摘 要：隨著電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，對比于傳統(tǒng)的直流電動機，相對來說結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、制造容易、能夠可靠運行的的異步電動機得到了廣泛的應(yīng)用，而異步電動機的變頻調(diào)速也隨之得到了發(fā)展。該文闡述了變頻器的基本概念以及工作原理、在這一認識上描述了對于在變頻器設(shè)計中元器件的選擇以及在變頻器設(shè)計中需要注意的事項。

關(guān)鍵詞：IGBT 整流 逆變

中圖分類號：TM925.12文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（b）-00-01

交流變頻調(diào)速作為一種嶄新的工業(yè)傳動調(diào)速方式逐漸登上了歷史的舞臺。變頻調(diào)速在調(diào)速范圍、調(diào)速精度、控制靈活、工作效率、使用方便等方面都具有很大的優(yōu)點，這使得變頻調(diào)速成為最有發(fā)展前途的一種交流調(diào)速方式。

在我國，低壓電網(wǎng)的電壓和頻率一般為380V，50Hz，如果想要得到電壓和頻率都可以調(diào)節(jié)的電源，那么就需要變頻。變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是變頻技術(shù)與微電子技術(shù)的應(yīng)用，它對交流電動機實現(xiàn)了變頻調(diào)速。變頻器的主要功能是通過改變電機工作電源的頻率方式來控制電動機和電力系統(tǒng)設(shè)備。變頻器主要由整流—交流變直流、逆變—直流變交流、濾波、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還具有很多的保護功能，如、過壓、過流保護等等。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。

1 工作原理

由一種固定的電源變?yōu)榭烧{(diào)節(jié)的電源，中間需要一個橋梁，這就是直流電。首先把不可調(diào)節(jié)的電網(wǎng)電壓經(jīng)整流橋整流成直流電。整流橋分為可控整流橋和不可控整流橋。這就是變頻的第一步，交流轉(zhuǎn)變成直流。然后再將整流后的直流電通過逆變器逆變成三相電壓、頻率均可調(diào)的交流電。這就形成了變頻的工作原理“交—直—交”

變換。

2 元器件的選擇

（1）逆變的主要元器件主要是絕緣柵晶體管—IGBT。選擇它的主要優(yōu)勢在于IGBT的開關(guān)頻率可以達到很高的值，接近20KHz。目前，IGBT的產(chǎn)品最大的電流容量已經(jīng)達到了1800A，工作頻率更是可以達到50kHz。其次，它的功耗又比較低，集合了晶體管和絕緣柵場效應(yīng)管的長處。IGBT同三極管類似，也是有三種狀態(tài)：截至狀態(tài)、放大狀態(tài)和飽和導通狀態(tài)，我們在逆變過程中只利用它的截至和飽和導通兩種狀態(tài)作為開關(guān)閉合和開通使用。逆變的過程就是IGBT不斷按照一定規(guī)律開通和關(guān)斷的結(jié)果。

（2）電網(wǎng)電壓進線側(cè)加入濾波電容，使得電網(wǎng)電壓的高次諧波被過濾掉，得到平滑的正弦波形，用來減少諧波電流的

污染。

（3）在整流橋和支撐電容間加上一個限流電阻，有兩方面的作用。一是在電網(wǎng)電壓進電的瞬間減小了沖擊電流，防止造成變頻器器件的因沖擊造成的損壞；二是在合閘瞬間，電網(wǎng)電壓降到限流電阻上，防止電壓迅速降至0V，對同一網(wǎng)絡(luò)中其他設(shè)備的工作造成干擾，可以說是一舉兩得。對于充電時間按照公式T=RLC計算出充電時間常數(shù)，充電時間大概是這個常數(shù)的3到5倍，這樣在其兩端并聯(lián)一個接觸器控制其關(guān)斷和導通的時間也就能計算出來了。至于接觸器的容量選擇按照公式ID=PD/UD可以計算得出，但是接觸器有三個主觸點可以并聯(lián)起來使用，所以選擇三分之一的電流值就可

以了。

（4）在整流和逆變直流電路設(shè)計中均加入一種電容叫做支撐電容，既有儲能的作用，又具有濾波的作用。由于電動機定子的等效電路和直流電路之間存在著能量交換的過程，因此要對支撐電容充放電。在每個IGBT管旁邊都必須反并聯(lián)一個二極管，用來為電動機繞組向電容器通電提供通路。電容器在安裝前首先要外觀檢查看是否有鼓包現(xiàn)象，然后必須做規(guī)定的耐壓試驗，以確保穩(wěn)定運行。

（5）為了用散熱來消耗再生功率，需要在變頻器側(cè)安裝制動電阻。為了改善制動能力，不能期望著靠增加變頻器的容量來解決問題。必須選用合適的制動單元來改善變頻器的制動容量。小功率制動單元一般安裝在變頻器內(nèi)部，外部只接制動電阻。大功率的制動單元由外接的制動單元接到變頻器直流母線上，當電機制動時，電機的電能反饋回母線，使母線電壓升高，升高到規(guī)定值時，開通制動單元的開關(guān)管，用制動電阻消耗母線上一部分電能，維持母線電壓不繼續(xù)往上升高，使電機能量消耗在制動電阻上，從而獲得制動

力矩。

3 設(shè)計中的注意事項

3.1 關(guān)于散熱的問題

變頻器的發(fā)生故障的頻率隨溫度升高而成指數(shù)的上升。使用壽命會隨溫度升高而成指數(shù)的下降。因此散熱成了變頻器工作性能的重要指標。環(huán)境溫度升高10 ℃，變頻器使用壽命將減少一半。若變頻器帶有直流或交流電抗器，并且也在柜子里面，發(fā)熱量會更大。電抗器安裝在變頻器側(cè)面或側(cè)上方會比較利于散熱。如果有制動電阻的話，制動電阻的散熱量很大，安裝位置最好和變頻器隔離開，如裝在柜子上面或旁邊等。

3.2 變頻器不適合加π型濾波

所謂π型濾波是在電路中串連一個電阻或者電感，無論是前后哪一種，總會使其產(chǎn)生一個電壓降，使得后面的電壓比前面的電壓較低，直流電壓下降，逆變出來的電壓就會比電網(wǎng)電壓低，因此變頻電路只能采用電容器濾波。

3.3 遠程控制

現(xiàn)在我們已經(jīng)可以依靠計算機網(wǎng)絡(luò)進行變頻器的遠程控制。主要是通過RS485接口及一些網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對變頻器進行遠程操作，人在操作室中就能輕松操作，遠程控制要注意周圍的一些干擾信號，選擇電纜線需采用屏蔽線或雙絞線且不宜過長，否則也將導致產(chǎn)生信號的干擾。

4 結(jié)語

變頻器機器工作原理目前廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。使用變頻器的家電產(chǎn)品中有電機（例如變頻空調(diào)等），還有熒光燈等產(chǎn)品。對于變頻器用于電機控制，其可以調(diào)壓調(diào)頻。但用于熒光燈的變頻器主要就用于調(diào)節(jié)電源供電的頻率。該文對變頻器進行初步分析與設(shè)計，使初學者對變頻器電路的設(shè)計有了更深刻的理解，希望對從事變頻器設(shè)計工作者有所幫助。

參考文獻

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