变频器主电路的逆变器（直-交）工作原理

    1．电路组成

    逆变器的基本作用是将直流变成交流，是变频器的核心部分。它一般由逆变桥、续流电路和缓冲电路组成。

   (1)逆变桥。

    在图2-2中，由V1~V6组成三相逆变桥。V1~V6工作在开关状态，其导通时相当于开关接通，截止时相当于开关断开。V1~V6交替通、断，将整流后的直流电压变成交流电压。目前，常用的逆变管有可关断晶闸管( GTO)、电力场效应管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)和智能功率模块(IPM)等，它们的电气图形符号如图2-8所示。

    图2-2    交-直-交电压型变频器典型主电路

    图2-8    常用逆变管的电气图形符号

   (a) GTO；(b) MOSFET；(c) IGBT

    其各自的特点如下：

    ①可关断晶闸管的优点是电压、电流容量较大，目前其电压可达到6000 V，电流可达到6000 A，多应用于大功率高压变频器。其缺点是：驱动功率大，驱动电路复杂；关断控制易失效，工作频率不够高，一般在10 kHz以下。

    ②电力场效应管属于电压驱动型器件，其输入阻抗高，驱动功率小，驱动电路简单；开关速度快，开关频率可达500 kHz以上。MOSFET的缺点是电流容量小，耐压低。

    ③绝缘栅双极晶体管的输出特性好，开关速度快，工作频率高，一般可达20kHz以上，其通态压降比MOSFET低，输入阻抗高，耐压、耐流能力比MOSFET高，最大电流可达1800 A，最高电压可达4500 V。目前在中、小容量变频器电路中，IGBT的应用处于绝对优势。

    ④智能功率模块是将大功率开关器件、驱动电路、保护电路和检测电路集成在同一个模块内。这种功率集成模块特别适应逆变器高频化发展的需要，而且由于高度集成化和结构紧凑，避免了由于分布参数、保护延迟所带来的一系列技术难题。目前IPM一般采用IGBT作为功率开关器件，构成一相或三相逆变器的专用功能模块，在中、小容量变频器中广泛应用。

   (2)续流电路。

    续流电路由反向并联在6个逆变管的6个续流二极管VD7~VD12组成。续流二极管主要有以下功能：

    ①由于电动机是一种感性负载，在导通的桥臂开关管关断时，电流不可能降为零，此时由与其并联的二极管进行续流，将其能量返回直流电源。

    ②当电机降速时，电动机处于再生制动状态，VD7~VD12为再生电流返回直流电源提供通道。

   (3)缓冲电路。

    缓冲电路由R01~R06、VD01~VD06、C01~C06组成。当逆变管V1~V6每次由导通状态切换至截止状态的关断瞬间，集电极和发射极（即C、E）之间的电压UCE很快地由0V升至直流电压UD，这过高的电压增长率会导致逆变管损坏。C01~C06的作用就是减少电压增长率。当逆变管V1~V6每次由截止状态切换到导通状态的瞬间，C01~C06上所充的电压将向V1~V6放电。该放电电流的初始值是很大的，R01~R06的作用就是减小C01~C06的放电电流。而VD01~VD06接入后，在V1~V6的关断过程中，使R01~R06不起作用。而在V1~V6的接通过程中，又迫使C01~C06的放电电流流经R01~R06。

    2．逆变原理

    电压型三相桥式逆变电路的基本工作方式是180°导通方式，即每个桥臂的导电角度为180°，同一组上、下两个桥臂的两个逆变管交替导电，6个逆变管每隔60°触发导通一次，相邻两相的逆变管触发导通时间互差120°，一个周期共换相6次，对应6个不同的工作状态。逆变器输出的电压波形如图2-9所示，图中N为电动机的中心点。

    图2-9    180°导电型三相逆变器的输出电压波形

    从上述分析可以看出，通过6个开关的交替工作可以得到一个三相交流电，只要调节开关的通断速度就可调节交流电频率。当然交流电的幅值可通过调节UD的大小来实现。