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变频器的逆变电路

说逆变,得要先讲逆变的关键元件:IGBT,是“Insulated Gate Bipolar Transistor”,字面翻译:绝缘栅双极型晶体管。

这是实用的IGBT的符号。它有三个极,栅极(G),集电极(C),发射极(E)

基本功能:

如果栅极上的电压低于一个值,它的CE之间是不会导通的。不同厂家的产品,电压值不一样,基本上小于1V。

如果大家在栅极上加一个电压,此电压叫“驱动电压”,比如5V,CE之间就会由C向E导通,即C的电压一定要比E电压高。如果E的电压比C电压高,则也不会导通。

不同的厂家,为了不同的应用场合,外观相差很大。下图是大家厂用的一款世界名厂的实物照片,布局图,原理图。

“IGBT模块”实物照片

“IGBT模块”的实物布局图

“IGBT模块”的原理图 

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经圈中,是二极管,这个二极管有一个专用名词:续流二极管,符号FWD。

边上的5-6之间的NTC,这是一个负温度系数的电阻,阻值随着温度的上升而下降。用来测量IGBT上的温度。

打开IGBT封装,可以看到里面的情况,这些元件被一层透明的“果冻”样的硅胶盖住。

红框中,是IGBT位置,中间红圈中那个黑圈内的点是栅极, 正面E极(发射极), 背面C极(集电极)

IGBT右边的就是“续流二极管”。大家看到的这面是它的阳极,底面是阴极。

以单相交流输出为例说明它的工作原理。如下原理图。

打开1和4,R上的电流方向就向下。打开3和2,R上的电流就方向就向上。“1/4”和“2/3”只要它们轮流且不同时打开,R上的电流如会出现交替变换。

这样就实现了电流方向的变换。纯属电阻载R上的电流/电压的方向变换就如下图所示。

如果1和2同时打开,就相当于供电电源的正负极短路,这样IGBT就会发生烧毁。这个种情况是控制电路中要避免的。

image.png

对于三相电机,三相变频器的原理与上面的相同,但操作算法比较复杂。

下面是三相的变频器各路开关的开关顺序。虽然复杂,但还是很有规律,电子技术的发展,硬件有了,电路设计的牛人还是有办法来做这控制电路的。

有了将电压变成交流电的方法,下面就是想办法把半个周期内的方波电压变成“正弦”电压。

实际变频器输出的电压波形,用示波器抓到的形状如下,这个照片只显示了电机的二相。这个与大家平时认识的正弦波区别很大,我在下一篇再说明。

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