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变频器为什么要整流和逆变

阅读量: 发布日期:2019-07-25

一般家用或工厂电气设备,多采用交流电源,但在这些设备的控制部分,也少不了要用直流。至于电视机、录音机、计算机等电子设备,它们的主要元器件,如IC电路、晶体管、显像管等,必须要用直流供电。此外,工业上的电解、电镀用电量特别大,是直流供电的大户。

把交流变为直流称为整流。电解或电镀厂必须配备的整流装置,通称整流器。一般情况用二极管即可进行整流,二极管是半导体元件中的一种,其特点是只能让一个方向的电流通过,故又称为整流元件。

变频器为什么要整流和逆变

最常用的整流电路是“单向桥式整流电路”,其电路接线和工作原理如图所示。交流电压u为正的期间,二极管VD1、VD2处于导通状态(记为ON),在负荷电阻R上加正电压u,ed=+u;而当u为负时,VD3、VD4导通;在负荷电阻R上加负电压,ed=-u。由于桥式接法使平均电压ed成为直流电压,R上流过直流电流。

由图可见,ed是单一方向的整流电压,但存在较大的脉动电流。在很多情况下,这种脉动会对设备运行造成不良影响,必须增设滤波电路才能得到平滑的直流。

把直流变为交流电力的交换称为逆变(Inverter),用于逆变的装置称为逆变器。逆变器是变频器的核心部件,其原理性电路如图所示。

变频器为什么要整流和逆变

图中开关S1和S2可以任意接向十侧或一侧。如果像图1-4(b)所示控制S1和S2的动作,则对于负荷上的电压eL为矩形波的交流电压。该交流电压的频率取决于开关的切换速度。设开关正负切换一个周期的时间为T,则f=T/1,T越大,f越低,可以自由进行控制。

现在把图的原理性电路进行实用化,把机械式的开关S1、S2用高速的电子开关代替,这类电力电子开关很多,有晶闸管(VS)、晶体管(GTR)等多个品种可供选用。

可选用一种控制极可关断的晶闸管(GTO)作为开关来构成逆变器电路。GTO元件如图所示,它是一个三端的半导体整流元件,其阳极为A,阴极为K,控制极为G。从控制极流入正方向电流,则GTO为通态(ON);而当加入反方向电流,则GTO为断态(OFF)。由于GTO的电流只能从A→K单方向流过,若要满足如图1-4的开关功能,则必须增加用二极管反并联的续流电路。

GTO控制原理的说明如图所示,通过控制极电流的正负变化进行GTO的通断控制。GTO是一种半导体开关,ON、OFF的开关速度和寿命均比机械开关优越得多。此外,由于制造技术的进步,大容量的价格比较低的半导体器件层出不穷,促进了逆变器在各个领域广泛地得到应用。

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