直流变频器的工作原理

变频器是电子产品中常用的一种元件，那您知道变频器工作原理是怎样的么？

变频器原理（英文Variable-frequency Drive，简称VFD）是应用变频技术与微电子技术的原理，通过改变电机工作电源频率的方式来控制交流电动机的电力控制设备。使用的电源分为交流电源和直流电源，一般的直流电源大多是由交流电源通过变压器变压，整流滤波后得到的。交流电源在人们使用电源中占总使用电源的95%左右。

变频器由主电路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制回路组成。各部分的功能如下：

1. 整流器 它的作用是把三相（或单相）交流电源整流成直流电。在SPWM变频器中，大多采用全波整流电路。大多数中、小容量的变频器中，整流器件采用不能控的整流二极管或者二极管模块。

2. 逆变器 它的作用与整流器相反，是将直流电逆变为电压和频率可变的交流电，以实现交流电机变频调速。逆变电路由开关器件构成，大多采用桥式电路，常称逆变桥。在SPWM变频器中，开关器件接受控制电路中SPWM调制信号的控制，将直流电逆变成三相交流电。

3. 控制电路 这部分电路由运算电路、检测电路、驱动电路、保护电路等组成，一般均采用大规模集成电路。

所谓的直流变频器只能够驱动的直流无刷电机（它不同于交流电压型、交流电流型变频器的结构，所驳接交流感应电机或交流变频电机）。它是利用半导体技术，首先将交流电进行整流，转换成直流电，再送至由IGBT场效应管或电子模块，由微处理芯片指令控制进行开关作用的，它受控于直流电机内部安装的霍尔元件，两者互补，缺一不可。

直流无刷电机如下图所示。

无刷电机分为；无刷直流电机（BLDC），永磁同步电机（PMSM）。

常见的控制方式有；1、三相六步控制，俗称方波控制；2、正弦波控制，也叫脉冲调制（PWM）；

直流无刷电动机是采用晶体管换向技术，来代替了传统的整流子换向器一种新型直流电动机。它的结构图如上图所示。

上述无刷直流电机的结构中有两个死区，即当转子转到N、S极之间的位置中心点，此时位置上的霍尔感受不到磁场，必须靠惯性转动。为了克服上述问题必须利用调制宽度来克服它。无刷电机它的工作原理如下；

电动机的定子绕组必须根据转子的磁极方位切换其中的电流方向，才能使转子连续旋转，因此在无刷直流电动机内必须设备一个转子磁极位置的传感器，这种传感器通常采用霍尔元件。

霍尔元件是一种磁感应传感器，可以检测磁场的极性，将磁场的极性变成电信号，送给对应的晶体管的控制极。定子绕组中的励磁电流是根据霍尔元件的信号进行切换，这样就可以形成旋转磁场，驱动转子旋转。

霍尔元件上下经限流电阻接到直流电源上，有偏流流过使晶体管按照对应方向截止或导通。（如上图所示），这样在定子W1线圈与定子W2、W3定子线圈中，它受霍尔元件变化检测的信号而改变，形成旋转运动。一般霍尔元件安装在无刷直流电机靠近转子磁极的位置。

上述无刷直流电机结构中有两个死区，即当转子转到N、S极之间的位置为中性点，在此位置霍尔元件感受不到磁场，因而无输出，则定子绕组也会无电流，电机只能靠惯性转动，如果恰好电动机停在此位置，则会无法启动。为了克服上述问题，人们在实线中也开发出多种方式。

无刷直流电机的内部结构示意图。它在泡机中设有三霍尔元件按120º分布，转子为单极（N、S）永久磁钢，定子绕组为3组，它由6个晶体三极管Ⅴ1~V6驱动各自的绕组，转子位置的检测由两个霍尔元件担任。图中标注（红1）的指向。在转子磁极旋转过程中，当N极靠近霍尔元件HG1时，它会感应磁场信号，并转换成相应极性的电信号，如此轮回。绕组L1中有电流，L2中无电流，L1产生的磁场S极会吸引N极，并排斥S极，使转子逆时针方向旋转。