變頻器內(nèi)部主電路結(jié)構(gòu)詳解

一、內(nèi)部主電路結(jié)構(gòu)

采用“交-直-交”結(jié)構(gòu)的低壓變頻器，其內(nèi)部主電路由整流和逆變兩大部分組成，如圖1所示。從R、S、T端輸入的三相交流電，經(jīng)三相整流橋（由二極管D1～D6構(gòu)成）整流成直流電，電壓為UD。電容器C1和C2是濾波電容器。6個(gè)IGBT管（絕緣柵雙極性晶體管）V1～V6構(gòu)成三相逆變橋，把直流電逆變成頻率和電壓任意可調(diào)的三相交流電。

圖1 變頻器內(nèi)部主電路

二、均壓電阻和限流電阻

圖1中，濾波電容器C1和C2兩端各并聯(lián)了一個(gè)電阻，是為了使兩只電容器上的電壓基本相等，防止電容器在工作中損壞（目前，由于技術(shù)的進(jìn)步，低壓（380V）變頻器的電解電容大多數(shù)可以不需要串聯(lián)使用了）。在整流橋和濾波電容器之間接有一個(gè)電阻R和一對(duì)接觸器觸點(diǎn)KM，其緣由是：變頻器剛接通電源時(shí)，濾波電容器上的電壓為0V，而電源電壓為380V時(shí)的整流電壓峰值是537V，這樣在接通電源的瞬間將有很大的充電沖擊電流，有可能損壞整流二極管；另外，端電壓為0的濾波電容器會(huì)使整流電壓瞬間降低至0V，形成對(duì)電源網(wǎng)絡(luò)的干擾。為了解決上述問(wèn)題，在整流橋和濾波電容器之間接入一個(gè)限流電阻R，可將濾波電容器的充電電流限制在一個(gè)允許范圍內(nèi)。但是，如果限流電阻R始終接在電路內(nèi)，其電壓降將影響變頻器的輸出電壓，也會(huì)降低變頻器的電能轉(zhuǎn)換效率，因此，濾波電容器充電完畢后，由接觸器KM將限流電阻R短接，使之退出運(yùn)行。

三、主電路的對(duì)外連接端子

各種變頻器主電路的對(duì)外連接端子大致相同，如圖2所示。其中，R、S、T是變頻器的電源端子，接至交流三相電源；U、V、W為變頻器的輸出端子，接至電動(dòng)機(jī)；P+是整流橋輸出的+端，出廠時(shí)P+端與P端之間用一塊截面積足夠大的銅片短接，當(dāng)需要接入直流電抗器DL時(shí)，拆去銅片，將DL接在P+和P之間；P、N是濾波后直流電路的+、-端子，可以連接制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻；PE是接地端子。

圖2 主電路對(duì)外連接端子

四、變頻系統(tǒng)的共用直流母線

電動(dòng)機(jī)在制動(dòng)（發(fā)電）狀態(tài)時(shí)，變頻器從電動(dòng)機(jī)吸收的能量都會(huì)保存在變頻器直流環(huán)節(jié)的電解電容中，并導(dǎo)致變頻器中的直流母線電壓升高。如果變頻器配備制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻（這兩種元件屬于選配件），變頻器就可以通過(guò)短時(shí)間接通電阻，使再生電能以熱方式消耗掉，稱(chēng)做能耗制動(dòng)。當(dāng)然，采取再生能量回饋方案也可解決變頻調(diào)速系統(tǒng)的再生能量問(wèn)題，并可達(dá)到節(jié)約能源的目的。而標(biāo)準(zhǔn)通用PWM變頻器沒(méi)有設(shè)計(jì)使再生能量反饋到三相電源的功能。如果將多臺(tái)變頻器的直流環(huán)節(jié)通過(guò)共用直流母線互連，則一臺(tái)或多臺(tái)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的再生能量就可以被其他電動(dòng)機(jī)以電動(dòng)的方式消耗吸收?；蛘?，在直流母線上設(shè)置一組一定容量的制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，用以吸收不能被電動(dòng)狀態(tài)電動(dòng)機(jī)吸收的再生能量。若共用直流母線與能量回饋單元組合，就可以將直流母線上的多余能量直接反饋到電網(wǎng)中來(lái)，從而提高系統(tǒng)的節(jié)能效果。綜上所述，在具有多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)中，選用共用直流母線方案，配置一組制動(dòng)單元、制動(dòng)電阻和能量回饋單元，是一種提高系統(tǒng)性能并節(jié)約投資的較好方案。

圖3所示為應(yīng)用比較廣泛的共用直流母線方案，該方案包括以下幾個(gè)部分。

圖3 變頻器的公用直流母線

1.三相交流電源進(jìn)線

各變頻器的電源輸入端并聯(lián)于同一交流母線上，并保證各變頻器的輸入端電源相位一致。圖3中，斷路器QF是每臺(tái)變頻器的進(jìn)線保護(hù)裝置。LR是進(jìn)線電抗器，當(dāng)多臺(tái)變頻器在同一環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，相鄰變頻器會(huì)互相干擾，為了消除或減輕這種干擾，同時(shí)為了提高變頻器輸入側(cè)的功率因數(shù)，接入LR是必須的。

2.直流母線

KM是變頻器的直流環(huán)節(jié)與公用直流母線連接的控制開(kāi)關(guān)。FU是半導(dǎo)體快速熔斷器，其額定電壓可選700V，額定電流必須考慮驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)或制動(dòng)時(shí)的最大電流，一般情況下，可以選擇額定負(fù)載電流的125%。

3.公共制動(dòng)單元和（或）能量回饋裝置

回饋到公共直流母線上的再生能量，在不能完全被吸收的情況下，可通過(guò)共用的制動(dòng)電阻消耗未被吸收的再生能量。若采用能量回饋裝置，則這部分再生能量將被回饋到電網(wǎng)中，從而提高節(jié)能的效率。

4.控制單元

各變頻器根據(jù)控制單元的指令，通過(guò)KM將其直流環(huán)節(jié)并聯(lián)到共用直流母線上，或是在變頻器故障后快速地與共用直流母線斷開(kāi)。

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