交直交变频器的主回路

    交流变频调速技术是强弱电混合、机电一体的综合性技术，既要处理巨大电能的转换（整流、逆变），又要处理信息的收集、变换和传输，因此它的共性技术必定分成功率转换和弱电控制两大部分。前者要解决与高压大电流有关的技术问题和新型电力电子器件的应用技术问题，后者要解决基于现代控制理论的控制策略和智能控制策略的硬、软件开发问题，在目前状况下主要是全数字控制技术。    通用变频器一般都采用交直交的方式，并由以下两部分组成（其基本构成造如图1. 25所示）。
    图1. 25    通用变频器的基本构造    通用变频器的主回路包括整流部分、直流环节、逆变部分、制动或回馈环节等部分。    (1)整流部分：通常又称为电网侧变流部分，用于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。而对中压大容量的整流部分，则采用多重化12脉冲以上的变流器。    (2)直流环节：由于逆变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。    (3)逆变部分：通常又称为负载侧变流部分，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。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。    其中半导体器件一般采用IGBT，如图1.26所示。IGBT是GTR与MOSFET组成的达林顿结构，一个由MOSFET驱动的厚基区PNP晶体管，RN为晶体管基区内的调制电阻。IGBT的驱动原理与电力MOSFET基本相同，是一个场控器件，通断由栅射极电压UGE决定。    导通：uGF大于开启电压UGF(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流．IGBT导通。    导通压降：电导调制效应使电阻RN减小，使通态压降小。    关断：栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。    优点：高输入阻抗；电压控制，驱动功率小；开关频率高；饱和压降低；电压、电流容量较大，安全工作频率宽。    (4)制动或回馈环节：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通过回馈环节转换到交流电网中去。    制动环节在不同的变频器中有不同的实现方式，通常小功率变频器都内置制动环节，即内置制动单元，有时还内置短时工作制的标配制动电阻；中功率段的变频器可以内置制动环节，但属于标配或选配，需根据不同品牌变频器的选型手册而定；大功率段的变频器其制动环节大多为外置。至于回馈环节，则大多属于变频器的外置回路。
    图1.26    IGBT原理