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变频器的逆变器工作原理和基本类型

时间:2011-11-21

通常变频器主要有:主电路IGBT,或GTO等功率开关器件构成逆变器给异步电动机提供调压调频的电源,此电源输出的电压或电流及频率由控制回路的控制指令进行

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变频器三相(u v w)交流输出频率波形质量和电压平衡的程度直接影响异步电动机调速运行的状态与电机寿命,更重要是影响变频器的寿命,一台经维修后的变频器,U、V、W三相交流输出的波形符合要求和电压平衡是最基本的。

通常变频器主要有:主电路IGBT,或GTO等功率开关器件构成逆变器给异步电动机提供调压调频的电源,此电源输出的电压或电流及频率由控制回路的控制指令进行控制,而控制指令是由外部的运转指令运算获得,对于需要精密控制速度或快速响应的场合其运算还应包含由变频器主电路和传动系统检测出来的信号以进行闭环控制。

保护电路的构成,除应防止因变频器主电路的过电压保护,过电流保护,主电路过热保护引起的故障外,还应保护异步电动机及传动系统等等,因此直接影响U、V、W输出主电路的逆变器故障是至关重要的。 逆变器同整流器相反,逆变器是将直流功率变换为所要频率的交流功率,以所确定的时间使上桥与下桥的6个功率开关器件导通和关断。

逆变器示意图图2中,S1~S6组成了桥式逆变电路,这6个开关交替接通和关断就可以在输出端U、V、W三相上得到相位互相差2/3π的三相交流电压。由此可见驱动电路中S1~S6开与关时电压波形一致,对输出电压平衡尤其重要。图3是在维修变频器中碰到比较典型的IGBT栅极驱动电路。

典型的栅极驱动电路 栅极驱动电路开通时,输出一个15V的正栅极电压。这个值足够令IGBT产生完全饱和,并使其通态损耗减至最小,同时也限制了短路电流和它所带来的功率应力。当栅极电压处于零时,IGBT处于断态是为了保证IGBT在集电极--发射极电压出现dv/dt噪声时仍保持关断,需要在栅极上施加一个关断偏压,采用反向偏压还可以减少关断损耗。H系列IGBT反向偏压在-5V~15V范围内。栅极驱动电路开通时,输出一个15V的正栅极电压。这个值足够令IGBT产生完全饱和,并使其通态损耗减至最小,同时也限制了短路电流和它所带来的功率应力。当栅极电压处于零时,IGBT处于断态是为了保证IGBT在集电极--发射极电压出现dv/dt噪声时仍保持关断,需要在栅极上施加一个关断偏压,采用反向偏压还可以减少关断损耗。H系列IGBT反向偏压在-5V~15V范围内。

变器的类型可以按其电路结构分为桥式和零式两种,也可以按电网相数分为单相和多相逆变器,除此之外,还有其它几种分法。

根据逆变器所用的电力电子器件来分,有半控型器件构成的逆变器,如晶闸管逆变器,也有全控型器件构成的,由GTR逆变器、GTO逆变器直到IGBT逆变器等,不仅其体积、重量可以减小,而且由于没有换流电路,可以减小损耗,提高逆变器的开关频率。

如果按照逆变器的调制方法来分,有正弦脉宽调制(SPWM)型逆变器以及方波或阶梯波逆变器之分。

在交-直-交逆变器或直-交逆变器中,为了提供恒定的电压或电流,并与负载进行无功功率的交换,在逆变器的直流环节中都设置了储能元件,根据储能元件的性质来分,可以分为电压型逆变器和电流型逆变器两大类,其中电压型逆变器采用大电容作为储能和滤波元件,可以使直流环节犹如恒压源,而电流型逆变器采用大电感作为储能和滤波元件,使直流环节犹如电流源,两类逆变器的结构框图如图1所示。

(a)电压型逆变器 (b)电流型逆变器

其它还可以根据逆变器导通的电角度大小分为180°导通型和120°导通型两种,以及根据强迫换流的特点将晶闸管逆变器分为谐振型逆变器、并联电容型逆变器及串联电感型逆变器等。

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