变频器的结构和工作原理
01
变频器的工作原理
下图所示为变频器硬件结构图，在主回路中有整流模块、滤波器、制动电阻及单元、逆变模块等组成；在控制回路中有开关电源、风扇驱动电路、接触器驱动电路、残压检测电路、缺相掉电检测电路、驱动保护电路等组成。
变频器硬件结构图
从变频器的电源端子RST引入三相正弦交流电，由于是工频50HZ的交流电，通过整流模块全桥整流后，把交流电转变成直流电（整流过后的直流电压随输入电压的高低平均电压大概在513V，峰值在537V左右；通常在380±15%是可以正常工作的）；再通过两组电解电容组成的滤波器使交流电转换为直流电的电路中，滤波电容会使电子电路的工作性能更加稳定；最后通过逆变模块（IGBT）逆变成交流电，给三相异步电动机提供电源。
02
变频器内部基本结构功能概述
变频器内部结构分为两部分：主回路和控制电路。主回路基本元器件分述如下：
压敏电阻
下图所示为压敏电阻实物图；通常在变频器电源端每两相相线之间会并接一个压敏电阻，其目的主要是当输入电压过高时，过压保护，以及防雷击过电压保护。压敏电压范围在738-902V之间。
Y电容
功能：在变频器输入端,主要用于抗电磁干扰、过滤高次谐波。
整流模块
整流模块主要功能是把三相交流电整流成直流电。整流模块内置MCU，全智能控制，可实现单机或多机并联运行。模块可以带电热插拔，日常维护方便快捷。采用多级吸收，具有过压、欠压、短路、过流、过热等自动保护及自动恢复运行功能。下图为整流模块实物图，输入三相交流电，输出两相直流电。
滤波器
滤波器主要是有滤波电容和均压电阻组成。
均压电阻
滤波电容
其中滤波电容器，分正负极两部分；由于电容所承受的电压范围有限，而变频器电压整流过后的直流电压有500多伏特的电压，所以正常一般都会有两组（两个）电解电容；变频器直流电压在780V左右时会保护停机，从而保护滤波电容补被击穿。
由于电容离散量特性过大，电容误差较大，在充电过程中，两端的电压不相等容易被击穿；所以增加了滤波器部分内的均压电阻R2和R3，强迫电解电容C5和C6的电压一致。
滤波解电容主要作用是在变频器直流侧起滤波作用。额定电压在400VDC - 500VDC容量误差在±20%左右；变频器常用电解电容额定电压:40OVDC，抗冲击电压440V。
滤波电路部分如果采用的是电解电容的话就属于电压型变频器；而如果采用的是电抗器则是电流型变频器国内外常用的都是属于电压型变频器。
充电电阻
如图下图所示，变频器硬件结构图中有一充电电阻R1，充电电阻又名限流电阻；主要是对电解电容进行保护，变频器通电后，给滤波电容充电。
限流电阻限制其充电电流、以防整流模块烧坏。在变频器送电的过程中，电解电容如同短路 ，充电电流非常大，如果没有充电电阻的情况下，会导致整流模块损毁的现象。
当充电电压达到500V左右时，R1充电电阻即被短路，边上的常开触点闭合。通常会接一个继电器或接触器；如果不进行短路连接时，当所带的三相异步电动机运行时，则会有电流经过充电电阻，从而会产生电压降导致低电压报警；充电电阻实物图，常用限流电阻功率有功率:150Ω/20W; 40Ω/60W; 20Ω/80W,10Ω/100W;4Ω/250W。
制动电阻单元
下图所示为变频器硬件结构图中的R5为制动电阻；制动电阻的主要作用是当三相异步电动机发电（当电动机的转子比电动机内部的旋转磁场快时就会产生一种发电现场）直流电压上升至780V左右时如果不加制动单元将可能导致变频器直流电路过电压，跳闸；直流电压上升到780V时会导通制动单元，通过制动电阻，可将电解电容上多余的电荷以发热方式释放掉；确保变频器正常运行，不会导致过电压报警影响正常生产。
两种不同形状的制动电阻
制动电阻的取值范围：RB=2.5UDH/IMN --UDH/ IMN。
其中: RB—制动电阻，IMN—电动机额定电流，UDH—780VDC-800VDC，变频器直流电路允许的最高电压。
逆变模块
逆变模块又称为IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor的缩写，绝缘栅双极型晶体管。是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。
耐压范围可达1200V，IGBT底板温度在80°时，能通过的电流为IGBT的最大电流；随着温度的升高，IGBT所能通过的电流随之下降。IGBT的最高通断频率可达2KHZ-20KHZ。
IGBT模块具有很强的温度敏感性，随着外壳温度的上升，通过IGBT模块的有效电流明显下降。
IGBT是变频器的核心器件，作用是将直流变为交流供电动机使用，与其它电力电子器件相比，IGBT具有高可靠性、驱动简单、保护容易、耐高压、不用缓冲电路和开关频率高等特点，鉴于此，开发高电压、大电流、频率高的高压IGBT并将其应用到变频调速器中以获得输出电压等级更高的装置。
电流传感器
如图所示在IGBT三相电源主电路中有CT1/CT2 两个电流传感器，其主要功能是检测输出电流，保护IGBT，保护电动机，以及通过显示面板 显示变频器的实际输出电流。
变频器内部传感器，不同品牌的不同厂家所生产的电流传感器形状和外观稍有不同。
