深度剖析变频器的结构原理：上海民熔带你深入了解

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可以简单地说，交-直-交变换器需要使用的元件太多，不易控制；而交-直-交变换器使用的元件较少，易于控制，所以目前大部分采用交-直-交转换器。

1变频器的发展也要经历一个渐进的过程。原逆变器没有采用交-直-交的拓扑结构：先交-直再交，而是直接交-交，无中间直流环节。这种变频器叫做交变频器。目前，这种变频器已应用于超高功率、低速调速。其输出频率范围为0-17（输入电压频率为1/2-1/3），不能满足许多应用的要求。当时没有IGBT，只有SCR，应用范围有限。

交-交变频器的工作原理是由多组相控开关控制三相电源，直接产生所需的变压变频电源。它的优点是效率高，能量可以很容易地返回电网。它最大的缺点是输出的最大频率必须小于输入电源频率的1/3或1/2，否则输出波形太差，电机会振动而不能工作。因此，交流变频器仅限于低速调速场合，从而大大限制了其使用范围。

矩阵变换器是一种交-交直接变换器，它由九个开关阵列组成，直接连接在三相输入和输出之间。矩阵变换器无中间直流环节，输出为三电平，谐波含量小。其电源电路简单紧凑，能输出频率、幅值、相位可控的正弦负载电压。矩阵变换器的输入功率因数是可控的，可以在四个象限内工作。

虽然矩阵变换器有许多优点，但在换相过程中不允许同时有两个开关管同时接通或断开，实现起来比较困难。矩阵变换器具有较低的最大输出电压能力和较高的器件耐压能力。在风力发电中，矩阵变换器的输入输出是不解耦的，即负载侧或供电侧的不对称会影响另一方。另外，矩阵变换器的输入端必须连接滤波电容器。虽然电容器的容量比交-直-交中间储能电容器小，但由于是交流电容器，必须承受开关频率的交流电流，体积不小。

交-交变频是直接变频，少了一个环节，但使用的器件很多。三相需要36个晶闸管，控制复杂。我们的老师开玩笑说，谁调了36根管子，谁就能马上毕业。另外，交-交变频的频率只能调整到工频一次。一般可调为工频的1/3-1/2，约20Hz。

2这种变换器称为交-直-交变换器，分为交-直-交电压型和交-直-交电流型。其中，前者应用最为广泛，目前通用的逆变电源采用这种拓扑结构。

它的特点是中间提供母线电压，用于存储电解电容器。前者采用二极管控制整流器，简单可靠。逆变器采用三相PWM调制（电流调制算法为空间电压矢量）。由于采用具有一定容量的电解电容器，直流母线电压稳定。此时，只要逆变器IGBT的开关顺序（输出相序、频率）和占空比（输出电压大小）得到很好的控制，就可以获得非常优越的控制特性。

交-直-交变换器首先通过整流器将交流电整流为直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑和滤波，然后通过逆变器将直流电变换成变频变压的交流。

交-直-交变换器可分为电压型和电流型。由于控制方法和硬件设计等多种因素的影响，电压型逆变器得到了广泛的应用。此外，将双馈变换器应用于双馈风力发电时，在低交直流变换器的情况下，与传统的交直流变换器进行了性能比较。该整流变频器采用电压型交-直-交变换器，具有结构简单、谐波含量少、定、转子功率因数可调等优点，能显著改善双馈发电机的运行状态和输出电能质量，并能将网侧和转子完全分开侧通过直流母线侧容量。基于电压型交-直-交变换器的双馈发电机定子磁场定向矢量控制系统实现了基于风力机最大功率点跟踪的发电机有功功率和无功功率的解耦控制，是变速恒频风力发电的一个代表性方向。

另外，还有一种交-直-交并联逆变器拓扑结构。该结构的主要思想是采用交-直-交电流源和交-直-交电压源逆变器并联。电流型逆变器作为主逆变器负责电力传输，电压型逆变器作为辅助逆变器对电流型逆变器的谐波进行补偿。主逆变器的开关频率较低，辅助逆变器的开关电流较小。与上述交-直-交电压型逆变器相比，该拓扑具有开关损耗低、系统效率高等优点。它的缺点是显而易见的。电力电子设备的大量使用导致了成本的上升和控制算法的复杂化。另外，这种结构的电压利用率较低。

三。AC-DC-AC变换器具有输出频率高、功率因数高等优点，但仍有许多问题有待改进

（1） 目前，大功率、高压电力电子器件处于发展阶段，GTO器件面临淘汰，IGBT和IGCT尚未成熟；

（2） 如果采用IGCT（或GTO）或iect变换器，器件故障引起的短路保护仍然是一个难题；如果电源侧的变换器发生贯通短路，将导致电网短路，因此变流器必须采用高漏抗输入变压器，一般要求为15%，甚至高达20%；

（3） AC-DC-AC变换器低频运行时过载能力降低，频率低于5Hz时过载能力降低一半；

（4） 交-直-交变换器输出的PWM电压波形的电压变化率Du/dt很高，容易造成电机和电器的绝缘疲劳损伤；当输出线较长时，共模反射电压会在电机侧产生非常高的电压。如果是两电平变流器，电压峰值是直流电压的两倍；如果是三电平变流器，电压峰值是中半电压的三倍；

（5） 交-直-交变频器的PWM调制会产生谐波、噪声、轴电流等问题。

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