變頻器的詳細分類

1.交-直-交變頻器

交-直-交電壓型變頻器是通用變頻器的主要形式。圖2-3所示為電壓型交-直-交變頻器主電路的基本結構。

1)交-直部分

(1)整流電路。整流電路由VD1～VD6組zu成cheng三san相xiang不bu可ke控kong整zheng流liu橋qiao，它ta們men將jiang電dian源yuan的de三san相xiang交jiao流liu全quan波bo整zheng流liu成cheng直zhi流liu。整zheng流liu電dian路lu因yin變bian頻pin器qi輸shu出chu功gong率lv大da小xiao不bu同tong而er異yi。小xiao功gong率lv的de變bian頻pin器qi，其qi輸shu入ru電dian源yuan多duo用yong單dan相xiang220V，整流電路為單相全波整流橋;功率較大的變頻器則一般用三相380V電源，整流電路為三相橋式全波整流電路。

設電源的線電壓為UL
，那麼三相全波整流後平均直流電壓UD=1.35UL=1.35×380V=513V。

(2)濾波電容器CF。整流電路輸出的整流電壓是脈動的直流電壓，必須加以濾波。濾波電容CF的作用是：除(chu)了(le)濾(lv)除(chu)整(zheng)流(liu)後(hou)的(de)電(dian)壓(ya)紋(wen)波(bo)外(wai)，還(hai)在(zai)整(zheng)流(liu)電(dian)路(lu)與(yu)逆(ni)變(bian)器(qi)之(zhi)間(jian)起(qi)去(qu)耦(ou)作(zuo)用(yong)

，以(yi)消(xiao)除(chu)相(xiang)互(hu)幹(gan)擾(rao)，這(zhe)就(jiu)給(gei)作(zuo)為(wei)感(gan)性(xing)負(fu)載(zai)的(de)電(dian)動(dong)機(ji)提(ti)供(gong)必(bi)要(yao)的(de)無(wu)功(gong)功(gong)率(lv)。因(yin)而(er)
，中(zhong)間(jian)直(zhi)流(liu)電(dian)路(lu)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)電(dian)容(rong)量(liang)必(bi)須(xu)較(jiao)大(da)
，起(qi)到(dao)儲(chu)能(neng)作(zuo)用(yong)
，所(suo)以(yi)中(zhong)間(jian)直(zhi)流(liu)電(dian)路(lu)的(de)電(dian)容(rong)器(qi)又(you)稱(cheng)儲(chu)能(neng)電(dian)容(rong)器(qi)。

(3)限流電阻RL與開關SL。由於儲能電容大

，同時在接入電源時電容器兩端的電壓為零
，故當變頻器剛合上電源的瞬間
，濾波電容器CF的de充chong電dian電dian流liu是shi很hen大da的de。過guo大da的de衝chong擊ji電dian流liu將jiang可ke能neng使shi三san相xiang整zheng流liu橋qiao的de二er極ji管guan損sun壞huai。為wei了le保bao護hu整zheng流liu橋qiao
，在zai變bian頻pin器qi剛gang接jie通tong電dian源yuan後hou的de一yi段duan時shi間jian裏li
，電dian路lu內nei串chuan入ru限xian流liu電dian阻zu，其qi作zuo用yong是shi將jiang電dian容rong器qiCF的充電電流限製到允許的範圍以內。開關SL的功能是：當CF充電到一定程度後令SL接通，將RL短路掉。

(4)電源指示燈HL。HL除了表示電源是否接通以外，還有一個十分重要的功能，即在變頻器切斷電源後顯示濾波電容器CF上的電荷是否已經釋放完畢。

由於CF的容量較大
，而切斷電源又必須在逆變電路停止工作的狀態下進行，所以CF沒有快速放電的回路，其放電時間往往長達數分鍾。又由於CF上的電壓較高
，如電荷不放完，在維修變頻器時將對人身安全構成威脅，所以HL完全熄滅後才能接觸變頻器內部的導電部分。

2)直-交部分

(1)逆變管V1～V6。V1～V6組成逆變橋，把VD1～VD6整流後的直流電再“逆變”成頻率、幅值都可調的交流電。這是變頻器實現變頻的執行環節
，因而是變頻器的核心部分。當前常用的逆變管有絕緣柵雙極晶體管(IGBT)
、大功率晶體管(GTR)、可關斷晶閘管(GTO)及功率場效應晶體管(MOSFET)等。

(2)續流二極管VD7～VD12。續流二極管VD7～VD12的主要功能有：

①電動機的繞組是感性的，其電流具有無功分量，VD7～VD12為無功電流返回直流電源提供“通道”。

②當頻率下降、電動機處於再生製動狀態時，再生電流將通過VD7～VD12返回直流電路。

③V1～V6進行逆變的基本工作過程：同一橋臂的兩個逆變管處於不停的交替導通和截止的狀態，在這交替導通和截止的換相過程中
，也不時地需要VD7～VD12提供通路。

(3)緩衝電路。在不同型號的變頻器中，緩衝電路的結構也不盡相同。圖2-3所示是比較典型的一種，其功能如下所示。

逆變管V1～V6每次有導通狀態切換成截止狀態的關斷瞬間，集電極(C極)和發射極(E極)間的電壓UCE將極為迅速地由近乎0V上升至直流電壓值UD。這過高的電壓增長率將導致逆變管的損壞，因此

，C01～C06的功能便是降低V1～V6在每次關斷時的電壓增長率。

V1～V6每次有截止狀態切換成導通狀態的接通瞬間
，C01～C06上所充的電壓(等於UD)將向V1～V6放電。此放電電流的初始值將是很大的
，並且將疊加到負載電流上，導致V1～V6的損壞。因此，R01～R06的功能是限製逆變管在接通瞬間C01～C06的放電電流。

R01～R06的接入又會影響C01～C06在V1～V6關斷時降低電壓增長率的效果。VD01～VD06接入後，在V1～V6的關斷過程中使R01～R06不起作用;而在V1～V6的接通過程中，又迫使C01～C06的放電電流流經R01～R06。

3)製動電阻和製動單元

(1)製動電阻RB。diandongjizaigongzuopinlvxiajiangguochengzhong，yibudianjidezhuanzizhuansujiangchaoguocishidetongbuzhuansuchuyuzaishengzhidongzhuangtai，tuodongxitongdedongnengyaofankuidezhiliudianluzhong，shizhiliudianyaUD不斷上升，甚至可能達到危險的地步。因此
，必須將再生到直流電路的能量消耗掉，使UD保持在允許範圍內，製動電阻RB就是用來消耗這部分能量的。

(2)製動單元VB。製動單元VB由大功率晶體管GTR及其驅動電路構成，其功能是控製流經RB的放電電流IB。

2.交-交變頻器

交-交變頻器又稱直接變頻裝置，其結構如圖2-6所示。

它隻有一個變換環節就可以把恒壓恒頻(CVCF)的交流電源變換成VVVF電源，因此稱之為直接變頻器，或稱交-交變頻器。

常用的交-交變頻器輸出的每一相都是一個兩組晶閘管整流裝置反並聯的可逆線路，見圖2-6(a)所示。正反向兩組按一定周期相互切換，在負載上就獲得交變的輸出電壓u0。u0的幅值取決於各組整流裝置的控製角α
，u0的頻率取決於兩組整流裝置的切換頻率。如果控製角α一直不變
，則輸出平均電壓就是方波，如圖2-6(b)所示。

以上隻是分析了交-交變頻器的單相輸出，對於三相負載，其它兩相也各用一套反並聯的可逆線路，輸出平均電壓相位依次相差1200。這樣，如果每個整流器都用橋式電路，三相交-交變頻器需用三套反並聯橋式線路，共需36個晶閘管。如圖2-7suoshi，shiyongduoraozuzhengliubianyaqishiyinweisanxiangzhijianyouxingxinglianjie，xuyaogeduanxiangjiandeduanluhuanliu。zhegedianluyinweiwuhuanliuyunxing
，bixubaozhengdianliuyangeguolingcainengchufafanzugongzuo
，weikekaoqijianxuyaoyigesiqu，yincizuigaoshuchupinlvdayueyunxuzai15Hz以下。如果采用有環流運行，則需要加裝6隻環流電抗器，輸出頻率可以提高到20～25Hz，再高則波形的畸變就嚴重了。

交-交變頻器雖然在結構上隻有一個變換環節
，省去了中間直流環節
，但所用器件的數量更多，總設備投資巨大。交-交變頻器的最大輸出頻率為30Hz，使其應用受到限製，一般隻用於低速度
、大容量的調速係統，例如軋鋼機
、球磨機
、水泥回轉窯等。根據輸出電壓波形的不同，交-交變頻器克分為1200導通型的方波電流源變頻器和1800導通型的正弦波電壓源變頻器。

交-交變頻器與交-直-交變頻器的性能比較如表2-1所示。

表2-1 交-交變頻器與交-直-交變頻器的性能比較

知識拓展

變頻器的分類方法很多，下麵簡單介紹幾種主要的分類方法。

1.按變換環節分類

1)交-交變頻器

交-交變頻器的原理圖如圖2-6(a)所示。其主要優點是沒有中間環節
，變換效率高，但其連續可調的頻率範圍較窄
，輸出頻率一般隻有額定頻率的1/2以下，電網功率因素較低，主要應用於低速大功率的拖動係統。

2)交-直-交變頻器

交-直-交變頻器的基本結構圖如圖2-3所示。主要由整流電路、中間直流環節和逆變電路三部分組成。交-直-交變頻器按中間環節的濾波方式又可分為電壓型變頻器和電流型變頻器。

(1)電壓型變頻器。電壓型變頻器的主電路典型結構如圖2-14suoshi。zaidianluzhong，zhongjianzhiliuhuanjiecaiyongdadianronglvbo
，zhiliudianyaboxingbijiaopingzhi
，shishijiayufuzaishangdedianyazhijibenshangbushoufuzaideyingxiang，jibenbaochihengding，leisiyudianyayuan

，yinerchengzhiweidianyaxingbianpinqi。

(2)電流型變頻器。電流型變頻器與電壓型變頻器在主電路結構上基本相似
，不同的是電流型變頻器的中間直流環節采用大電感濾波，如圖2-15所示，直流電流波形比較平直
，使施加於負載上的電流基本不受負載的影響
，其特性類似於電流源，所以稱之為電流型變頻器。

2.按逆變器開關方式分類

1)PAM(脈衝振幅調製)

它是通過調節輸出脈衝的幅值來進行輸出控製的一種方式。在調節過程中，整流器部分負責調節電壓或電流
，逆變器部分負責調頻。

2)PWM(脈寬調製)

tashitongguogaibianshuchumaichongdezhankongbilaishixianbianpinqishuchudianyadetiaojie，yinci，nibianqibufenxuyaotongshijinxingtiaoyahetiaopin。muqian，pubianyingyongdeshimaikuananzhengxianguilvbianhuadezhengxianmaikuantiaozhifangshi，jiSPWM方式。

3.按逆變器控製方式分類

1)控製變頻器

kongzhishitongshikongzhibianpinqishuchudianyahepinlv

，tongguobaochibizhihengding，shidediandongjidezhucitongbubian，zaijipinyixiashixianhengzhuanjutiaosu
，jipinyishangshixianhenggonglvtiaosu。tashiyizhongzhuansukaihuankongzhi
，wuxusuduchuanganqi
，kongzhidianlujiandan

，duoyingyongyujingduyaoqiubugaodechanghe。

2)矢量控製變頻器

矢shi量liang控kong製zhi變bian頻pin器qi主zhu要yao是shi為wei了le提ti高gao變bian頻pin調tiao速su的de動dong態tai性xing能neng。模mo仿fang自zi然ran解jie耦ou的de直zhi流liu電dian動dong機ji的de控kong製zhi方fang式shi，對dui異yi步bu電dian動dong機ji的de磁ci場chang和he轉zhuan矩ju分fen別bie進jin行xing控kong製zhi，以yi獲huo得de類lei似si於yu直zhi流liu調tiao速su係xi統tong的de動dong態tai性xing能neng。

3)直接轉矩控製變頻器

zhijiezhuanjukongzhibianpinqishiyizhongxinxingdebianpinqi。tashengdiaolefuzadeshiliangbianhuanyudiandongjishuxuemoxingdejianhuachuli。gaixitongdezhuanjuxiangyingxunsu
，wuchaotiao，shiyizhongjuyougaojingtaihedongtaixingnengdejiaoliutiaosufangfa。

4.按變頻器的用途分類

1)通用變頻器

通用變頻器其特點是通用性，是變頻器家族中應用最為廣泛的一種。通用變頻器主要包含兩大類：節能型變頻器和高性能通用變頻器。

(1)節能型變頻器。是一種以節能為主要目的而簡化了其他一些係統功能的通用變頻器，控製方式比較單一，一般為控製，主要應用於風機、水泵等調速性能要求不高的場合
，具有體積小
、價格低等優勢。

(2)高gao性xing能neng通tong用yong變bian頻pin器qi。是shi一yi種zhong在zai設she計ji中zhong充chong分fen考kao慮lv了le變bian頻pin器qi應ying用yong時shi可ke能neng出chu現xian的de各ge種zhong需xu要yao，並bing為wei這zhe種zhong需xu要yao在zai係xi統tong軟ruan件jian和he硬ying件jian方fang麵mian都dou做zuo了le相xiang應ying的de準zhun備bei
，使shi其qi具ju有you較jiao豐feng富fu的de功gong能neng。如ru：PID調節、PG閉環速度控製等。高性能通用變頻器除了可以應用於節能型變頻器的所有應用領域之外，還廣泛用於電梯、數控機床等調速性能要求較高的場合。

2)專業變頻器

是shi一yi種zhong針zhen對dui某mou一yi種zhong特te定ding的de應ying用yong場chang合he而er設she計ji的de變bian頻pin器qi
，為wei滿man足zu某mou種zhong需xu要yao，這zhe種zhong變bian頻pin器qi在zai某mou一yi方fang麵mian具ju有you較jiao為wei優you良liang的de性xing能neng。如ru電dian梯ti及ji起qi重zhong機ji用yong變bian頻pin器qi等deng，還hai包bao括kuo一yi些xie高gao頻pin、大容量
、高壓等變頻器。