变频器的基本动作原理及特点
作者： 时间：2007-12-14 来源:电子元器件网 浏览评论 推荐给好友 我有问题 个性化定
制
关键词： 变频器 电源 工业控制
异步电动机用变频器传动时的框图如图1所示，整流器将交流电变为直流电，平波回路将直流电平衡，逆变器将直流电逆变为频率可调的交流电。为了电动机的调速传动所给出的操作量有电压、电流、频率。
图1 变频器的基本构成
表1将实用化的变频器按主电路方式、控制方式等分类。各种方式的组合是为了充分发挥其控制特性、适用电动机、容量范围、经济性等特点而设计制造的。
表1 逆变器的种类
作为变频器，通常采用三相逆变器。但这里为了简化电路，采用单相逆变器来说明电压型、电流型、电压控制、电流控制等逆变器的基本工作原理。{{分页}} 一、 电压型与电流型
作为主电路方式有电压型变频器和电流型变频器。电压型是将电压源的直流电变换成交流电的变频器，电流型是指将电流源的直流电变换为交流电的方式。
下面用机械开关来说明其基本动作。负载是异步电动机，采用图2(b)的等效电路（忽略IM、r1、r2），并为滞后功率因数负载。
图2 考虑了谐波的异步电动机等效电路
(一)电压型
电压型逆变器的原理图及其动作如图3所示。其中图a为单相桥式电压型逆变器，如果使开关S1~S4像图d那样导通、关断，那么负载电压u就成为矩形波交流电压，其大小等于直流电压源电压Ed，如图b中实线所示。这里假定负载电流i由于负载电感的平滑作用为正弦波交流电流，如图b中虚线所示。
图3 电压型逆变器的原理
a)电路构成 b)电压/电流波形 c)直流电流波形（瞬时功率） d)开关动作状态 现在，使开关S1、S2导通，由直流电压源Ed沿图a中①路线供给负载电流i。在时刻t1使这两个开关关断，同时使开关S3、S4导通，于是负载的无功功率就沿②路线反馈给直流电压源Ed。
考虑负载电流i和开关的动作状态，直流电流Id的波形如图c所示。另外，负载电压u与负载电流i的积为瞬时功率P，它与直流电流Id的波形相同。瞬时功率P的平均值Pa为向负载提供的有功功率。 时刻t1～t2的滞后角为正（电动状态），Pa的关系，如图4所示。
相当于异步电动机的滞后功率因数角，时为负（再生状态）。滞后角
时有功功率
与瞬时功率P及有功功率
图4 滞后角
与瞬时功率P、有功功率Pa{{分页}}
当开关采用单方向导通的半导体开关器件时，以晶体管为例，为了向电源反馈（路线②），要同晶体管反并联续流二极管。
电压型变频器的主电路构成见表1中项1～3所列，由晶闸管或二极管、晶体管构成的整流器、平波电容（用作电压源）以及逆变器组成。 (二) 电流型
电流型变频器的原理及其动作如图5所示。其中图a为单相桥式电流型逆变器。如果使开关S1～S4像图d那样导通、关断，则负载电流i就变为矩形波交流电，大小等于直流电源电流Id，如图b中实线所示。负载电压u由负载的感应电动势e决定，为正弦波形，如图b中虚线所示。
图5 电流型逆变器原理图
a)电路构成 b)输出电压电流波形 c)直流电压波形（瞬时功率）
d)S1、S2动作、S3、S4动作
现在，使开关S1，S2导通，负载电流i从电流源经图示的路线①流出。在时刻t1关断这两个开关时，因为是电流源，负载电流必须急速地反向，但是电感负载的电流不