1.3 变频器的主电路的作用与特点

23.怎样理解变频器内部主电路的构成与各部分电路的作用？

（1）基本构成

“交流→直流→交流”处理方式的变频器，其内部主电路基本构成简图如图1-4所示，主要是由整流与逆变电路两个部分组成。

（2）整流滤波电路

整流滤波电路如图1-4所示中的上部电路，主要由VD1～VD6、C1与C2等组成。该电路的作用是将R、S、T端输入的、频率固定的三相交变电压，经三相整流桥（由VD1～VD6二极管构成）进行全波整流成为直流电压UD。

电容器C1与C2为滤波作用，用于将整流电路整流后输出的直流不稳定电路进行滤波后，以使提供给后级电路的直流电源中的纹波最小。

（3）逆变电路

逆变电路如图1-4所示中的下部电路，主要由VT1～VT6共6只IGBT（绝缘栅晶体管）、VD7～VD12等组成。该电路的作用是将前面整流滤波电路输出的UD直流电压，逆变成为频率和电压均可以可调的三相交流电压后，提供给电动机。

24.变频器中的电压型逆变器有哪几种控制方式？

变频器中的电压型逆变器有电压与电流两大类控制方式，这两种控制方式的主要特点有一定的差别。

25.变频器中的电压型逆变器的电压控制方式有怎样的特点？

（1）由IPM模块等组成的主电路结构

变频器中电压型逆变器，采用电压控制方式时，逆变器部分采用IPM模块、电力晶体管GTR、晶闸管GTO（可控晶闸管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）时，其主电路的典型构成方式简图如图1-5（a）所示，当需要再生时的电路如图1-5（b）所示。这类控制方式的逆变器，其通用性（不选择负载），经济性好，功率因数高。

（2）由晶闸管组成的主电路结构

变频器中电压型逆变器，采用电压控制方式时，逆变器部分采用晶闸管，其主电路的典型构成方式简图如图1-6（a）所示，当需要再生时的电路如图1-6（b）所示。这类控制方式的逆变器，其通用性好。

26.变频器中的电压型逆变器的电流控制方式有怎样的特点？

变频器中电压型逆变器，采用电流控制方式时，逆变器部分采用IPM模块、电力晶体管GTR、晶闸管GTO（可控晶闸管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）时，其主电路的典型构成方式简图与图1-5（a）所示基本相同，当需要再生时的电路如图1-6（b）所示。这类控制方式的逆变器，其相应速度快，功率因数高。

27.变频器中的电流型逆变器的电压控制方式有怎样的特点？

变频器中电流型逆变器，采用电压控制方式时，逆变器部分采用IPM模块、电力晶体管GTR、晶闸管GTO（可控晶闸管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）时，其主电路的典型构成方式简图如图1-7所示。这类控制方式的逆变器，有利于频繁加、减速。

28.变频器中的电流型逆变器的电流控制方式有怎样的特点？

变频器中电流型逆变器，采用电流控制方式时，逆变器部分采用电力晶体管GTR、晶闸管GTO（可控晶闸管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）时，其主电路的典型构成方式简图与图1-7基本相同。这类控制方式的逆变器，其相应速度快。

29.怎样理解由晶闸管构成的变频器的逆变电路基本组成？

（1）典型逆变电路

图1-8所示是由晶闸管构成的变频器的典型逆变电路。在该图中，UD为直流回路的工作电压，假设该电压的平均值UD=513V。

（2）电路元件作用

在图1-8所示电路中，各个电容器是用于使各自的晶闸管相互断开的；二极管VD1～VD6则用来隔开逆变桥的上下两个桥臂的。

30.怎样理解由晶闸管构成的变频器的逆变电路的工作基理？

（1）工作特点

在直流电路中，晶闸管导通以后是无法自行断开的。要使导通的晶闸管进入断开状态，必须在晶闸管两端加上反向电压。变频器中晶闸管逆变电路就是依据这一特点来进行工作的。

（2）工作原理

晶闸管构成的变频器的逆变电路如图1-8所示，其基本工作原理简述如下。

● 假设晶闸管VS1已经处于导通状态，此时①点的电位与直流电压正极端（P端）相同，如果VS3与VS5均处于截止状态，则②点与③ 点均为0电位。

● 假如需要关断VS1晶闸管，必须要使VS3或VS5导通，以VS3晶闸管导通为例。在VS3晶闸管导通的瞬间，② 点的电位突然上升为513V，由于电容器C1两端的电压不会突变，故①点的电位也同时上升为513V，使VS1的阴极电位高于阳极电位，进而就会使VS1晶闸管截止。

31.采用场效应管逆变驱动电路的变频器有怎样的特点？

（1）优点

采用功率场效应晶体管作为变频器的逆变器件时，由于载波频率较高，故电动机的电流波形较好，不再有电磁噪声，是一种比较理想的功率器件。

（2）缺点

由于功率场效应晶体管的额定电压与额定电流均不够大。因此，采用功率场效应晶体管作为变频器的逆变器件时，只能作为电压较低（例如220V）、容量较小的变频器件。

32.怎样理解变频器中采用绝缘栅双极型晶体管IGBT构成的驱动电路的特点？

（1）典型连接电路

由绝缘栅双极型晶体管IGBT构成的驱动电路对驱动信号的要求和由MOSFET管组成的驱动电路对驱动信号的要求基本相同，但前者组成的驱动电路基本上都实现了模块化。图1-9所示是一种使用较普遍的、型号为EXB850的模块内部电路方框图，其外部典型连接电路如图1-10所示。

（2）VT3的基极得到驱动信号

当晶体管VT3的基极得到驱动信号后，VT3导通，导致EXB850模块与脚内的光电耦合器IC1工作，使EXB850模块内部的AMP放大器输出为“+”，内部的晶体管VT1导通，控制+20V电源从EXB850模块的②脚输入，经导通的VT1→EXB850模块的③脚→限流电阻器RG→绝缘栅双极型晶体管VT4的栅极；同时，VT4的发射极经EXB850模块的①脚→稳压二极管VDW→EXB850模块的⑨ 脚→控制电源的“0V”端。

至此，绝缘栅双极型晶体管VT4的栅极与发射极之间得到正电压而导通。此时，电容器C2上被充上了上正、下负的电压，该电压的大小取决于稳压二极管的稳定电压。

（3）VT3的基极驱动信号消失

当VT3基极上的驱动信号消失后，VT3截止，导致EXB850模块与脚内的光电耦合器IC1停止工作，使EXB850模块内部的AMP放大器输出为“-”，内部的晶体管VT2导通、VT1截止。此时，绝缘栅双极型晶体管VT4的栅极G经EXB850模块的③脚→导通的VT2→EXB850模块的⑨脚→控制电源的“0V”端连接，而发射极E则和电容器C2的正极端连接，绝缘栅双极型晶体管VT4的栅极与发射极之间得到负电压而截止。

33.采用绝缘栅双极型晶体管IGBT作为逆变管的变频器有怎样的特点？

采用绝缘栅双极型晶体管IGBT作为逆变管的变频器的逆变电路和由GTR组成的逆变电路基本相同，其典型结构如图1-11所示。其主要特点归纳起来主要有以下几个方面。

（1）载波频率高

现在的许多变频器的载波频率可以在3～15 kHz的范围内任意可调，其电压波形如图1-12所示。载波频率高的结果是电流的谐波成分减小，其电流波形如图1-13所示。

（2）功率减小

由于采用绝缘栅双极型晶体管IGBT作为逆变管的变频器的逆变电路取用电流极小，几乎不会消耗功率。而采用电力晶体管GTR基极回路的取用电流多为安培级的，故这类电路消耗的功率不可忽视。

（3）瞬间停电可以不用停机

由于采用绝缘栅双极型晶体管IGBT作为逆变管的变频器的逆变电路中栅极电流极小，停电后，栅极控制电压衰减很慢，IGBT不会立即进入放大状态，故在瞬间停电后，变频器允许自动重合闸，而不会跳闸。