基于半導體器件控制的變頻過程研究

牛卜巧

摘 要： 變頻器是電氣傳動控制系統的重要組成部分，由于其具有低功耗、高效率和控制電路簡單等顯著優點，因此被廣泛應用于各種電氣設備的傳動系統中。隨著科學技術的高速發展，具有更佳性能指標的新型變頻器不斷涌現，必須在理解其工作原理的基礎上更好地利用。

關鍵詞： 變頻器 整流 逆變

一、變頻器工作原理概述

1.在通常情況下，按照變頻的原理把變頻器分為兩大類：交-交變頻器和交-直-交變頻器。交-直-交變頻器是先將頻率固定的交流電整流后變成直流，再經過逆變電路，把直流電逆變成頻率連續可調的三相交流電，由于把直流電逆變成交流電較易控制，因此在頻率的調節范圍及變頻后電動機特性的改善等方面，都具有明顯優勢，目前使用最多的變頻器屬于交-直-交變頻器。

2.交-直-交變頻器采用六只半控型電力電子器件晶閘管先將頻率固定的三相交流電整流成直流電輸出，然后利用三相橋式逆變電路把直流電逆變成頻率、電壓可調的交流電輸出。

二、變頻器主電路工作原理分析

1.交-直-交變頻器主電路圖如下：

2.電路工作原理分析：

（1）交-直變換

圖中采用了六個不可控電力電子器件二極管，它們不需要驅動電路，如果把六個二極管全部換成晶閘管的話，就會變成三相可控整流電路。圖中VD1、VD2、VD3為共陰極組，VD4、VD5、VD6為共陽極組。在三相交流電源時刻變化的過程中，共陰極組中每個管子陽極電壓大小是在變化的，同樣的，共陽極組中每個管子陰極電壓的大小也是在時刻變化的。任一時刻，控制共陰極組中陽極電壓最大的哪個管子導通，控制共陽極組中陰極電壓最低的那個管子導通。

如上圖所示，從三相交流電源正半周第一個交點處開始到負半周第一個交點處截止，a相的相電壓是最大的，b相的相電壓是最小的，所以控制VT1和VT6導通，這時負載電阻兩端的電壓為u =u -u =u ；從負半周第一個交點到正半周第二個交點，a相相電壓最大，c相相電壓最小，控制VT1和VT2導通，則電壓u =u -u =u ；從正半周第二個交點到負半周第二個交點，b相相電壓最大c相相電壓最小，控制VT3和VT2導通，則電壓u =u -u =u ；從負半周第二個交點到正半周第三個交點，b相相電壓最大a相相電壓最小，控制VT3和VT4導通，則電壓u =u -u =u ；從正半周第三個交點到負半周第三個交點，c相相電壓最大a相相電壓最小，控制VT5和VT4導通，則電壓u =u -u =u ；從負半周第三個交點到正半周第四個交點，c相相電壓最大b相相電壓最小，控制VT5和VT6導通，則電壓u =u -u =u 。到此為止電源電壓正好經過一個完整的周期，后面的工作情況就和前面一個周期相同而且循環下去。在該電路中，每個晶閘管導通的電角度都是120度，其中前60度和它前面的那個管子共同導通，后60度和它后面的那個管子共同導通，整個電路輸出電壓時一個直流電，電壓值比較大而且連續性較好。

（2）開啟電流吸收回路

在主電路中，開關S 和電阻R 組成了限流回路。剛開機時，R 串入電路，限制C 的充電電流，充電到一定程度后S 閉合將其切除。

（3）能耗電路

能耗電路由R 和V 組成，變頻調速在降速時處于再生制動狀態，電動機回饋的能量到達直流電路，需要將這部分能量消耗掉，其中制動電阻R 就是用于消耗該部分的能量的，而V 的功能是為放電電流提供通路。

（4）直-交變換

如圖所示，V1～V6組成了橋式逆變電路，這6個管子交替的接通、關斷就可以再輸出端得到一個相位互差120度的三相交流電壓。當V1、V6導通時，u 為正；當V3、V4導通時，u 為負；當V3、V2導通時u 為正；當V5、V6導通時，u 為負；當V5、V4導通時，u 為正；當V1、V2導通時，u 為負。電壓型三相全橋逆變通常采用180度導電型方波控制，每個橋臂的導電角度為180度，上下兩橋臂交替導通，三個半橋各自按照180度方波控制，但彼此在相位上互差120度，這樣，任意瞬間都有3個橋臂同時導通，每次換流都在同一相上、下兩個橋臂之間進行。