9.2 变频器基本原理
9.2.1 变频器的基本结构
变频器的工作原理就是把市电(380V 或 220V、50Hz)通过整流器变成平滑直流,然
后利用半导体器件(GTO、GTR 或 IGBT)组成的三相逆变器,将直流电变成可变电压和可
变频率的交流电,并采用输出波形调制技术,使得输出波形更完善,例如采用正弦脉宽调制
(SPWM)方法,使输出波形近似正弦波,用于驱动异步电机,实现无级调速。即把恒压频
(constant voltage constant frequency CVCF)的交流电转换为变压变频(variable voltage
variable frequency VVVF)的交流电,以满足交流电机变频调速的需要。
从结构上看,变频器可分为直接变频和间接变频两类。间接变频器先将工频交流电源通
过整流器变成直流,然后再经过逆变器将直流变换为可控频率的交流,因此又称它为有中间
直流环节的变频装置或交-直-交变频器。直接变频器将工频交流一次变换为可控频率交流,
没有中间直流环节,即所谓的交-交变频器。目前应用较多的中小型交流调速应用场合,采
用的是交-直-交变频器,它的基本构成如图 9.8 所示。
图 9.8 变频器的基本构成框图
1. 交—直—交变频器主电路结构
交—直—交变频器是将恒压恒频的交流电通过整流电路变换成直流,然后再经过逆变电
路将直流变换成调压调频的交流电。这种变频器虽然多了一个中间直流环节,但是输出交流
电的频率是任意的。变频器的负载通常是异步电机,其功率因素小于 1。故在中间直流环节
和电动机之间总存在无功功率的交换。由于逆变器中的电力器件无法储能,所以无功功率只
能靠直流环节中的储能元件来缓冲。如果采用电容器作为无功功率缓冲环节,直流侧电源相
当于一个低阻抗的电压源,因此称为电压源型变频器;如果采用电抗器作为无功功率缓冲环
节,直流侧电源相当于一个高阻抗的电流源,则称为电流源型变频器。如图 9.9 所示为电压
源型变频器的主回路原理图,图 9.10 所示为电流源型变频器的主回路原理图。
图的中间环节是大电容器滤波,使直流侧电压 恒定,变频器的输出电压随之恒定,
相当于理想的电压源,称为交-直-交电压型变频器。由于采用大电容滤波,直流侧电压恒
定,输出波形为矩形波,输出电流由矩形波电压和电动机正弦波电动势之差产生,所以其波
形接近正弦波。又因为逆变器的直流侧电压极性固定,不能实现回馈制动,若需要回馈制动
时,必须在整流侧反并联一组晶闸管,供逆变时用。这时候逆变器通过反馈二极管工作在整
流状态;附加的一组晶闸管工作在逆变状态,向电网回馈电能。
图的中间环节是电感很大的电抗器滤波,电源阻抗很大,直流环节中的电流 可近似
于恒定,逆变器输出电流随之恒定,相当于理想的电流源,称为交-直-交电流型变频器。
它的逆变器输出电流波形为矩形波,输出电压波形由电动机正弦波电动势决定,所以近似于
正弦波。这种变频器可以实现回馈制动,回馈制动时,主电路电流 方向不变,而电压