不适用。
⑤ 过载能力 变频器的过载能力是指其输出电流超过额定电流的允许范围和时间。大多数变频器都规定为150％、1min。
⑶ 频率指标
① 频率范围 即变频器输出的最高频率和最低频率。各种变频器规定的频率范围不尽一致。通常，最低工作频率约为0.1～1Hz；最高工作频率约为200～500Hz。
② 频率精度 指变频器输出频率的准确精度。由变频器的实际输出频率与给定频率之间的最大误差与最高工作频率之比的百分数来表示。
例如，用户给定的最高工作频率为，频率精度为0.01％，则最大误差为
通常，由数字量给定时的频率精度约比模拟量给定时的频率精度高一个数量级。
③ 频率分辨率 指输出频率的最小改变量，即每相邻两档频率之间的最小差值。
例如，当工作频率为时，如变频器的频率分辨率为0.01Hz，则上一档的最小频率为
下一档的最大频率为
4. 主电路构成
5. 主电路说明
⑴ 交-直部分
① 整流管 组成三相整流桥，将电源的三相交流电全波整流成直流电。
如电源的线电压为，则三相全波整流后平均直流电压的大小是
我国三相电源的线电压为380V，故全波整流后的平均电压是
② 滤波电容器 其功能是：
a. 滤平全波整流后的电压纹波；
b. 当负载变化时，使直流电压保持平稳。
由于受到电解电容的电容量和耐压能力的限制，滤波电路通常由若干个电容器并联成一组，又由两个电容器组串联而成，如上图中的和。因为电解电容器的电容量有较大的离散性，故电容器组和的电容量常不能完全相等，这将使它们承受的电压和不相等。为了使和相等，在和旁各并联一个阻值相等的均压电阻和。
③ 限流电阻与开关 当变频器刚合上电源的瞬间，滤波电容器的充电电流是很大的。过大的冲击电流将可能使三相整流桥的二极管损坏；同时，也使电源电压瞬间下降而受到“污染”。
为了减小冲击电流，在变频器刚接通电源后的一段时间里，电路内串入限流电阻，其作用是将电容器的充电电流限制在允许范围以内。
开关的功能是：当充电到一定程度时，令接通，将短路掉。
许多新系列的变频器里，已由晶闸管代替，如图中虚线所示。
④ 电源指示HL HL除了表示电源是否接通以外，还有一个十分重要的功能，即在变频器切断电源后，表示滤波电容器上的电荷是否已经释放完毕。
由于的容量较大，而切断电源又必须在逆变电路停止工作的状态下进行，所以没有快速放电的回路，其放电时间往往长达数分钟。又由于上的电压较高，如不放完，对人身安全将构成威胁。故在维修变频器时，必须等HL完全熄灭后才能接触变频器内部的导电部分。
⑵ 直-交部分
① 逆变管 组成逆变桥，把整流所得的直流电再“逆变”成频率可调的交流电。这是变频器实现变频的具体执行环节，因而是变频器的核心部分。
当前常用的逆变管有绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、电力晶体管（GTR）、门极关断（GTO）晶闸管以及电力MOS场效应晶体管（MOSFET）等。
② 续流二极管 其主要功能有：
a． 电动机的绕组是电感性的，其电流具有无功分量。为无功电流返回直流电源时提供“通道”。
b． 当频率下降、电动机处于再生制动状态时，再生电流将通过整流后返回给直流电路。
c． 进行逆变的基本工作过程是，同一桥臂的两个逆变管处于不停地交替导通和截至的状态。在这交替导通和截至的换相过程中，也不时地需要提供通路。
制动电阻和制动单元
⑴ 制动电阻 电动机在工作频率下降过程中，将处于再生制动状态，拖动系统的动能要反馈到直流电路中，使直流电压不断上升，甚至可能达到危险的地步。因此，必须将再生到直流电路的能量消耗掉，使保持在允许范围内。制动电阻就是用来消耗这部分能量的。
⑵ 制动单元 制动单元由GTR或IGBT及其驱动电路构成。其功能是为放电电流流经提供通路。