第三篇 变频调速篇
张燕宾（Zhang Yanbin）
7.1.2.3 单相变频器主电路
单相变频器的输入侧是单相交变电源，输出侧是三相可变交流电源，故也叫单进三出变频器。
1．简单滤波电路
如图7-3（a）所示。
（1）存在问题
单相220V 交流电源经全波整流并滤波后的直流电压只有198V，逆变后的三相线电压只有146V，不能和三相
220V 的电动机相配。
（2）增压电路
在整流桥输出端加接增压电容器C01 和C02，增压后，直流电压可达297V，逆变后的三相线电压可达220V，如
图（b）所示。
7.1.3 变频器的内部控制电路
7.1.3.1 控制电路总框图
变频器内部的控制框图如图7-4 所示。其主要部分有：
1．主控电路
这是控制电路的核心，相当于人的大脑。里面的主要部件是计算机的中央处理器CPU。
2．开关电源
向控制电路的各部分提供稳定的直流电源。
3．采样与检测电路
对变频器的各项运行数据进行实时的检测。
4．输入和输出电路
向变频器输入给定信号和各种运行指令的输入电路，以及输出变频器运行状态的电路。
5．操作面板
（1）显示屏
在运行模式下，显示变频器的各种运行数据；在编程模式下，显示功能码和数据码。
（2）键盘
向变频器发出给定信号和各种操作指令。
7.1.3.2 外接控制端子
1．外接输入控制端
（1）模拟量输入端
主要用于输入频率给定信号，如图7-5（a）中之AVI端所示，其内部电路如图（b）所示。
（2）开关量输入端
用于输入各种开关指令，如起动、停止、加速、减速等，其内部电路如图（c）所示。
2．外接输出控制端
（1）模拟量输出端
主要用于输出外部测量信号，如电流、频率等，也可用于其他控制，如图7-6（a）中之FM 所示。
（2）开关量输出端
有两种情况：
①继电器输出
可用于电压较高的交流电路中。如图（a）中之A、B、C 端所示。
②晶体管输出
只能用于低压直流电路中，如图（a）中之Y1、Y2端所示。
它们的内部电路如图（b）所示。
7.1.3.3 开关电源
开关电源的全称是高频开关稳压电源，在变频器里用于为控制电路的各部分提供电压稳定的直流电源。
1．一次电源
变频器里，向开关电源的一次绕组提供电源的方式主要有两种：
（1）直流回路供电
从变频器内部的直流回路向开关电源提供电源，如图
7-7（a）所示。从电路上说，这种方式比较简单，但必须在变频器接通电源后，开关电源才开始工作。所以，这种方式一般不允许变频器上电起动。
（2）单独供电
从主接触器KM 的前面通过变压器降压后向开关电源
供电，如图（b）所示。其外部接线如图（c）所示。这种方式的开关电源比变频器先得电，可以使控制电路事先做好准备工作后再让变频器通电。毫无疑问，这种方式是允许变频器上电起动的。
2．二次绕组
如图7-8 所示，除了N1 是一次高压绕组外，其余都是二次的低压绕组，它们是：
（1）自激电源
如图中之N2，用于为PWM 发生器提供电源。
（2）CPU 电源
如图中之N3，用于为CPU 提供5V 电源，是控制电路中对稳定度要求最高的电源，所以采用π 形滤波电路，稳定电压的采样电压也由此取出。就是说，控制电压的是否稳定主要看5V 电压。
（3）±15V 电源
如图中之N4 和N5，主要为频率给定电路提供电源。
（4）24V 电源
各种变频器一般都为用户提供24V 电源，以便用作传感器或低压控制电路的电源。
（5）驱动电源
为IGBT 管的驱动电路提供电源。驱动电源又分两种情况：
（1）上臂驱动电源
因为逆变桥上桥臂的三个逆变管分别和输出的U、V、
W 相联接，故三个电源的二次绕组必须分开，互相间是绝缘的，如图中之N7、N8 和N9 所示。
（2）下臂驱动电源
因为逆变桥下桥臂的三个逆变管的发射极都和直流电路的负端N 相接，故可以共用一个电源，变压器的二次绕组如图中之N10 所示。
7.1.3.4 IGBT 的驱动电源
1．基本驱动电路
基本的驱动电路如图7-9（a）所示，说明如下：
当得到开通信号时，A 点为高电位，VT1 导通而VT2
截止，IGBT 的G、E 间得到正向驱动电压+15V，IGBT饱和导通，如图（b）中的①区所示。当得到关断信号时，A 点为低电位，VT1 截止而VT2导通，IGBT 的G、E 间得到反向偏置电压为-10V，IGBT截止，如图（b）中的②区所示。
G、E 间的稳压管VS1 和VS2 是保护用的，使 不超过允许范围。
2．集成驱动电路示例
以EXB 系列的驱动模块为例，其框图如图7-10 所示。
各管脚的功能如下：
（1）电源端
2 脚是电源“+”端，9 脚是电源“−”端。
（2）信号输入端
15 脚是输入信号的“+”端，14 脚是输入信号的“−”端。
（3）信号输出端
3 脚接IGBT 的G极，1 脚为+5V 输出，接IGBT 的E 极。
（4）过电流保护端
6 脚用于过电流保护，正常情况下，6 脚电位等于IGBT 的饱和压降，只有3V 左右，二极管VD1 是导通的。过电流或短路时，IGBT 的C、E 间的电压降将迅速上升至7V，6 脚电位上升。这时：
VD1 截止，运算放大器A2 的采样电压US 将大于基准电压UR，B 点由高电位变成低电位。经整理电路整理后：
一方面，将 A 点的电位转换成低电位，使IGBT 管迅速截止；
另一方面，使5 脚电位下降，通过光耦合器PC2 把相关信号告诉CPU，使故障继电器动作，并显示故障代码。
7.1.3.5 检测电路
1．电流的检测
（1）从直流回路采样
在直流回路中串联两个30mΩ 的电阻，利用直流电流在该两电阻上的电压降进行测量，如图7-11（a）所示。
（2）利用霍尔元件采样
把一个线圈缠绕在高频磁心上，高频磁心的一侧开一个口，把霍尔心片镶嵌在里面，将被测电流通入线圈，则被测电流IX 的大小，将决定高频磁心里磁场的大小，也就决定了霍尔心片感应出的霍尔电动势UH 的大小，如图（b）所示。
