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變頻電源工作原理解釋

來源:未知作者:kayan8發表時間:2019年05月09日 16時11分46秒



經過AC→DC→AC變換的逆變電源稱為變頻電源,它有別于用于電機調速用的變頻調速控制器,也有別于普通交流穩壓電源。變頻電源的主要功用是將現有交流電網電源變換成所需頻率的穩定的純凈的正弦波電源。
 
經過AC→DC→AC變換的逆變電源稱為變頻電源,它有別于用于電機調速用的變頻調速控制器,也有別于普通交流穩壓電源。變頻電源的主要功用是將現有交流電網電源變換成所需頻率的穩定的純凈的正弦波電源。
 
變頻電源系統原理(圖)
 
理想的交流電源的特點是頻率穩定、電壓穩定、內阻等于零、電壓波形為純正弦波(無失真)。變頻電源十分接近于理想交流電源,因此,先進發達國家越來越多地將變頻電源用作標準供電電源,以便為用電器提供最優良的供電環境,便于客觀考核用電器的技術性能。 變頻電源主要有二大種類:線性放大型和PWM開關型HY系列程控變頻電源,以微處理器為核心,以MPWM方式制作,用主動元件IGBT模塊設計,采用了數字分頻、D/A轉換、瞬時值反饋、正弦脈寬調制等技術, 使單機容量可達100kVA, 以隔離變壓器輸出來增加整機穩定性, 具有負載適應性強、輸出波形品質好、操作簡便、體積小、重量輕等特點,具有短路、過流、過載、過熱等保護功能,以保證電源可靠運行。
 
 
變頻電源可帶負載種類及容量選擇方法
 
變頻電源可以帶載各種阻抗特性的負載,包括電感類、電阻類、整流類常見負載,需引起重視的是負載類型不同,所需變頻電源的功率容量有很大不同。
 
①.負載性質的種類:
 
 
③.電源容量選擇方法
 
·阻性: 電源容量 = 1.1×負載功率
 
·感性:電源容量 =負載啟動電流/負載額定電流×負載功率
 
·整流:電源容量 = 負載電流波峰系數/1.5×負載功率
 
·混合型:請按照不同負載所占比例適當選取
 
注:對于冰箱、空調之類的感性負載,應按照啟動功率來選擇電源容量。
 
(啟動功率一般為額定功率的5-7倍)
 
三相交流電源 IGBT PWM 系統結構,一般常見結構
 
①.分離式(獨立式)三相交流電源,無電源變壓器結構,輸入未隔離,輸出隔離
 
結構圖:
 
 
特點:
 
·三個獨立輸出變壓器,三組變流器,IGBT使用數量高達 12 個.
 
·三組變流器亦可共用一組整流器.
 
·三相由完整的單相集成連結而成,可單相使用(使用任意一相) 或三相使用.
 
適用于三相平衡及不平衡(100%不平衡)負載,可依需求制作于一機箱或三機箱
 
結構不一樣,成本不一樣,性能當然不一樣!!
 
②.低成本三相交流電源,無電源變壓器結構,輸入未隔離,輸出隔離
 
結構圖:
 
 
特點:
 
·一個輸出變壓器三組繞組,一組變流器,IGBT使用數量僅 6 個
 
·僅能供三相負載使用(無法各相單獨取用),不適合三相不平衡負載
 
·此結構僅能制作于一機箱
 
③.獨立式三相交流電源,無輸出變壓器結構,輸入隔離,輸出未隔離
 
結構圖:特點:
 
·一個電源變壓器,三組逆變器,IGBT使用數量 12 個
 
·
 
適用于三相平衡及不平衡(100%不平衡)負載,僅能制作于一機箱
 
變頻電源基本原變頻電源做為交流諧振耐壓試驗系統的核心部分,要求調壓、調頻獨立進行,輸出電壓0~400 V,頻率30~300 Hz,且穩定度高,還要求在現場環境下有較強的抗干擾能力。
 
在調頻調壓控制技術發展的早期多采用PAM方式,因此,變頻電源逆變器輸出的交流電壓波形只能是方波,改變方波有效值,只能通過改變方波的幅值,即中間直流電壓幅值來完成。隨著全控型快速開關器件GTR、IGBT、MOSFET等的出現,才逐漸發展為PWM方式。由于調節PWM波的占空比即可調節電壓幅值,所以逆變環節可同時完成調壓和調頻任務,整流器無需控制,設備結構更簡單,控制更方便。輸出電壓由方波改進為PWM波,降低了輸出電壓的低次諧波含量。
 
SPWM是以正弦波作為基準波(調制波),用一列等幅的三角波(載波)與基準正弦波相比較產生PWM波的控制方式。如圖2所示,當基準正弦波高于三角波時,使相應的開關器件導通;當基準正弦波低于三角波時,使相應的開關器件截止。由此,逆變器的輸出電壓波形為圖2b所示的脈沖列,其特點是:半個周期中各脈沖等距等幅不等寬,總是中間寬,兩邊窄,各脈沖面積與該區間正弦波下的面積成比例。這種脈沖波經過低通濾波后可得到與調制波同頻率的正弦波,正弦波幅值和頻率由調制波的幅值和頻率決定。這就是變頻電源調頻調壓的原理。
 
試驗變頻電源的主電路原理如圖3所示。三相交流電壓經過三相橋式不控整流電路整流成脈動直流電壓,經過中間濾波電容的儲能和濾波成為平滑直流電壓。逆變環節由4塊IGBT構成全橋逆變器,反并聯二極管完成IGBT關斷時的續流工作,R、C、D構成RCD阻止放電型吸收緩沖回路。逆變部分采用SPWM控制方式,將直流電壓逆變為電壓和頻率可調的SPWM脈沖波。電感L和電容C3組成低通濾波器LC,濾出高頻載波成分。為了限制電容器充電電流,在整流橋的輸出端與儲能電容之間串入一個限流電阻R1,只在接入電源的最初短時間內將限流電阻R1串入,當電容器兩端電壓升至一定值后,閉合接觸器JC2將電阻R1切除。
 
低通濾波器LC輸出設計是否合適,直接影響變頻電源輸出電壓波形的失真度,因此濾波器的設計原則是考慮最高輸出頻率,只要最高輸出頻率下正弦波的失真度得到滿足,則低頻輸出時由于載波比增加,正弦波失真度可自然滿足。
 
由于電源容量很大,IGBT關斷和開通電流都很大,主電路引線電感Lp的存在,將在IGBT功率回路中引起浪涌電壓,其能量與Vpeak/2 Lp I2成比例,較高的浪涌電壓將增加功率器件的開關損耗,并危及器件的安全。因此在大功率應用時必須采取措施減少主回路的配線電感,并用緩沖吸收電路來降低電壓尖峰值

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