福州地区许多军用设备、航空地面保障装备、雷达系统以及部分工业检测设备使用400Hz中频电源。这类设备把电网输入的50Hz工频交流电，变换成400Hz中频交流电给负载供电。400Hz中频电源的基本工作方式为交流-直流-交流变换。山东运电气有限公司生产的400Hz中频电源，在福州市场有大量应用。这台设备的内部核心环节包括整流、滤波、逆变、控制与保护。

一、电源电路的基本组成

400Hz中频电源内部包含主电路和控制电路两大部分。主电路由空气开关或接触器、整流单元、直流母线电容、IGBT逆变桥、输出滤波电感、滤波电容、输出变压器组成。控制电路包含PWM信号发生器、电压闭环调节器、电流采样环节、过流保护触发器、过热保护继电器等。

二、整流与滤波环节

标准的三相380V、50Hz交流电，先进入整流桥。整流桥采用全波整流方式，把交流电变成脉动直流。脉动直流中的交流纹波分量加到直流母线上。整流后的直流母线上存在电压纹波，这个纹波分量如果不处理，会直接干扰后级逆变桥的工作。电解电容和滤波电感一起吸收纹波能量，让母线电压变成较平滑的直线。典型直流母线电压值约为三相输入电压有效值的1.35倍，具体数值会随电网波动发生微小变化。控制电路不参与整流部分的开关动作，所以这个环节是自然换流过程。电解电容组顶部装有均压电阻，保证每只电容上的电压分配一致。

三、逆变桥通过开关动作生成400Hz

直流母线上的直流电压，送到IGBT逆变桥。逆变桥由四只IGBT模块组成，^[1]每只IGBT旁边并联一只二极管，用于续流。控制板输出脉宽调制信号，控制四只IGBT的开关顺序。对边桥臂轮流导通，负载上就得到交变电压。为了得到400Hz，控制板的调制波频率设为400Hz。IGBT的开关频率以载波频率为准，常见载波在16kHz到20kHz之间。400Hz和载波频率互不干扰，输出基波就是400Hz。通过调节每半个周期中脉冲宽度，可以控制输出电压大小。脉冲宽度越宽，输出电压越大。这组脉冲经过LC滤波器之后，平滑成400Hz正弦波。IGBT的栅极驱动板靠近模块安装，减少走线电感，避免开关尖峰损坏功率管。

四、闭环控制稳定电压和频率

设备输出端连接着电压互感器和电流互感器。电压互感器采用环氧树脂灌封，耐压等级和测量精度满足400Hz下的正常工作。电压互感器采到的输出值，和控制板内部的基准电压值进行比较。两者不一致时，控制板自动增减PWM脉冲宽度。负载增大时，输出电压有下降趋势，控制板检测到这个偏差，会让脉冲宽度略微变宽，补偿输出电压。整个调节过程是闭环跟踪，速度在毫秒数量级。频率方面，控制板内部的晶振提供精确的时基，所以400Hz频率不随电网频率漂移。在负载突然断开的时候，闭环控制还会马上减小脉冲宽度，防止输出电压冲高。

五、输出滤波器与变压器的作用

逆变桥输出的脉冲电压不能直接接负载，因为脉冲尖刺会被敏感设备当作干扰。输出滤波电感串联在回路中，滤波电容并联在负载端，组成二阶低通滤波器。截止频率选在400Hz基波和载波频率之间，只保留400Hz成分，滤除高频开关纹波。滤波电容选取薄膜电容，可承受高纹波电流，使用寿命比普通电解电容长。输出变压器在滤波电容之后，起电气隔离和电压匹配作用。福州地区的航空地面设备，常用电压为115V、200V或者26V，通过变压器次级抽头可以得到不一样的电压。

六、保护电路的工作条件

过流保护电路时刻监视直流母线和输出电流。当负载发生短路或者过载时，IGBT集电极电流快速升高。霍尔电流传感器把电流信号送到比较器，一旦高于设定阈值，保护电路在几微秒内封锁IGBT驱动脉冲，同时跳开输入接触器，防止故障扩大。过热保护依靠装在水冷板或散热器上的温度开关完成。当散热器温度超过85℃时，温度开关动作，切断主回路。保护动作后，设备前面板上的故障指示灯亮起，故障信息被锁存在控制板中。输入侧设有防雷击浪涌的压敏电阻，也起到一定保护作用。

七、400Hz中频电源技术参数

山东运电气有限公司针对福州地区船舶、机场、实验室等场所的400Hz中频电源需求，给出了多种规格的配置。用户关心的实际报价，可通过网页上预留的电话与厂商沟通。