變頻電源的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本原理分析概述目錄TOC\o"1-3"\h\u30099變頻電源的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本原理分析概述 131231.1變頻電源的結(jié)構(gòu)分類及原理 166851.2變頻電源系統(tǒng) 229311.2.1變頻電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2299251.2.2DC-DC變換方案的選擇 351531.2.3DC-AC變換方案的選擇 31.1變頻電源的結(jié)構(gòu)分類及原理變頻電源兩種類別：交-交變頻，交-直-交交-交變頻。直-交變頻可變成非直接變頻的交流調(diào)速方式，即先將固定頻率、電壓調(diào)到直流電，再將直流電轉(zhuǎn)變成需要工作電壓、頻率的交流。交-交變壓變頻電源也稱為非間接變頻，它是將交流電源調(diào)到固定頻率，電壓的交流電調(diào)節(jié)為電壓、頻率的交流電，調(diào)節(jié)過程中無其它步驟。依靠多種結(jié)構(gòu)和操作手段，可將交-直-交變頻系統(tǒng)區(qū)分為以下三類：（1）從圖2-1a中能夠看出，對(duì)于能夠調(diào)節(jié)整流部分實(shí)施變化電壓值，對(duì)于逆變部分實(shí)施變化頻率值，這種儀器劣勢(shì)為輸出信息過于分散、電壓較小的情況下輸出功率較小。（2）從圖2-1b中能夠看出，選取不能夠控制組件實(shí)施整流，于主要步驟給予斬波器參與電壓值的變換，最后于逆變步驟實(shí)施變化頻率操作；這種儀器相較于上一種儀器來說，在小電壓的情況下輸出較大。（3）從圖2-1c能夠看出，選取不能夠控制組件實(shí)施整流操作，于逆變步驟通過PWM脈寬調(diào)制手段實(shí)施改變電壓及頻率值；這種儀器開關(guān)頻率大，較上述提及中儀器來說，是最為完美的一種。從圖2-1d中能夠看出交-交變頻儀器結(jié)構(gòu)圖，即便節(jié)約主要支流步驟，仍然勛在組件量過大的問題，常被放在工頻低于50Hz的頻率變化及小轉(zhuǎn)速高輸出電動(dòng)機(jī)的變換速度功能。圖2-1a可控整流調(diào)壓、逆變調(diào)頻裝置結(jié)構(gòu)圖圖2-1b不可控整流、斬波調(diào)壓、逆變調(diào)頻裝置結(jié)構(gòu)圖圖2-1c不可控整流、PWM逆變調(diào)壓調(diào)頻裝置結(jié)構(gòu)圖圖2-1d交-交調(diào)壓調(diào)頻裝置結(jié)構(gòu)圖1.2變頻電源系統(tǒng)1.2.1變頻電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從圖2-2是本研究變頻電源裝置框圖。220V/50Hz交流電先通過整流和APFC有源輸出效果改變組件實(shí)施整流和提高電壓成為必須要高的電壓直流電來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，然后由逆變電路和輸出篩選電路獲取需要的電壓及頻率的交流電。于交流輸出實(shí)施電壓、電流信息收集，然后把收集信息經(jīng)歷A/D變化后給到實(shí)施PI變換指令，再把PWM組件輸出的SPWM信號(hào)給到起源電路執(zhí)行逆變器開關(guān)組件的開啟或關(guān)閉。圖2-2變頻電源系統(tǒng)框圖1.2.2DC-DC變換方案的選擇方案一：推挽式直流變換器.推挽式直流電路由兩個(gè)開關(guān)器件SW1、SW2輪流導(dǎo)通交替工作，輸出電路沒有輸出變壓器.電路中SW1和SW2是兩個(gè)參數(shù)相同的開關(guān)器件，在電路中組成推挽形式進(jìn)行工作，對(duì)正負(fù)半周的PWM波形進(jìn)行放大。電路工作時(shí)，兩個(gè)對(duì)稱的功率開關(guān)管輪流通斷，且電路在整個(gè)工作周期之內(nèi)都向負(fù)載提供功率，提高了電路帶載能力.所以電壓利用率較高，工作效率也較高。方案二：開關(guān)直流升壓電路.電路由外部控制器的PWM信號(hào)控制開關(guān)器件的通斷電路工作時(shí)，電感L會(huì)交替存儲(chǔ)和釋放能量，電感儲(chǔ)能后進(jìn)行能量傳遞使輸出電壓泵升。在電路放電過程中輸出電容Cout會(huì)使輸出保持一個(gè)持續(xù)的電流.當(dāng)開關(guān)器件不斷重復(fù)通斷時(shí)，在輸出電容兩端得到高于輸入的電壓從而實(shí)現(xiàn)升壓.通過改變PWM控制信號(hào)的占空比來改變輸出電壓的大小。該電路采取無隔離的直流升壓，外圍電路結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，功率損耗較小，可以達(dá)到較高的效率。方案三：專用集成升壓芯片.如XL60XX系列大功率直流電源變換芯片，內(nèi)置開關(guān)器件，外圍元件少，具有寬輸入和寬輸出的電壓范圍，效率可高達(dá)90%以上，輸出電壓穩(wěn)定，紋波小，內(nèi)置有過溫保護(hù)、過流保護(hù)雙重保護(hù)電路，可靠性高。綜上所述，推挽式直流變換器需對(duì)主控芯片外圍電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，變壓器的設(shè)計(jì)、繞制、制作調(diào)試較復(fù)雜；開關(guān)直流升壓電路較簡(jiǎn)單，只需對(duì)主控模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，不需對(duì)變壓器進(jìn)行設(shè)計(jì).全集成升壓芯片內(nèi)部集成MOSFET管，外圍器件少，系統(tǒng)成本低.由設(shè)計(jì)性價(jià)比、制作調(diào)試難易程度等考慮選擇方案三。1.2.3DC-AC變換方案的選擇方案一：推挽式DC-AC變換電路。經(jīng)高頻變壓器升壓與隔離，其輸出經(jīng)LC濾波器濾波后得到所需要的正弦波交流電。逆變器的主電路開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)是由正弦脈沖寬度調(diào)制脈沖串即正弦化脈沖寬度調(diào)制（SPWM）來進(jìn)行控制通斷，分別驅(qū)動(dòng)功率場(chǎng)效應(yīng)管Q1、Q2,使Q1、Q2交替導(dǎo)通，從而在高頻變壓器的副邊得到SPWM波形，將這個(gè)SPWM波“平滑”后，可以獲得連續(xù)變化的“正弦波”波形。電路在整個(gè)功率變換過程中，可由變壓器同時(shí)完成電路的升壓和逆變，因此電路較簡(jiǎn)單，效率高。方案二：半橋式DC-AC變換器.半橋電路的兩個(gè)開關(guān)器件在驅(qū)動(dòng)信號(hào)作用下交替導(dǎo)通和截止.電路在整個(gè)工作周期之內(nèi)都向負(fù)載提供功率輸出。方案三：全橋式DC-AC變換器.全橋電路中同一橋臂不能同時(shí)導(dǎo)通，互為對(duì)角的兩個(gè)晶體管同時(shí)導(dǎo)通，將直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟妷?，通過調(diào)節(jié)控制信號(hào)的占空比改變輸出電壓。綜上所述，方案比較：方案一中變壓器易出現(xiàn)磁通不平衡引起的偏磁而導(dǎo)致磁芯飽和，使得輸出波形發(fā)生失真，且變壓器繞制較困難.不同于推挽電路為輸入電壓的兩倍，半橋式逆變器