變頻器的逆變單元是怎么工作的?
發(fā)布時(shí)間:2020-11-04 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】PWM 脈寬調(diào)制的基本原理,是對(duì)逆變電路開(kāi)關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制,使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖,用這些脈沖來(lái)代替正弦波或所需要的波形。
具體來(lái)說(shuō),當(dāng)逆變回路中正極輸出側(cè)與電機(jī)某一相連接的一個(gè)開(kāi)關(guān)(如上圖右側(cè)上方)閉合時(shí),那么相應(yīng)的,電機(jī)在該相的電壓也就為正,而如果與此同時(shí),逆變回路中負(fù)極輸出側(cè)與電機(jī)另一相連接的一個(gè)開(kāi)關(guān)(如上圖右側(cè)下方)與之同步閉合,那么電機(jī)此相的電壓也就為負(fù),并且電機(jī)兩相之間會(huì)因此而導(dǎo)通產(chǎn)生電流。這樣,通過(guò)順序切換逆變回路中正負(fù)極上的多對(duì)開(kāi)關(guān),我們就可以任意切換電機(jī)上各相輸出的正負(fù)極性,并通過(guò)調(diào)整這些開(kāi)關(guān)通斷時(shí)間間隔的變化,讓其輸出產(chǎn)生出我們想要的任何頻率特性。
需要注意的是,變頻器的逆變輸出其實(shí)是高頻的等幅脈沖方波,而不是真正的正余弦波,我們只是以等效方式將其視為正余弦波。這對(duì)于通用配電系統(tǒng),并不是一個(gè)好的選擇,但對(duì)于電機(jī)來(lái)說(shuō)卻是非常合適的。正如前文所述,通過(guò)調(diào)整逆變器輸出電流的頻率,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的靈活控制。
不過(guò),在實(shí)際的電機(jī)應(yīng)用中,為了應(yīng)對(duì)運(yùn)動(dòng)負(fù)載變化,我們還經(jīng)常需要去控制和調(diào)節(jié)電機(jī)輸入端的電壓。例如:如果需要將電機(jī)頻率從 60Hz 降低到 30 Hz,那么只需調(diào)慢逆變器各輸出晶體管之間的接通時(shí)間間隔即可;但是,當(dāng)輸出頻率降低到原來(lái)的一半以后,為了保持相同的電壓/頻率(V/Hz)比值,我們?cè)撊绾卧谥绷髂妇€電壓始終為 650VDC 的情況下,將輸出電壓也從原來(lái)的 480V 降到 240V 呢?
想象一下,在流體管道系統(tǒng)中,我們其實(shí)是可以通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)的高速開(kāi)閉與其打開(kāi)的時(shí)長(zhǎng)來(lái)控制管路中的流體壓力的。盡管在管道系統(tǒng)中這個(gè)方法貌似并不怎么實(shí)用,但它對(duì)變頻驅(qū)動(dòng)來(lái)說(shuō)效果卻非常之好。只要按一定的規(guī)則對(duì)各方波脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)節(jié),即可改變逆變電路輸出電壓的大小。打個(gè)比方,如果在輸出為正的前半個(gè)周期中,讓電壓為 480V 和為 0V 的時(shí)間各占一半,那么其等效電壓即是 480V 的一半,也就是 240V;同樣的道理,我們就可以在變頻器的輸出上實(shí)現(xiàn)任何等效電壓;而如果能夠讓逆變電路正向半個(gè)周期中產(chǎn)生的多個(gè)脈沖等值電壓呈正弦波形,那么所獲得的輸出將更為平滑且低次諧波更少。
形狀不同而沖量相同的脈沖波形
在這其中最重要的原理就是面積等效,即沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí),其效果基本相同。沖量,是指窄脈沖的面積;效果基本相同,是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同,低頻段非常接近,僅在高頻段略有差異。
目前逆變環(huán)節(jié)使用的功率器件主要是 IGBT(Insulated GateBipolar Transistor - 絕緣柵雙極性晶體管),由 BJT(雙極型三極管)和 MOS(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件,同時(shí)具有 MOSFET 的高輸入阻抗和 GTR 的低導(dǎo)通壓降的優(yōu)點(diǎn)。GTR 具有飽和壓降低,載流密度大的優(yōu)點(diǎn),但是驅(qū)動(dòng)電流較大;MOSFET 具有驅(qū)動(dòng)功率很小,開(kāi)關(guān)速度快的優(yōu)點(diǎn),但是導(dǎo)通壓降大,載流密度小。而 IGBT 綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn),驅(qū)動(dòng)功率小且飽和壓降低。正因?yàn)榫哂幸陨蟽?yōu)點(diǎn),IGBT 模塊被用作變頻器逆變電路的開(kāi)關(guān)器件。主控電路通過(guò)控制 V1-V6 這 6 個(gè) IGBT 的開(kāi)通與閉合,達(dá)到控制輸出側(cè) UVW 三相電路的 PWM 波形的效果,等效為電壓、頻率可控的三相交變電壓。
絮絮叨叨了這么多,我們不禁要提出這樣的疑問(wèn),為什么變頻器一定要把交流電通過(guò)二極管或可控硅整流成直流電然后才能逆變?yōu)榻涣麟娔兀繛槭裁床荒苤苯訉⒔涣麟娡ㄟ^(guò)某種裝置直接變換為頻率/電壓可調(diào)整的交流電呢?
當(dāng)然是可以的,目前已經(jīng)進(jìn)入商用市場(chǎng)的安川 U1000 系列矩陣式變頻器就是“交-交“變頻器,省去了中間直流變換過(guò)程。只是,事物都有兩面性,交交轉(zhuǎn)換功率器件目前代價(jià)非常高,因此,作為當(dāng)今市場(chǎng)上唯一一款商用“交交”變頻器,安川的 U1000 矩陣式變頻器在市場(chǎng)上有點(diǎn)曲高和寡,處于叫好不叫座的境地。
推薦閱讀:
特別推薦
- 克服碳化硅制造挑戰(zhàn),助力未來(lái)電力電子應(yīng)用
- 了解交流電壓的產(chǎn)生
- 單結(jié)晶體管符號(hào)和結(jié)構(gòu)
- 英飛凌推出用于汽車(chē)應(yīng)用識(shí)別和認(rèn)證的新型指紋傳感器IC
- Vishay推出負(fù)載電壓達(dá)100 V的業(yè)內(nèi)先進(jìn)的1 Form A固態(tài)繼電器
- 康佳特推出搭載AMD 銳龍嵌入式 8000系列的COM Express緊湊型模塊
- 村田推出3225尺寸車(chē)載PoC電感器LQW32FT_8H系列
技術(shù)文章更多>>
- “扒開(kāi)”超級(jí)電容的“外衣”,看看超級(jí)電容“超級(jí)”在哪兒
- DigiKey 誠(chéng)邀各位參會(huì)者蒞臨SPS 2024?展會(huì)參觀交流,體驗(yàn)最新自動(dòng)化產(chǎn)品
- 提前圍觀第104屆中國(guó)電子展高端元器件展區(qū)
- 高性能碳化硅隔離柵極驅(qū)動(dòng)器如何選型,一文告訴您
- 貿(mào)澤電子新品推薦:2024年第三季度推出將近7000個(gè)新物料
技術(shù)白皮書(shū)下載更多>>
- 車(chē)規(guī)與基于V2X的車(chē)輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車(chē)安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車(chē)模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車(chē)用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門(mén)搜索
濾波電感
濾波器
路由器設(shè)置
鋁電解電容
鋁殼電阻
邏輯IC
馬達(dá)控制
麥克風(fēng)
脈沖變壓器
鉚接設(shè)備
夢(mèng)想電子
模擬鎖相環(huán)
耐壓測(cè)試儀
逆變器
逆導(dǎo)可控硅
鎳鎘電池
鎳氫電池
紐扣電池
歐勝
耦合技術(shù)
排電阻
排母連接器
排針連接器
片狀電感
偏光片
偏轉(zhuǎn)線圈
頻率測(cè)量?jī)x
頻率器件
頻譜測(cè)試儀
平板電腦