通用变频器的构造详解

1.主电路

图4-7所示为通用变频器的主电路示意。

图4-7 通用变频器的基本构造

（1）交—直变换

交—直变换部分又称整流部分，是把三相或单相交流电整流成直流电。常见的低压整流部分是由二极管构成的不可控三相桥式电路或由晶闸管构成的三相可控桥式电路。如图4-7中的VD₁～VD₆是全桥整流电路中的二极管；

如电源的进线电压为U_L，则三相全波整流后平均直流电压U_D的大小为

U_D=1.35×U_L （4-5）

我国三相电源的线电压为380V，故代入式（4-5）全波整流后的平均电压为U_D=1.35×U_L=1.35×380=513V。

由于变频器的负载是异步电动机，属于感性负载，因此在中间直流部分与电动机之间总会有无功功率的交换，这种无功能量的交换一般都需要中间直流环节的储能元件（如电容或电感）来缓冲。其中图4-7中，滤波电容C₁和C₂的作用是：滤平全波整流后的电压纹波；当负载变化时，使直流电压保持平稳。

在变频器合上电的瞬间，滤波电容器C₁和C₂上的充电电流比较大，过大的冲击电流将可能导致三相整流桥损坏。为了保护整流桥，在变频器刚接通电源的一段时间里，电路内串入缓冲电阻R_L，以限制电容器C₁、C₂上的充电电流。当滤波电容C₁、C₂充电电压达到一定程度时，触头开关S_L接通，将R_L短路掉。

（2）直—交变换

直—交变换部分又称逆变部分，它通过不同的拓扑结构实现逆变元件的规律性关断和导通，从而得到任意频率的三相交流电输出（见图4-8）。

常见的逆变部分是由六个半导体主开关器件组成的三相桥式逆变电路，如图4-7所示。V₁～V₆晶体管开关元件，开关状态由基极注入的电流控制信号来确定；VD₇～VD₁₂这六个二极管为续流二极管，作用是消除晶体管V₁～V₆开关过程中出现的尖峰电压，并将能量反馈给电源。

图4-8 变频器的波形图

（3）能耗电路

由于制动形成的再生能量在电动机侧容易聚集到变频器的直流环节形成直流母线电压的泵升，需及时通过制动环节将能量以热能形式释放或者通过回馈环节转换到交流电网中去。

2.控制电路(www.xing528.com)

控制电路包括变频器的核心软件算法电路、检测传感电路、控制信号的输入/输出电路、驱动电路和保护电路组成（见图4-9）。

图4-9 变频器控制回路图

（1）开关电源

变频器的辅助电源采用开关电源，具有体积小、效率高等优点。电源输入为变频器主回路直流母线电压或将交流380V整流。通过脉冲变压器的隔离变换和变压器二次侧的整流滤波可得到多路输出直流电压。其中+15V、−15V、+5V共地，±15V给电流传感器、运放等模拟电路供电，+5V给DSP（数字信号处理器）及外围数字电路供电。相互隔离的四组或六组+15V电源给逆变驱动电路供电。+24V为继电器、直流风机供电。

（2）DSP（数字信号处理器）

通用变频器经常采用的DSP为美国TI公司的芯片，比如TMS320F240，主要完成电流、电压、温度采样、六路PWM输出，各种故障报警输入，电流电压频率设定信号输入，还完成电动机控制算法的运算等功能。

（3）输入输出端子

变频器控制电路输入输出端子包括：

◆ 输入多功能选择端子、正反转端子、复位端子等；

◆ 继电器输出端子、开路集电极输出多功能端子等；

◆ 模拟量输入端子，包括外接模拟量信号用的电源（12V、10V或5V）及模拟电压量频率设定输入和模拟电流量频率设定输入。

◆ 模拟量输出端子，包括输出频率模拟量和输出电流模拟量等，用户可以选择0～1mA直流电流表或0～10V的直流电压表，显示输出频率和输出电流，当然也可以通过功能码参数进行选择输出信号。

（4）通信接口

一般变频器的通信接口支持标准的异步串口通信，并具有多机通信功能，通过一台上位机可实现多台变频器的远程控制和运行状态监视功能。

（5）操作面板部分

操作面板可以完成按键信号的输入、显示数据输出等功能。