高压变频器功率单元概要
高压变频器功率单元工作原理
高压变频器功率单元工作原理一、引言高压变频器功率单元是工业生产中常用的一种电力设备，其主要作用是将电能转换为机械能，实现工业生产中的各种动力需求。
本文将从以下几个方面详细介绍高压变频器功率单元的工作原理。
二、高压变频器功率单元概述高压变频器功率单元是由多个模块组成的电力设备，包括整流模块、滤波模块、逆变模块等。
其中整流模块用于将交流电转换为直流电，滤波模块用于对直流电进行滤波处理，逆变模块则负责将直流电转换为交流电。
这些不同功能的模块通过控制系统进行协调和控制，实现高压变频器功率单元的正常运行。
三、整流模块工作原理整流模块主要由桥式整流器和控制回路组成。
桥式整流器通过将交流输入信号分别经过两个二极管进行整流，并通过滤波电容对输出信号进行平滑处理，最终输出稳定的直流信号。
控制回路则负责对桥式整流器进行控制，在输入信号出现异常时及时进行保护。
四、滤波模块工作原理滤波模块主要由电容器和电感器组成。
在整流模块输出的直流信号中，仍然存在一定的脉动，会对逆变模块产生影响。
滤波模块通过对直流信号进行滤波处理，消除其中的脉动信号，使得输出信号更加平稳。
五、逆变模块工作原理逆变模块主要由晶闸管和控制回路组成。
在输入直流信号经过滤波处理后，逆变模块将直流信号转换为交流信号，并通过控制回路对输出交流信号进行调节。
晶闸管是逆变模块中最重要的元件之一，在控制回路的作用下，可以实现对输出交流信号的精确控制。
六、高压变频器功率单元控制系统高压变频器功率单元中的各个功能模块需要通过一个统一的控制系统进行协调和控制。
该控制系统包括硬件部分和软件部分两个方面。
硬件部分主要包括传感器、执行机构等设备，用于采集各种参数信息并将其转化为电气信号；软件部分则由控制程序组成，通过对传感器采集的数据进行处理和分析，实现对功率单元的精确控制。
七、高压变频器功率单元的应用高压变频器功率单元广泛应用于工业生产中各种动力需求场合，例如电机驱动、风机驱动、水泵驱动等。
高压变频器功率单元输出电压
高压变频器功率单元输出电压1. 引言高压变频器是一种用于控制和调节电动机转速的设备，广泛应用于工业生产中。
其中功率单元是高压变频器的核心组成部分之一，负责将输入电源的直流电转换为输出电源的交流电，并通过控制输出电压的大小来实现对电动机转速的调节。
本文将详细介绍高压变频器功率单元输出电压相关的知识。
2. 高压变频器功率单元概述高压变频器功率单元是由输入整流模块、中间直流母线、输出逆变模块等组成。
其中，输入整流模块负责将输入交流电转换为直流电，中间直流母线用于储存和平衡能量，而输出逆变模块则通过PWM技术将直流电转换为交流电，并控制输出波形和频率。
3. 高压变频器功率单元输出电压控制原理高压变频器功率单元通过控制输出逆变模块的开关管状态来调节输出电压的大小。
具体来说，当需要增加输出电压时，逆变模块会增大开关管导通时间，使得输出电压的峰值增加；反之，当需要降低输出电压时，逆变模块会减小开关管导通时间，使得输出电压的峰值减小。
通过不断调节开关管状态和导通时间，可以实现对输出电压的精确控制。
4. 高压变频器功率单元输出电压的调节方式高压变频器功率单元可以通过多种方式来实现对输出电压的调节，常见的包括： - 矢量控制：根据电机负载情况和运行要求，通过调节逆变模块的开关管状态和导通时间来实现对输出电压的精确控制。
- 空间矢量PWM控制：通过将逆变模块的开关管状态分为六个扇区，并根据负载情况选择合适的扇区进行PWM控制，从而实现对输出电压和频率的精确控制。
- 直接扭矩控制：根据负载情况和运行要求，直接改变逆变模块中两相之间的导通时间差来调节输出电压和频率。
5. 高压变频器功率单元输出电压保护机制为了保证高压变频器功率单元的安全稳定运行，通常会采取一系列保护机制来防止输出电压异常。
常见的保护机制包括： - 过压保护：当输出电压超过设定值时，及时切断输入电源，避免对电动机和其他设备造成损坏。
- 欠压保护：当输出电压低于设定值时，及时切断输入电源，避免对电动机和其他设备造成损坏。
高压变频器功率单元
高压变频器功率单元一、什么是高压变频器功率单元高压变频器功率单元是一种电力装置，用于控制和调节电力系统中的电压和频率。
它可以将输入电源的电压和频率转换为输出电源的电压和频率，从而实现对电力设备的可调控。
二、高压变频器功率单元的工作原理高压变频器功率单元通过使用电力电子器件，例如整流器和逆变器，对输入电源进行处理。
其工作原理可以概括为以下几个步骤：2.1 输入电源整流高压变频器功率单元的第一步是将输入电源的交流电转换为直流电。
这个过程通常通过使用整流器来实现。
整流器将交流电通过一系列的二极管或其他电子器件转换为直流电。
2.2 直流电的中间电路储能经过整流后，直流电将被存储在功率单元的中间电路中。
中间电路通常由电容器组成，用于储存能量并平稳输出。
2.3 逆变器输出交流电当需要输出交流电时，中间电路的直流电将通过逆变器进行处理。
逆变器将直流电转换为需要的输出电压和频率的交流电。
这一过程通常涉及到高频的开关操作，以产生所需的交流电波形。
2.4 输出滤波逆变器输出的交流电通常会存在一些谐波和其他干扰成分，在输出之前需要经过滤波器进行处理，以消除这些不必要的干扰。
2.5 输出负载供电当经过滤波器处理后，输出的交流电将供应给所要驱动的负载设备。
负载设备可以是各种各样的电动机、发电机或其他电力设备。
三、高压变频器功率单元的应用领域高压变频器功率单元广泛应用于各个领域，主要包括以下几个方面：3.1 工业领域在工业生产过程中，高压变频器功率单元常用于控制和调节各种驱动设备，如电动机、液压泵、风机等。
通过使用高压变频器功率单元，可以实现对这些设备的频率和电压的精确控制，从而提高生产效率和节能减排。
3.2 交通运输领域在交通运输领域，高压变频器功率单元被广泛应用于电动汽车和高铁等交通工具的驱动系统中。
通过使用高压变频器功率单元，可以实现对电动机的调速和控制，从而提高交通工具的性能、安全性和能源利用率。
3.3 新能源领域在新能源领域，高压变频器功率单元被用于太阳能发电、风能发电和海洋能发电等电力系统中。
第三章-HIVERT系列通用高压变频器硬件概述
第三章 HIVERT通用高压变频器功能概述HIVERT通用高压变频器一般由功率单元/控制柜，变压器柜组成，大功率还须配置启动柜。
3.1控制/单元柜控制/单元柜(简称单元柜)用于安装控制系统、功率单元及其辅助部件，控制/单元柜主要由以下部件构成●控制器●I/O接口板●人机界面（监视器、触摸式按键、按钮、指示灯）●功率单元●功率单元电阻板●单元电压检测板●控制变压器组件●输出电流检测霍尔元件●输出电压检测板●一次接线室●二次接线室●除湿器●离心冷却风机●UPS（可选）典型单元柜排布图见图3.1。
图3.1典型单元柜排布图3.1.1控制系统功能描述HIVERT通用高压变频器控制系统主要由控制器、I/O接口板和人机界面组成，控制系统图如图3.2所示。
控制器由一块主控板、一块信号板、三块光纤板和一块电源板组成，各板之间通过总线底板连接。
控制器工作电源由本身电源板提供。
控制器外型图如图3.3所示。
主控板采用正弦波空间矢量控制方式产生脉宽调制的三相电压指令,完成对变频器控制的所有功能；通过RS232通讯口与人机界面的监视器进行数据交换。
信号板采集变频器的输出电压、电流信号，并将采集到的输出电压、电流模拟信号隔离、滤波和模数转换，提供数据给主控板用于变频器的控制、保护；光纤板与功率单元通过光纤传递数据信号，一块光纤板控制对应的一相单元，光纤板通过光纤周期性向单元发出脉宽调制（PWM）信号和工作模式指令，并接收功率单元状态信号。
HIVERT通用高压变频器控制器连接图如图3.4所示。
输出电流检测图3.2 HIVERT通用高压变频器控制系统图（10kV）图3.3控制器外型图图3.4 HIVERT通用高压变频器控制器连接图I/O接口板用于处理变频器及与外部连接的模拟信号和数字信号，对数字量做逻辑处理。
具有处理2路模拟量输入和4路模拟量输出的能力，模拟量输入用于处理模拟设置时的设置信号和来自现场的流量、压力等模拟信号，这两路信号通过处理后送到人机界面进行模数转化；模拟输出量输出4-20mA电流信号，对应变频器运行频率、输出电流、输出电压、电机转速信号。
高压变频器的工作原理
高压变频器的工作原理高压变频器是一种广泛应用于工业领域的电力调节设备，其主要功能是将输入电源的频率和电压转换为适合供给高压电机的输出，实现对电机转速的调节和控制。
本文将详细介绍高压变频器的工作原理。
一、高压变频器的基本构成高压变频器由整流单元、滤波单元、逆变单元、控制单元和保护单元等组成。
1. 整流单元：将交流电源转换为直流电源，通常采用全控整流桥电路实现。
2. 滤波单元：对整流后的直流电进行滤波，使输出电压平稳，减小电压脉动。
3. 逆变单元：将滤波后的直流电压转换为可调节的交流电压，一般采用高频开关器件，如IGBT等。
4. 控制单元：负责对高压变频器的工作进行调节和控制，包括输入输出信号的采集、信号处理和PWM调制等功能。
5. 保护单元：监测高压变频器的工作状态，如电流、电压、温度等参数，当出现异常情况时进行保护措施，确保设备的安全运行。
二、高压变频器的工作原理可以简单概括为四个步骤：采集输入信号、信号处理、PWM调制和输出控制。
1. 采集输入信号：高压变频器通过采集输入信号，如电流、电压和速度等参数，获取电机的实际工作状态。
2. 信号处理：通过对输入信号的处理，如滤波、放大、采样等操作，将其转换为控制单元可以处理的数字信号。
这些信号包含了电机的工作状态和外部设定的控制指令。
3. PWM调制：根据控制单元中的控制算法和调节策略，通过对逆变电路的控制，实现对输出电压的调节。
PWM调制技术可以通过改变逆变器输出电压的占空比来实现对电机转速的调节。
4. 输出控制：PWM调制后的信号经过输出滤波后供给电机，实现电机的驱动。
输出控制单元可以根据实际需要进行速度、转矩等外部参数的调节，从而实现对电机的精确控制。
三、高压变频器的优势与应用领域高压变频器具有以下几个优势：1. 能耗节约：高压变频器通过调整电机的输出频率和电压，实现对电机负载的匹配，从而达到节能的效果。
2. 精确控制：高压变频器具有精确的输出控制能力，可以实现对电机的精确调速，适应各种工况要求。
浅析高压变频器功率单元的技术原理及应用
浅析高压变频器功率单元的技术原理及应用作者：侯玉光来源：《价值工程》2018年第15期Analysis of the Technical Principle and Application of High Voltage Inverter Power Unit摘要：现在的工业中运用高压变频器的地方随处可见；随着全控型电力电子器件的出现，交-直-交PWM型高压变频器以其谐波小，稳定性好迅速占领市场。
而交-直-交变频器普遍采用单元级联式多电平变频器。
Abstract： Nowadays， the high-voltage inverters are widely used in industry. With the emergence of fully-controlled power electronics， AC-DC-AC PWM high-voltage inverters dominate the market with their small harmonics and good stability. The AC-DC-AC frequency converters commonly use cell cascade multilevel inverters.关键词：高压变频器；交-直-交；单元级联式多电平Key words： high-voltage frequency converter；AC-DC-AC；unit cascade multilevel 中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）15-0182-020 引言自从1994年美国罗宾康公司推出第一台单元级联式多电平高压变频器，其他电气公司也相继推出属于自己的产品，直到2000年北京利德华福电气技术有限公司推出第一台国产的单元级联式多电平高压变频器[1]。
在国内的高压变频器市场上，利德华福的占有率高达30%。
部分：高压变频系统组成
压，而保证变频器输出性能不变，实现无 扰动自动旁路。
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➢ 每个功率单元内均有一块控制板和一块驱动板。
➢ 控制板原理图见图2.8。控制板通过光纤（XS4）接收 来自控制器的信号，经接收解码器解码后用于对IGBT 及旁路开关（可选）的控制。同时，控制板上还有各种 单元故障检测电路，如过热检测、缺相检测、直流母线 过压检测、电源故障监测、光纤故障监测、驱动故障检 测等，这些故障信号经过故障编码逻辑电路编码后，由 光纤（XS3）发送回控制器，实现故障保护（接口板输 出故障保护跳闸及故障报警指示）和故障记忆（人机界 面显示故障原因、时间、位置，并保存）。
➢ 人机界面主控板上还有两个模拟输入通道，可以 接收0-10V或4-20mA模拟信号，一路用于频率或 闭环运行时的给定量模拟设定，另一路用于接收 来自现场变送器的压力或流量等信号。
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图2.12 人机界面原理图
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IO接口板用于变频器内部开关信号以及现场操作信号和状态信号的逻辑 处理，增强了变频器现场应用的灵活性。IO接口板具有处理2路模拟量输 入和2路模拟量输出的能力，模拟量输入用于处理模拟设置时的设置信号 和来自现场的流量、压力等模拟信号，这两路信号通过处理后送到人机 界面进行模数转化；模拟输出量是运行频率和输出电流。 接口板还对单元柜温度、输入电流和输入电压进行采样，并计算出输入 功率。
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➢ 1.输入侧：移相变压器
输入侧移相变压器将网侧高压变换为副边的多组低压，各副边绕组在绕 制时采用延边三角接法，相互之间有一定的相位差相位差为60°/n。
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➢ 这种多级移相叠加的整流方式，能够消除大部分由独立功率单元引起 的谐波电流，可以大大改善网侧的电流波形，使变频器网侧电流近似 为正弦波，使其负载下的网侧功率因数达到0.95以上。每个功率单元 分别由输入变压器的一组副边供电图2.2为6kV系列（每相五个单元串 联）输入电流实录波形，几近完美的正弦波。
高压变频器工作原理
高压变频器工作原理一、引言高压变频器是一种用于控制高压电机转速的电气设备，广泛应用于工业生产中。
本文将详细介绍高压变频器的工作原理，包括其基本组成、工作流程以及相关技术参数。
二、高压变频器的基本组成1. 主电路：主电路由电源、整流单元、滤波器和逆变单元组成。
电源提供电能，整流单元将交流电转换为直流电，滤波器用于平滑电流波形，逆变单元将直流电转换为交流电。
2. 控制电路：控制电路包括控制单元、传感器和接口电路。
控制单元负责接收和处理用户的控制信号，传感器用于检测电机的运行状态，接口电路实现控制单元与主电路之间的通信。
3. 散热系统：由于高压变频器工作时会产生大量热量，散热系统用于将热量散发到空气中，保持设备的正常工作温度。
三、高压变频器的工作流程1. 输入电源：高压变频器接收来自电源的交流电能。
2. 整流和滤波：交流电经过整流单元转换为直流电，然后通过滤波器平滑电流波形。
3. 逆变：直流电通过逆变单元转换为交流电，并根据用户设定的频率和电压输出给电机。
4. 控制信号处理：控制单元接收用户设定的转速和运行模式等信号，并对其进行处理。
5. 传感器检测：传感器实时监测电机的转速、电流、温度等参数，并将这些信息反馈给控制单元。
6. 控制信号输出：控制单元根据传感器反馈的信息，调整逆变单元输出的频率和电压，以控制电机的转速和运行状态。
7. 散热系统工作：散热系统根据设备温度，自动调节风扇的转速，以保持设备的正常工作温度。
四、高压变频器的技术参数1. 额定功率：高压变频器能够输出的最大功率。
2. 额定电压：高压变频器能够承受的最大电压。
3. 频率范围：高压变频器能够调节的输出频率范围。
4. 效率：高压变频器的能量转换效率，一般以百分比表示。
5. 控制精度：高压变频器对电机转速的控制精度，一般以百分比或转/分钟表示。
6. 过载能力：高压变频器能够承受的短时过载电流。
7. 温度范围：高压变频器能够正常工作的温度范围。
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可控硅
4、可控硅
可控硅(SCR，Silicon Controlled Rectifier)是可控硅整流 器的简称。一种可控整流电子元件，能在外部控制信号作用 下由关断变为导通，但一旦导通，外部信号就无法使其关断， 只能靠去除负载或降低其两端电压使其关断。 我公司的产品上，可控硅用于充电电路和旁通回路，均 起“电子开关”作用。我公司使用的可控硅内部封装形式如 图6所示：
东方日立（成都）电控设备有限公司
用户培训资料
功率单元
吴天鹏
2012年5月
东方日立（成都）电控设备有限公司
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目录
1 概述 2 主要功率器件 3 我公司功率单元发展历程 4 功率单元主回路 5 功率单元旁通技术 6 功率单元型号定义 7 功率单元控制驱动板件
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2、主回路IGBT旁通技术
该技术为我公司专利技术。它是利用IGBT进行旁通控制，即采 用主回路上的4只IGBT（图9）实现图7中的“电子开关”功能。
主回路IGBT旁通技 术
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目前我公司使用的IGBT品牌有：Eupec、Semikron； 使用的IGBT电压等级有：1200V、1700V； 例如：BSM100GB170DLC、FF400R12KE3。
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1.3我公司使用整流桥的常规参数
品牌： Semikron 、 Eupec；
电压等级：1400V、1800V； 整流桥型号说明： 例如：SKD62/18为Semikron公司额定电流 62A、额定 电压1800V的6只整流二极管封装的整流桥，SKKD260/14 为Semikron公司额定电流260A、额定电压1400V的2只整 流二极管封装的整流桥。
使用的容量有3300uF、6800uF、10000uF。
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IGBT
3、IGBT
IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor ），绝缘 栅双极晶体管，是一种结合了BJT（大功率晶体管）和MOSFET （功率场效应管）二者优点的复合型器件，它既具有MOS器件 的工作速度快，驱动功率小的优点，又具备了大功率晶体管 的电流能力大，导通压降低的优点，是目前最具有优势的电 力电子器件，在电力电子行业得到广泛应用。 IGBT是功率单元上的重要器件，其作用是逆变（将直流 转变为交流）。我公司目前使用的IGBT 大部分为“双管” （内部封装了两组IGBT芯片），内部封装示意图如图5所示：
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可控硅旁通技术
1、可控硅旁通技术
该技术就是利用可控硅进行旁通控制，即采用图8所示的电路实
现图7中的“电子开关”功能。
图8
旁通回路拓扑结构图 All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.
该技术存在以下缺点： 1）容易受干扰（门极导通阈值低<2V）； 2）不易关断，应用不灵活； 3）体积较大，不利于小型化； 4）旁通时产生噪音； 5）器件多，可靠性低； 6）成本高。
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功率单元主回路
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高压大功率变频器功率单元主回路由整流、滤波、逆变三部分电 路组成，如图7所示： 由于我公司技术不断进步，功率单元上的充电电路已逐步被取消， 取而代之的是变频器集总充电技术。
2）改进型型号定义 型号：如PC75N、PC100N、PC150N、PC200N、PC300N、 PC400N等。
例如：PC200N表示配置IGBT额定电流为200A的改 进型功率单元。
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我公司功率单元发展历程
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我公司功率单元发展历程
我公司从成立到现在，在功率单元方面已推出四代产品，对这 四代产品对比如表1： 表1 四代功率单元对比表
目前，我公司已推出两个系列的第四代功率单元产品，其它系 列正在研发当中，将陆续推出。
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电解电容
2、 电 解 电 容
这里所说的电解电容为铝电解电容，其作用是对整 流桥整流后的直流进行滤波，同时储能。 目前我公司使用的电解电容品牌有： NICHICON（日本）、BHC（英国）、CDE（美国）、 EPCOS（德国）。 使用的电压等级有：400Vdc。
1.第三代功率单元型号定义
1）普通型型号定义 型号：如PC75A、PC100B、PC150A、PC200C、PC300A、PC400G等。
例如：PC200B表示配置IGBT 额定电流为200A、配置变频器额定 容量1000KVA的功率单元。
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目前我公司使用的可控硅品牌有：Semikron； 使用的可控硅电压等级有：1400V、1800V； 型号例如：SKKH57/18E、SKKT210/14E
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发展经历
1、我公司功率单元控制驱动板件发展经历 我公司功率单元控制驱动板件随着功率单元的发展 而发展，大概经历3个阶段，如下： 第一阶段：共5块板件，一次电源板、二次电源板、 光通信板、检测板、驱动板； 第二阶段：共4块板件，电源板、控制板、驱动板、 旁通板； 第三阶段：共2块板件，二合一控制板、驱动板
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第四代功率单元型号定义
2.第四代功率单元型号定义
型号：如I-6B、I-10C、IV-6A等。
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功率单元控制驱动板件
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概述
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概述
功率单元是使用功率电力电子器件进行整流、滤波、逆 变的高压变频器部件，是构成高压变频器主回路的主要部 分。每个功率单元都相当于一台交-直-交电压型单相低压 变频器。
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二合一控制板
2.二合一控制板
二合一控制板是在第三代功率单元多年应用的基础上，经过大量的改 进设计，将电源板和控制板合二为一的板件。 板件作用： a. 接收主控系统信号，给驱动板提供控制信号； b. 进行实时故障监测，向主控系统上报故障信息； c. 给单元驱动板供电。 板件接口： a. 光纤接口：与主控系统进行连接； b. 电压检测接口：与单元正负母线连接； c. 驱动板信号（Top1、Top2、/Lock、ERR）接口：与驱动板连接； d. 15V电源输出接口：与驱动板连接，为驱动板供电； e. 缺相检测接口：接功率单元整流桥输入端； f 过热检测接口：接温度检测开关； g. 充电可控硅驱动信号接口（预留）：接上电可控硅门极。
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功率单元型号定义
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第三代功率单元型号定义
1.1整流桥封装形式 其作用是整流（将交流变成直流）。我公司使用的整 流桥内部封装形式有以下两种，图1所示的封装内部有6只 整流二极管，用在功率单元的三相输入端；图2所示的封装 内部有2只整流二极管，用在功率单元的三相输入端以及旁 通回路中。 1.2整流桥工作原理 在我公司产品上，整流二极管的工作方式均为全波不控整 流。
图9 主回路IGBT旁通示意图
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主回路IGBT旁通及自恢复技术的优势： 1）无额外成本开支；主回路必不可少； 2）开关驱动可靠，灵活； 3）在故障消失后，可以自动回复到正常运行状态； 4）旁通时不产生噪音污染； 5）器件少，可靠性高。