学习情境2：变频器的结构、原理分析-2
变频器结构及工作原理
变频器结构及工作原理引言：随着现代工业的发展，越来越多的机械设备需要实现电机的调速控制。
而变频器作为一种常见的电机调速方案，被广泛应用于各行各业。
本文将介绍变频器的结构及其工作原理。
一、变频器的结构变频器是由多个模块组成的复杂电子装置。
其主要结构包括：整流器、滤波器、逆变器、控制电路和电源。
1. 整流器整流器是将交流电转换为直流电的部分。
在变频器中，通常采用整流器将供电网络中的交流电转换为直流电，并提供给逆变器模块使用。
2. 滤波器滤波器主要用于过滤整流后的直流电，降低其纹波电压，保证逆变器模块正常工作。
常用的滤波器有电解电容滤波器和电感滤波器。
3. 逆变器逆变器是变频器中最重要的模块之一，其功能是将直流电转换为交流电。
逆变器通过控制开关管的导通和截止，来产生不同频率、不同幅值的交流电供电给电机。
4. 控制电路控制电路是变频器中的大脑，负责接收用户输入的指令，对逆变器进行精确的控制。
控制电路通常采用微处理器作为控制核心，通过运算和控制算法实现对逆变器的精确控制。
5. 电源电源模块主要为整个变频器提供电源能量，保证变频器的正常运行。
电源模块通常输入交流电，并通过整流器和滤波器将其转换为直流电供其他模块使用。
二、变频器的工作原理变频器主要基于PWM技术实现电机调速。
其工作原理可以分为以下几个步骤：1. 输入信号处理变频器接收用户输入的调速指令，并经过处理后，转换为数字信号。
通常，用户通过面板或者外部接口输入频率、电流等调速指令。
2. 控制算法运算变频器的控制电路根据用户的输入信号，结合内部预设的控制算法进行运算。
运算结果会被转换为控制逆变器的PWM信号。
3. PWM信号生成控制电路用于生成PWM（脉冲宽度调制）信号，根据算法计算的结果控制开关管的导通和截止，调整逆变器输出的合适频率和幅值。
4. 逆变器输出逆变器根据PWM信号的控制，将直流电转换为特定频率、幅值的交流电。
这样，通过调整PWM信号的频率和幅值，就可以实现对电机的精确调速控制。
变频器的硬件结构及工作原理
整流单元
将交流电转换为直流电，为逆 变电路提供可控电压。
电容器
用于存储电能和过滤电路中的 噪声。
变频器的输出电路
1 逆变器
将直流电转换为可变频 率的交流电。通过调整 输出频率和电压，控制 电动机的转速。
2 电机
将变流器输出的交流电 供给电机，驱动电动机 运转。
3 输出滤波器
过滤电动机中的谐波和 电磁干扰，确保电动机 平稳运行。
控制电路
4
电动机平稳运行。
对变频器进行控制和监控，确保其正 常工作。
工作原理
变换
通过电路将输入电流转换为可控输出电流。
控制
通过控制电路调整输出频率和电压，控制电 动机的转速。
调制
将直流电调制成可变频率的交流电。
保护
采用保护电路防止故障和过载情况，保护变 频器和电动机。
变频器的输入电路
电源选择器
选择适配于变频器的电源，稳 定电压和电流。
水泵
控制水泵的流量和压力，节省 能源和水资源。
变频器的控制电路
主控制单元
控制整个变频器的工作，包 括频率，转速，以及其他特 定参数。
信号处理器
处理输入信号，并将其转换 为电压和电流的参考值。
速度反馈
测量电动机的当前转速，并 将信号反馈给变频器，实现 闭环控制。
变频器的保护电路
过载保护 短路保护 过压保护 欠压保护
当电动机超过额定负载时，自动降低输出频 率，避免过载。
检测电机是否出现短路情况，并及时切断电 源，保护电动机和变频器。
当输入电压高于正常工作范围时，自动切断 电源，避免损坏电动机。
当输入电压低于正常工作范围时，自动切断 电源，避免电动机无法正常运行。
变频器基本结构
变频器基本结构一、引言随着工业自动化的不断发展，变频器在工业生产中的应用越来越广泛。
变频器是一种能够将交流电源转换为可调节频率、可调节电压的设备，被广泛应用于风机、水泵、压缩机等各种设备中。
本文将介绍变频器的基本结构。
二、变频器的基本原理1. 变频器的作用变频器主要作用是将固定电压、固定频率的交流电源通过整流、滤波等电路转换成直流电，然后再通过逆变器将直流电转换成可调节的交流电，从而控制驱动设备转速和功率。
2. 变频器的组成部分（1）整流桥：将交流电源转换成直流电。
（2）滤波电路：对直流电进行滤波处理，使其更加稳定。
（3）逆变桥：将直流电转换成可调节的交流电。
（4）控制部分：对逆变桥进行控制，从而实现对驱动设备转速和功率的控制。
三、变频器的基本结构1. 整流桥整流桥由四个二极管组成，可以将三相交流电转换成直流电。
其中，每个二极管的正极连接在三相交流电的一个相位上，负极连接在直流电汇流条上。
2. 滤波电路滤波电路主要由电容器和电感器组成，可以对整流后的直流电进行滤波处理，使其更加稳定。
3. 逆变桥逆变桥由四个可控硅（或晶闸管）组成，可以将直流电转换成可调节的交流电。
其中，每个可控硅的正极连接在直流电汇流条上，负极连接在逆变输出端口上。
4. 控制部分控制部分主要由微处理器、驱动芯片、传感器等组成。
微处理器负责对逆变桥进行控制，驱动芯片负责将微处理器输出的信号转换成可控硅或晶闸管的触发信号，传感器则用于检测驱动设备的运行状态。
四、变频器的工作原理1. 变频器输入端变频器输入端接受三相交流电源供给，并通过整流和滤波处理后输出稳定的直流电。
2. 变频器输出端变频器输出端通过逆变桥将直流电转换成可调节的交流电，从而控制驱动设备的转速和功率。
3. 变频器控制变频器通过微处理器对逆变桥进行控制，从而实现对驱动设备转速和功率的控制。
同时，传感器可以检测驱动设备的运行状态，并将相关信息反馈给微处理器。
五、总结本文介绍了变频器的基本原理和组成部分，详细介绍了变频器的整流桥、滤波电路、逆变桥和控制部分等组成部分。
变频器工作原理讲解
变频器工作原理讲解变频器是一种用来控制交流电动机转速的设备，广泛应用于工业生产中。
它通过改变电机输入的频率和电压，可以实现电机的调速运行，从而满足不同工况下的需求。
在本文中，我们将深入探讨变频器的工作原理，帮助读者更好地理解这一关键设备。
变频器的组成变频器主要由整流器、滤波器、逆变器和控制系统组成。
整流器将交流电源转换为直流电，滤波器用于平滑输出的直流电，逆变器将直流电转换为可控的交流电，而控制系统则控制逆变器的工作，实现对电机转速的调节。
变频器的工作原理1.整流器阶段：在整流器阶段，交流电源的输入被转换为直流电，并通过滤波器得到平稳的直流电。
这一阶段的作用是将交流电源转换为直流电，为逆变器阶段提供稳定的电源。
2.逆变器阶段：在逆变器阶段，直流电被转换为可控的交流电。
逆变器根据控制系统的信号，调节输出的频率和电压，从而控制电机的转速。
逆变器是变频器的关键部分，决定了电机的性能和运行效果。
3.控制系统：控制系统监测电机的运行状态，根据实际需求调节逆变器的输出。
控制系统可以根据外部输入的信号，实现速度、转矩等参数的闭环控制，确保电机的稳定运行。
变频器的优势1.节能降耗：变频器能够根据实际负载需求，调节电机的转速和电流，降低电机运行时的功耗，实现节能效果。
2.调速灵活：变频器可以灵活调节电机的转速，适应不同的工况需求，提高生产效率和产品质量。
3.减少电网冲击：通过变频器控制电机的启动和停止过程，减少电网冲击，延长设备的使用寿命。
结语变频器作为一种重要的电气控制设备，在工业生产中发挥着关键作用。
通过本文对变频器的工作原理进行讲解，希未读者能够更好地理解变频器的工作过程和优势，为实际应用提供参考。
在日后的工程实践中，可以根据需求选择合适的变频器，并合理应用于生产中，实现节能、高效的生产目标。
INV 基本原理
2013-8-12 30
通用变频器原理及应用
2.6
前言：
矢量控制变频器原理简介
前述的U/f控制类型的通用变频器，其控制方式是建立 在异步电机静态数学模型基础上的，动态性能不高。为适应
检测电路，当电压过高时，通过泵升限制保护环节，使开关
管Vb导通，使电机制动时释放的电能在电阻Rb上消耗掉。
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通用变频器原理及应用
3．进线电抗器
由于整流桥后面接有一个容量很大的电容，在整流时，
只有当整流电压大于电容电压时，才会有电流，造成电流断 续，这样电源供给整流电路的电流中会含有较多的谐波成分， 对电源造成不良影响（使电压波形畸变，变压器和线路损耗 增加），因此在进线处增设进线电抗器Lin。 4．温度检测
型)交流变压变频电路原理图 2013-8-12
7
通用变频器原理及应用
2.4.3 SPWM脉宽调制原理
PWM脉宽调制的方式很多：
由调制脉冲(调制波)的极性可分为单极性和双极性；
由参考信号和载波信号的频率关系可分为同步调制方
式和异步调制方式。
参考信号为正弦波的脉冲宽度调制叫做正弦波脉冲宽
度调制（SPWM）。
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通用变频器原理及应用
可见，输出的调制波是幅值不变、等距但不等宽的脉冲
序列。SPWM调制波的脉冲宽度基本上呈正弦分布，其各脉冲
在单位时间内的平均值的包络线接近于正弦波，其调制波频 率越高，谐波分量越小。如图2-26所示。
图2-26
单极性单相SPWM调制波形分析（3）
变频器的工作原理
变频器的工作原理一、引言变频器是一种用于控制电动机转速的电子设备。
它通过改变电源频率和电压来控制电动机的转速，广泛应用于工业生产和机械设备中。
本文将详细介绍变频器的工作原理及其相关知识。
二、变频器的基本结构1. 电源模块：负责将交流电源转换为直流电源，并提供给后续的电路模块。
2. 整流模块：将直流电源转换为可控直流电压，用于供电给逆变模块。
3. 逆变模块：将直流电压转换为可调节的交流电压和频率，用于驱动电动机。
4. 控制模块：接收外部控制信号，通过控制逆变模块的输出电压和频率，实现对电动机转速的精确控制。
三、变频器的工作原理1. 电源模块工作原理：变频器的电源模块主要由整流桥和滤波电路组成。
整流桥将交流电源的正负半周分别整流为正向和反向的脉冲电流，然后通过滤波电路将脉冲电流转换为平滑的直流电压。
2. 整流模块工作原理：变频器的整流模块主要由可控整流器和滤波电路组成。
可控整流器通过控制晶闸管的导通角度来调节输出直流电压的大小，滤波电路则用于平滑输出的直流电压。
3. 逆变模块工作原理：变频器的逆变模块主要由逆变器和输出滤波电路组成。
逆变器通过控制功率晶体管的开关状态，将直流电压转换为可调节的交流电压和频率。
输出滤波电路则用于滤除逆变器输出的高频噪声，使输出电压更加平滑。
4. 控制模块工作原理：变频器的控制模块接收外部控制信号，如转速设定值、启停信号等。
控制模块通过调节逆变模块的输出电压和频率来控制电动机的转速。
控制模块还可以实现其他功能，如故障保护、过载保护等。
四、变频器的优势和应用1. 优势：- 节能：变频器可以根据实际负载需求调整电动机的转速，避免不必要的能量浪费。
- 调速范围广：变频器可以实现电动机的无级调速，适应不同工况的需求。
- 启动平稳：变频器可以通过逐渐增加输出电压和频率，实现电动机的平稳启动，避免机械设备的冲击和损坏。
- 提高生产效率：变频器可以精确控制电动机的转速和运行状态，提高生产过程的稳定性和效率。
变频器的基本结构和工作原理
变频器的基本结构和工作原理变频器是一种将电源频率变换为所需频率的电子设备。
它可将固定频率（如50Hz或60Hz）的交流电源转换为可调节频率的交流电源，以驱动各种不同频率的电动机。
变频器主要由整流器、滤波器、逆变器和控制电路组成。
1.整流器：变频器的整流器将输入的交流电源转换为直流电源。
它通常采用晶闸管整流电路或采用了桥式整流器电路。
整流器主要目的是将交流电源转换为直流电源，以便后续电路的工作。
2.滤波器：滤波器用于去除整流器输出的脉动直流电源中的高频噪音和杂散波，使其变得更加平稳。
常见的滤波器包括电感滤波器和电容滤波器，它们通常结合使用以达到更好的滤波效果。
3.逆变器：逆变器是变频器的核心部分，它将直流电源转换为可调节频率的交流电源。
逆变器通常包括大量的功率开关管（如IGBT或MOSFET）和驱动电路。
通过对功率开关管的控制，逆变器能够精确地控制输出电压和频率。
4.控制电路：控制电路是变频器的智能部分，它负责监测输入的信号和驱动逆变器的工作。
控制电路通常由微处理器和其他数字和模拟电路组成。
它可以根据用户设定的参数和反馈信号，调整逆变器的输出频率和电压，以实现对电动机的精确控制。
变频器的工作原理如下：1.输入电源经过整流器转换为直流电源。
2.直流电源通过滤波器去除脉动和杂散波。
3.控制电路接收用户设定的参数和反馈信号，计算出逆变器的控制信号。
4.逆变器根据控制信号控制功率开关管的通断，将直流电源转换为可调节频率的交流电源。
5.输出的交流电源经过滤波器去除脉动和杂散波，供电给电动机驱动。
变频器可以实现对电动机的速度和转矩进行精确调节，从而使得电动机在不同的负载和工况下工作更加高效和稳定。
它在工业自动化中广泛应用于各种设备和系统，如风机、水泵、压缩机等。
变频器的应用能够降低能源消耗，提高生产效率，并减少电动机的磨损和噪音。
变频器各部分的原理
变频器各部分的原理
变频器是一种电子设备，用于将电源输入的交流电转换成可调频率的交流电输出。
它主要由以下几个部分组成：
1. 整流器：变频器的输入是交流电，而输出一般是直流电。
整流器的作用是将输入的交流电转换为直流电，以供后续电路使用。
2. 滤波器：由于输入电源的交流电存在纹波，需要通过滤波器将纹波进行滤除，以保证输出的直流电的稳定性和质量。
3. 逆变器：逆变器是变频器的核心部分，它将直流电转换为可调频率的交流电输出。
逆变器一般使用可控硅、晶体管或功率电子器件作为开关元件，通过控制开关的开关状态和频率，控制输出电压和频率的大小。
4. 控制电路：变频器的控制电路是对逆变器和其他电路进行控制和调节的部分。
它根据输入的控制信号和反馈信号，控制逆变器的开关元件的开关状态和频率，以实现所需的输出电压和频率。
5. 驱动电路：驱动电路主要用于驱动逆变器开关元件的工作，提供足够的电流和电压，以保证开关元件的可靠工作。
总之，变频器通过整流、滤波、逆变和控制等部分的合作，实现了将输入交流电
转换为可调频率的交流电输出的功能。
不同类型的变频器可能还有其他特殊的部分，如保护电路、输出滤波器等。
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图2-21
交-直-交变压变频电路的原理图
2012-6-20
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通用变频器原理及应用
在交-直-交变压变频器中，又可分为电流源型和电压
源型。电流源型的变频器如图2-22 a所示,电压源型的变频
器如图2-22 b所示。
图2-22 电流型变频器和电压型变频器
波) → 驱动电路模块 → 主电路(IGBT管三相逆变电路) →
三相异步电动机(实现了VVVF调速)。
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通用变频器原理及应用
2.5.2 单片微机控制的IGBT-SPWM-VVVF交流调速系统原理框图 单片微机控制的IGBT-SPWM-VVVF交流调速系统原理框
图2-26
单极性单相SPWM调制波形分析（3）
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通用变频器原理及应用
2. 双极性脉宽调制 双极性脉宽调制方式的特征是：参考信号和载波信号均
为双极性信号。 在双极性SPWM方式中，参考信号为对称可调频、调幅的 单相或三相正弦波，由于参考信号本身具有正负半周，无需 反向器进行正负半波控制。双极性SPWM的调制规律相对简单，
2.4.3 SPWM脉宽调制原理
PWM脉宽调制的方式很多：
由调制脉冲(调制波)的极性可分为单极性和双极性；
由参考信号和载波信号的频率关系可分为同步调制方
式和异步调制方式。
参考信号为正弦波的脉冲宽度调制叫做正弦波脉冲宽
度调制（SPWM）。
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通用变频器原理及应用
图2-32
单片微机控制的IGBT-SPWM-VVVF交流调速系统原理框图
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通用变频器原理及应用
1. 限流电阻R0和短接开关S
由于中间直流电路并联着容量很大的电容器，在突加电
源时，电源通过二极管整流桥对电容充电（突加电压时，电 容相当于短路），会产生很大的冲击电流，使元器件损坏。 为此在充电回路上，设置电阻R0（或电抗器）来限制电流。 待电源合上，起动过渡过程结束以后，为避免R0上继续消耗
换成交流电的要求。
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通用变频器原理及应用
图2-23 单相IGBT-SPWM(电压型)交流变压变频电路原理图
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通用变频器原理及应用
4．开通延时器
它是使待导通的IGBT管在换相时稍作延时后再驱动（待
桥臂上另一IGBT完全关断。这是为了防止桥臂上的两个IGBT 管在换相时，一只没有完全关断．而另一只却又导通形成同 时导通，造成短路。 5．其他环节 此系统还设有过电压、过电流等保护环节以及电源、显 示、报警等辅助环节（图中未画出）但此系统未设转速负反 馈环节，因此是一个转速开环控制系统。
2
通用变频器原理及应用
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知识目标： 1、了解矢量控制变频器基本原理； 2、认识通用变频器在采用不同分类方法的各类型变频器的特性； 3、掌握通用变频器的基本结构、原理； 4、掌握通用变频器的SPWM控制的实现和优势。 能力目标： 1、掌握IGBT-SPWM-VVVF交流调速系统组成。
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通用变频器原理及应用
※ 结论：
经过对uC和uT的逐点比较，可得到如图2-27所示的调制
波形。此波形的特点是：
1) 在每半周中，电压的极性有正、有负，所以它是双
极性的。 2) 它的波形是等幅值、中心线等距离的正、负方波； 对应的参考信号(正弦波)瞬时值较大的点，则正、负方波脉 冲宽度的差值愈大（在零点处，正、负方波脉冲的宽度将相 等），因此，这是调制波。
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通用变频器原理及应用
图2-30
模拟式IGBT-SPWM-VVVF交流调速系统原理框图
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通用变频器原理及应用
1．给定环节
且不需分正负半周。
仍以单相为例，双极性SPWM的调制规律如图2-27所示：
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通用变频器原理及应用
图2-27 双极性单相SPWM波形分析（1）
a) 信号波与载波的比较
b) 双极性Leabharlann PWM波形2012-6-20
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通用变频器原理及应用
因为SPWM波的基波频率取决于正弦信号波的频率， SPWM的基波的幅值取决于在弦信号波的幅值。
U/f函数发生器的功能就是在基频以下，产生一个与频
率f1成正比的电压，作为正弦信号波幅值的给定信号，以 实现恒压频比（U/f＝恒量）的控制。在基频以上，则使U 为一恒量，以实现恒压（弱磁升速）控制。
图如图2-32所示。
此系统的特点是采用单片微机来进行控制，主要通过 软件来实现变压变频控制、SPWM控制和发出各种保护指令 （包含着上例中各单元的功能）。SPWM发生器可采用专用 的集成电路芯片，也可由微机的软件来实现。
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新的发展领域，目前PWM已成为现代变频器产品的主导设计 思想。
本节主要讲解“二极管整流器-IGBT逆变器”构成的
“交-直-交变压变频电路”。
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通用变频器原理及应用
2.4.1 PWM电路的组成
由“二极管整流器-IGBT逆变器”构成的“交-直-交变 压变频电路”的原理图如图2-21所示。
感(如电动机绕组的电感)的滤波作用下，可以获得与正弦基
波基本相同的正弦电流。 采用SPWM控制，逆变器相当一个可控的功率放大器。
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通用变频器原理及应用
2.5 IGBT-SPWM-VVVF交流调速系统
2.5.1 采用模拟电路的IGBT-SPWM-VVVF交流调速系统原理框图 模拟式IGBT-SPWM-VVVF交流调速系统原理框图如图230所示。 系统主电路为由三相二极管整流器-IGBT逆变器组成的 电压型变频电路。供电对象为三相异步电动机。IGBT采用 专用驱动模块驱动。SPWM发成电路的主体是，由正弦波发 生器产生的正弦信号波，与三角波发生器产生的载波，通 过比较器比较后，产生正弦脉宽调制波（SPWM波）。以上 这此部件的工作原理已在前面中做了介绍，现对其它环节 做一简单说明。 2012-6-20
2、掌握SPWM、矢量调制方式下V/F曲线测定方法。
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通用变频器原理及应用
2.4 通用变频器中的逆变器及其PWM控制
前言：
脉宽调制（PWM）变频的设计思想，源于通信系统中的
载波调制技术。PWM变频器的应用，为近代变频技术开辟了
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通用变频器原理及应用
图2-28
双极性三相SPWM波形分析（2）
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图2-29
双极性三相SPWM波形分析（3）
单极性单相SPWM调制波形分析（2） a) 正弦波 b) SPWM波
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通用变频器原理及应用
可见，输出的调制波是幅值不变、等距但不等宽的脉冲
序列。SPWM调制波的脉冲宽度基本上呈正弦分布，其各脉冲
在单位时间内的平均值的包络线接近于正弦波，其调制波频 率越高，谐波分量越小。如图2-26所示。
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通用变频器原理及应用
3) 调制波的基波与参考信号波是同频率的正弦波，而
且它的幅值也取决于参考信号波的幅值。
4) 综上所述，改变参考信号电压的频率，即可改变逆 变器输出基波的频率(频率可调范围一般为0～400Hz)；改变 参考信号电压的幅值，便可改变输出基波的幅值。 5）载波信号的频率比较高(可达15kHz以上)，在负载电