变频器变频原理 一文彻底搞懂变频器工作原理

如果你想做好变频器的维护，当然了解变频器的基础知识很重要，等不及了。大家来分享一下变频器维护的基础知识。看完，如有不妥，请指正。如果你觉得支持我可以，给我一些鼓励！变频器维修入门-电路分析图对于变频器维修来说，仅仅了解以上基本电路是远远不够的，还要对以下主要电路有深入的了解。主电路主要由整流电路、限流电路、滤波电路、制动电路、逆变电路和检测采样电路组成。下图是它的结构图。

图1.1

变频器基本电路图分析

目前，绝大多数通用变频器都是交流-DC-交流变频器，尤其是电压型变频器。其主电路图(见图1.1)是变频器的核心电路，由整流电路(交流-DC交换)、DC滤波电路(耗能电路)和逆变电路(DC-交流转换)组成，当然还包括限流电路、制动电路、控制电路等部件

图1.2

1)整流电路

如图1.2所示，一般变频器的整流电路由三相桥式整流桥组成。其功能是对工频电源进行整流，经中间DC环节平滑后，为逆变电路和控制电路提供所需的DC电源。三相交流电源通常需要通过吸收电容和变阻器网络引入整流桥的输入端。网络的作用是吸收交流电网的高频谐波信号和浪涌过电压，避免损坏变频器。当电源电压为三相380V时，整流器件的最大反向电压一般为1200-1600 V，最大整流电流为变频器额定电流的两倍。

2)滤波电路

逆变器的负载是带感性负载的感应电机。无论感应电动机是处于发电还是发电状态，在DC滤波电路和感应电动机之间总会有无功功率的交换，并且该无功能量将被DC中间电路的储能元件缓冲。同时，三相整流桥输出的电压和电流属于DC脉冲电压和电流。为了减小DC电压和电流的波动，DC滤波电路对整流电路的输出进行滤波。

一般变频器的DC滤波电路的大容量铝电解电容器，通常是由几个电容器串联、并联组成一个电容器组，以获得所需的耐压值和容量。此外，由于电解电容器的容量具有很大的离散性，会使其与电压不相等。因此，电容器应与等相电阻的均压电阻并联，以消除离散性的影响，因此电容器的寿命将严重制约变频器的寿命。

3)逆变器电路

逆变电路的作用是在控制电路的作用下，将DC电路输出的DC功率转换成频率和电压可以任意调节的交流功率。逆变电路的输出就是变频器的输出，所以逆变电路是变频器的核心电路之一，起着非常重要的作用。

最常见的逆变电路结构是由六个功率开关器件(GTR、IGBT、GTO等)组成的三相桥式逆变电路。)，定时控制逆变器中功率开关器件的通断，可以获得任意频率的三相交流输出。

一般中小容量变频器的主电路器件一般采用集成模块或智能模块。智能模块高度集成了整流模块、逆变模块、各种传感器、保护电路和驱动电路。如三菱公司生产的IPMPM50RSA120，富士公司生产的7MBP50RA060，西门子公司生产的BSM50GD120等。，内部集成了整流模块、功率因数校正电路、IGBT逆变模块以及各种检测和保护功能。该模块的典型开关频率为20KHz，保护功能是在欠压、过压和过热故障时输出故障信号灯。

逆变器电路中有续流电路。续流电路的作用是，当频率降低时，异步电动机的同步速度也降低。它为异步电动机的再生电能反馈到DC电路提供了一个通道。在逆变过程中，寄生电感释放能量提供通道。此外，当位于同一桥臂上的两个开关同时处于导通状态时，会发生短路，并烧毁转换器设备。因此，在实际的通用变频器中还提供了各种相应的辅助电路，如缓冲电路，以保证电路的正常运行，并在意外情况下保护换向装置。

4)驱动电路

在驱动电路中，主控电路中CPU产生的六路PWM信号经过光电隔离和放大，然后作为逆变器件(逆变模块)提供驱动信号。

驱动电路的要求因不同的转换器设备而异。同时，一些开发人员开发了许多适用于各种转换器设备的特殊驱动模块。一些品牌和型号的变频器直接使用特殊的驱动模块。然而，大多数变频器使用驱动电路。从维修的角度，这里介绍一个典型的驱动电路。图2为普通驱动电路(驱动电路电源见图2.3)。

驱动电路由隔离放大电路、驱动放大电路和驱动电路电源组成。三个上桥臂驱动电路是三个独立的驱动电源电路，三个下桥臂驱动电路是一个公共的驱动电源电路。

5)保护电路

变频器出现异常时，为了将异常造成的损失降到最低甚至为零。每一个品牌的变频器都非常重视保护功能，并努力增加保护功能，提高保护功能的有效性。

在变频器保护功能领域，厂家可以不遗余力做好文章。这样就形成了逆变器保护电路的多样性和复杂性。有常规检测保护电路和软件综合保护功能。一些逆变器驱动电路模块、智能电源模块、整流器逆变器组合模块等。，都有内部保护功能。

图4所示电路是典型的过电流检测和保护电路。它由电流采样、信号隔离放大和信号放大输出组成。

6)开关电源电路

开关电源电路为操作面板、主控板、驱动电路和风扇提供低压电源。图5富士G11开关电源电路结构图。

DC高压P端连接到高频脉冲变压器的一次端，开关调节管串联到脉冲变压器的另一次端，然后连接到DC高压N端。开关管周期性地接通和断开，使得初级DC电压变成矩形波。它通过脉冲变压器耦合到次级，经过整流和滤波，得到相应的DC输出电压。它对输出电压进行采样和比较，控制脉宽调制电路，通过改变脉宽来稳定输出电压。

7)主控板上的通信电路

当变频器由可编程逻辑控制器(PLC)或主机、人机界面等控制时。信号必须通过通信接口相互传输。图6是LG变频器的通讯接口电路。

双线RS485接口通常用于频率通信。西门子变频器也是一样。两条线路分别用于发送和接收信号。变频器接收到信号后，先经过缓冲器A1701、75176B等集成电路，再进行信号传输，以保证良好的通信效果。

所以变频器主控板上的通信接口电路主要是指这部分电路和信号的抗干扰电路。

8)外部控制电路

变频器的外部控制电路主要是指频率设定电压输入、频率设定电流输入、正转、反转、点动和停止运行控制、多速控制。频率设定电压(电流)输入信号通过变频器中的A/D转换电路进入CPU。其他控制通过变频器中输入电路的光耦隔离传输给CPU。

在下面的文章中，我上传了变频器的维护知识给大家分享！

根据大家对我的提议和支持，我现在给大家贡献一些变频器的基础知识。

变换器开关电源电路主要包括输入电网滤波器、输入整流滤波器、变换器、输出整流滤波器、控制电路和保护电路。我公司的开关电源电路如下图所示，是由UC3844组成的开关电路。开关电源主要有以下特点:1。体积小重量轻:由于没有功率变频器，体积和重量吸收20 ~ 30%的线性电源；2.低功耗高效率:功率晶体管工作在开关状态，所以晶体管上功耗小，转换效率高，一般为60~70%，而线性电源低。

二极管限制电路

限幅器是一种具有非线性电压传输特性的运算放大器电路。其特征是当输入信号电压在一定范围内时，电路处于放大倍数恒定的线性放大状态，超出这个范围就进入非线性区域，放大倍数接近于零或者很低。逆变器电路设计中的要求也很高，了解它对于做好逆变器维修技师也很重要。1.二极管并联限制器的电路图如下:

2.二极管串联限幅电路如下图所示:

9)逆变器控制电路的组成

如下图所示，控制电路由以下电路组成:频率电压运算电路、主电路电压电流检测电路、电机转速检测电路、放大运算电路控制信号的驱动电路、逆变器和电机保护电路。

在图1的点划线中，非速度检测电路是开环控制。控制电路中增加了速度检测电路，即增加了速度指令，可以在更精确的闭环控制中控制异步电机的速度。

1)运算电路将速度和转矩等外部指令与检测电路的电流和电压信号进行比较，确定逆变器的输出电压和频率。

2)电压电流检测电路与主电路电位隔离，检测电压电流。3)驱动电路是用于驱动主电路器件的电路，与控制电路隔离，以导通和关断主电路器件。

4) I/O输入输出电路为了更好的实现变频器的人机交互，变频器有各种输入信号的输入信号(如运算、多速运算等)。)和输出信号的各种内部参数(如电流、频率、保护动作驱动等。).

5)速度检测电路接收速度检测器(TG、PLG等)的信号。)作为速度信号安装在异步电机轴上，并送入运行电路，使电机按照指令和操作以指令速度运行。

6)保护电路检测电压、电流等。主电路的。当发生过载或过压时，为了防止变频器和异步电机损坏，变频器停止工作或抑制电压和电流值。

逆变器控制电路中的保护电路可分为逆变器保护和异步电机保护。保护功能如下

HCPL-316J变频器驱动电路的特点HCPL-316J是安捷伦公司生产的IGBT门驱动光耦。其内部集成的集电极-发射极电压不饱和检测电路和故障状态反馈电路为驱动电路的可靠运行提供了保证。其特点是:兼容CMOS/TYL级；光学隔离，故障状态反馈；最大切换时间为500ns；关掉“软”IGBT；不饱和检测和欠压闭锁保护；过流保护功能；工作电压范围宽(15 ~ 30v)；用户可以配置自动复位和自动关机。数字信号处理器和耦合器的结合实现了IGBT驱动，使IGBT VCE不饱和检测结构紧凑、成本低、易于实现，满足了广泛的安全和调节需求。HCPL-316J HCPL-316J保护功能的实现内置丰富的IGBT检测和保护功能，使得驱动电路的设计更加方便、安全、可靠。

欠压闭锁保护(UVLO)和过流保护的工作原理详述如下:

(1)IGBT欠压闭锁保护(UVLO)功能

在上电过程中，芯片的电源电压从0V逐渐上升到最大值。如果此时芯片的输出会导致IGBT的栅极电压过低，那么它将工作在线性放大区域。HCPL316J芯片的UVLO功能可以解决这个问题。当VCC和VE之间的电压值小于12V时，它输出一个低电平，以防止IGBT因线性工作区过热而烧毁。原理图见图1中含有UVLO的部分。

图1 hcpl-316j内部示意图

(2)IGBT过流保护功能

HCPL-316J对IGBT具有过流保护功能，通过检测IGBT的导通压降来实现保护动作。从图中还可以看出，里面有一个固定的7V电平。当检测电路工作时，它将检测到的IGBT正负两极之间的电压降与内置的7V电平进行比较。当超过7V时，HCPL-316J芯片输出低电平以关闭IGBT。同时，误差检测信号通过片上光耦反馈到输入侧，以便采取相应的解决方案。IGBT关闭时，C ~ E极间的电压必须超过7V，但此时过流检测电路失效，HCPL-316J芯片不会报告故障信号。事实上，由于二极管的管压降，当IGBT的C ~ E电极之间的电压小于7V时，芯片采取保护动作。

整个电路板充当光耦合器隔离放大器电路。其核心部分是芯片HCPL-316J，其中控制器(DSP-TMS320F2812)产生XPWM1和XCLEAR*信号并输出到HCPL-316J，而HCPL-316J产生的IGBT故障信号FAULT*则发送到控制器。同时，在芯片的输出端连接了由NPN和PNP组成的推挽输出电路，以提高输出电流能力，满足IGBT驱动要求。

当HCPL-316J的输出端VOUT为高电平时，推挽电路的上管(T1)导通，下管(T2)截止，三端稳压块LM7915的输出端加到IGBT门(VG1)，IGBT VCE为15V，IGBT导通。当HCPL-316J的输出端VOUT为低电平时，上管(T1)关断，下管(T1)导通，VCE为-9V，IGBT关断。以上是IGBT的开机关机过程。