2.3 交-直-交变频器的主电路

各种变频器控制电路的差异是很大的，但主电路的结构却基本相同。此外，许多故障现象都可以通过主电路进行分析。所以，记住主电路的结构与特点具有十分重要的意义。

2.3.1 整流滤波有特点

这里的所谓有特点，是相对于低压的整流和滤波电路而言。两者的区别在于低压的整流和滤波电路是经过变压器降压的，而变频器内的整流桥是从电源直接输入的，电压较高。

1.滤波电路须均压

由于受到生产水平的限制，滤波用电解电容器的电容量和耐压能力难以满足变频器的要求。所以滤波电路常常由若干个电容器并联成一组，又由两组电容器串联而成，如图2-22中的CF1和CF2所示。因为在生产过程中，电解电容器的电容量有较大的离散性，故电容器组CF1和CF2的电容量常不能完全相等，这将导致它们承受的电压UC1和UC2不相等，承受电压较高的电容器组将容易损坏。

为了使UC1和UC2相等，在CF1和CF2旁各并联一个阻值相等的均压电阻RC1和RC2，如图2-22所示。均压原理如下：

假设CF1＜CF2，则UC1＞UC2。这时，CF2上的充电电流IR1必将大于CF1上的充电电流IR2，CF2上的电压UC2有所上升，而CF1上的电压UC1则有所下降，从而缩小了UC1和UC2的差异，使之趋于均衡。

2.通电瞬间须限流

1）通电瞬间的电压 整流滤波电路在通电瞬间，滤波电容器上的电压UD=0。因此，在通电瞬间，整流桥输入侧的电压也必下降为0V。

在低压电路中，因为有降压变压器的隔离，电源电压不受影响，如图2-23a中之曲线②和曲线①所示。

但在变频器中，由于没有变压器隔离，当变频器刚接入电源的瞬间，电源电压将瞬间下降为0V，如图2-23b）中之曲线④所示。这将对其他设备形成干扰。

2）通电瞬间的电流 整流滤波电路在通电瞬间，将有一个很大的冲击电流iC经整流桥流向滤波电容，在低压电路中，变压器的二次绕组能够将合闸时的冲击电流限制在允许范围内，如图2-23a中之曲线③所示。

但在变频器中，合闸瞬间的冲击电流毫无阻拦，将达到十分可怕的程度，如图2-23b中之曲线⑤所示，该冲击电流足以损坏整流管。

3）解决办法 在三相整流桥和滤波电容器之间，接入限流电阻RL。一方面将滤波电容器的充电电流限制在一个允许范围内，如图2-23c中之曲线⑦所示；另一方面因为有了RL的阻隔，电源电压也不会降至0V，如图2-23c中之曲线⑥所示。

但RL若长期接在电路内，其电压降将影响直流电压和变频器输出电压的大小。因此，当滤波电容器已经充电到一定程度后，由接触器KM2（或晶闸管）将RL短路。

3.直流指示为安全

用于直流电压指示的发光二极管HL并不在面板上进行显示，通常是在主控板上。其主要功能并不表示电源是否接通，而是在变频器切断电源后，表示滤波电容器CF上的电荷是否已经释放完毕。如图2-24所示，由于CF的容量较大，而切断电源又必须在逆变电路停止工作的状态下进行，所以CF没有快速放电的回路，其放电时间往往长达数分钟。又由于CF上的电压较高，如不放完，对人身安全将构成威胁。故在维修变频器时，必须等HL完全熄灭后才能接触变频器内部的导电部分，所以HL的作用主要在于保护维修人员的安全。

2.3.2 逆变输出能交换

1.电动机的电路特点

电动机的电路属于电阻电感电路（R、L电路）。由电工基础知识可知，电阻电感电路的工作特点如图2-25所示，电流比电压滞后φ角，在0～t1时间段，电流与电压反相，是电动机的磁场向电源反馈电能；在t1～t2时间段，电流与电压同相，是电源向电动机提供电能。总之，是电动机的磁场能和电源之间，处于不断地交换能量的状态。

2.逆变桥的结构

由于逆变桥的开关器件IGBT只能是单方向导通的，为了给电动机的磁场能提供反馈通路，能够反馈给电源，在IGBT旁必须反并联一个二极管，如图2-26中之VD7～VD12所示。

3.逆变桥的工况

在变频调速系统中，在电源和电动机之间，有变频器相隔，电动机的磁场能量并不直接和电源能量进行交换，而只是和直流回路中的滤波电容器之间进行能量交换。

具体过程如图2-27所示。

0～t1段：电流i与电压u的方向相反，是绕组的自感电动势（即反电动势）克服电源电压在做功（磁场做功）。这时的电流是通过反并联二极管反馈到直流回路，向滤波电容器充电。

t1～t2段：电流i与电压u的方向相同，是滤波电容器的电压克服绕组的自感电动势在做功。这时的电流是滤波电容器向电动机放电的电流。

所以在变频器内，是电动机的磁场能和滤波电容器之间不断地进行着能量交换。