变频器结构、控制、选择

按控制要求选择变频器
• 由于变频器装置中采用了性能良好的中央处理单 元，高度集成的功率单元、所以变频器使得整个 调速系统具有极其良好性能。体积较小、重量较 轻、控制精度较高、保护功能较为齐全、工作安 全可靠、操作过程简单、通用性强。和其他的调 速方法相比，除了可以实现速度连续调节外，还 具有能源利用率高的优点。在特殊的领域内，运 用变频调速后，节约能源的效果相当明显。 • 变频器由于内部结构和原理不尽相同，可以分成 许多种类。具有各自特殊的性能，可以满足不同 的要求。
• 8.开路集电极输出子 • 该端子由隔离电路 （与CPU隔离）。因 为使用的原因损坏率 较高。一般属于开路 晶体管过流所致。判 断较容易，因为其他 几路如果是好的，只 此一路有问题，可断 定该只管子有问题； 如果各只管子都有问 题，则可能问题出在关主要为 变频器的故障 报警用，当变 频器出现故障 时，该端子输 出故障信号。
• 11.16MHz晶振 • 晶振是CPU的主频震荡器震荡器件。它不是一 个很耐用的器件。在众多的电子设备中，晶振 的损坏时有发生。因为他的结构是两个金属片 中夹着一块晶体，晶体怕震、怕氧化。晶振出 了问题，整个变频器都不能正常工作。
晶振结构
变频器结构
• 6.2高压变频器主电路拓补结构 • 按照电压的划分，低于1kV，称为低压；大于lkV、 小于10kV,称为中压，10kV以上，称为高压。 • 我们习惯上把额定电压为6kV或3kV的电动机称为 “高压电动机”，因此，我们也把工作电压在1～ lOkV的变频器统称为中(高)压变频器。 • 中（高）压变频器因为工作电压升高，开关器 件因为受到耐压的限制，不能完全承受电源的高 电压，使主电路和低压变频器有了很大的区别。 为了使变频器能工作在高电压，人们研究出了多 种不同的电路结构。
6.保护电路 • 是保护逆变桥 过流、过压、 过载等的保护 电路。它由检 测、放大、模/ 数转换等电路 组成。该电路 出了故障，一 是误报；二是 失去保护功能， 造成逆变桥的 损坏。
变频器结构
• 1）电流检测电路 • 通过检测变频器的输 出电流，进行过流、 过载计算，当判断为 过流、过载，立即封 锁变频器的输出脉冲， 使PWM电路停止工 作。R121为检测电 阻，检测电流为1A。 • (检测电流为 100A,R121为 0.015 )。
变频器结构
变频器结构
• 开关电源电路图 • 图中L1为一次电路，L2、L3、L4、L5为二次电路，工作时一次 电路导通，二次电路截止，一次电路截止时，二次电路导通。二 次电路的输出电压由开关管的脉冲宽度调节。 • 开关电源容易损坏的元件是滤波电容、整流二极管、开关管。
变频器结构
• 4.过压/欠压保护电路 • 该电路是直流母线电 压的检测电路，检测 直流母线欠压或过压。 该电路出了问题，一 是不能正确的提供检 测保护信号，产生误 报；二是失去保护功 能，使制动电阻不能 工作，引起主电路过 压而损坏。
变频器结构、 控制、选择
变频器结构
变频器结构
主电路 整流电路、起动保护、滤波电路、逆变电路 、指示电路 、 制动单元 、输入端子、 输出端子。
• 1.整流电路 • VD1—VD6整流二极管，c1、c2，滤波电容，RL，限流 电阻。
• 2.制动电路 • 图中RB电阻和 VTB是制动选件， 当电动机产生回 馈电能，使UPN 电压达到700V， VTB受控导通， 电动机的机械能 转换成的电能通 过RB电阻消耗， 电动机得到制动 力矩停止。
• 逆变器输出采用多电平移相式PWM技术，同 一相的功率单元输出相同幅值和相位的基波电 压，但串联各功率单元的载波之间互相错开一 定角度，实现多电平PWM，输出电压非常接 近正弦波（输出PWM波如图所示）。 • 该变频器由于输入输出波形好，被人们称为 “完美无谐波变频器”，有的资料中也称为绿 色变频器。
变频器结构
• 2）直流电压检测 电路 • 为保证电网电压变 化时，仍能保证 U/f=C的控制方式， 由该电路实时检测 直流电路的电压Ud, 根据Ud的变化调整 PWM波的占空比。
变频器结构
• 7.操作面板 • 操作面版是采 用接插件连接， 接触不良，会 引起个别功能 消失，供电不 良会引起黑屏。 个别功能部件 失灵，可能是 按键接触虚。
变频器结构
变频器结构
②脉宽调制波SPWM：将一个正弦波电压分为N等份，并把
正弦曲线每一等份所包围的面积都用一个与其面积相等的 等幅矩形脉冲来代替，脉冲的宽度与正弦波的大小成正比， 这样得到的脉冲列，就是SPWM波。 实际应用中SPWM波的形成： 调制方法： 利用载波和调制波相比较方式来确定脉宽 和间隔。 调制波ur： 所希望生成的等效正弦波 载波uc： 等腰三角波或锯齿波
按变流的环节来分类
• 交-直-交变频器。交-直-交变频器首先将频率固 定的交流电转换成直流电，经过滤波，再将平滑 的直流电逆变成频率连续可调的交流电。由于把 直流转换成交流的环节较容易控制，所以其输出 交流电的频率是自由的，既可以低于转换前的固 定频率，也可以高于转换前的固定频率。而且在 较宽的频率调节范围内，改变后的频率及用电的 电动机性能具有很明显的优势，目前运用相对普 及。
变频器结构
③参数：IGBT工作时，
UGE导通电压15V、关断 电压-5V。开关频率小于 100kHz。
6.1.2其他电路 1.输入端隔离电路 变频器有一系列的输入端 子，这些输入端子和CPU 是通过隔离电路联系的。 输入端隔离电路出了问题， 影响端子的正常输入，因 为每个输入端子独立连接 一只光电耦合器，哪一只 光电耦合器出了问题，那 一路输入端子不能正常工 作。
变频器结构
变频器结构
• 3.逆变电路 • 将直流电转 换为三相交 流电 • 图中， VT1—VT6， 逆变管， VD7—VD12， 续流二极管
1）逆变原理 ①采样原理 PWM技术的理论基础 是采样控制理论中 的面积等效控制原 理。即：加在惯性 环节上的窄脉冲， 尽管形状不同，只 要面积相等，其作 用在惯性环节上的 效果相同（惯性环 节就是电感、电 容）。
变频器结构
PWM整流高压串联变频器
变频器的选择
• 在电机学的学习过程中，我们知道：电动 机的转动速度和三个因素有关： • N=(1-S)* N0 = (1-S)* 60f / p • 其中：S是电动机的转差率 • p是电动机的磁极对数 • f 是电动机的供电频率
按控制要求选择变频器
• 变频器在世界范围内，已经发展了近30年， 形成了各种不同系列的变频调速系统和成 套设备。 • 目前我国市场上，主要的品牌有： • 日本的品牌：三肯、三菱、松下、富士、 日立、东芝、安川。由于日本的变频器产 品进入中国市场较早，一度占领了绝大部 分的市场份额。现在在中小容量的领域仍 占有主导地位。
变频器结构
• 2)双极性控制： 载波双方向变化， 在任意半个周期 SPWM波双方向 变化； • ur ＞uc时，正脉 冲； • ur ＜uc时，负脉 冲
3)三相逆变波形 加在6只逆变管上的信号都为开关信号，6只逆变管就相 当于6个开关，管子导通相当于开关闭合，截止时相当 于开关断开。
变频器结构
变频器结构
变频器结构
• 2.I-U转换电路 • 该电路是模拟 输入电压、电 流、以及模拟 输出指示端子 的转换电路。 该电路出了问 题，会影响这 几路信号的正 常工作。
• 3.DC/DC电源 • 这是变频器除了 主电路之外所有 电路的供电电源。 它出了故障，整 个变频器停止工 作。因为该电源 的输出端是分组 输出，哪一组出 了问题，影响那 一组所对应的电 路。
2)sPWM波的生成
按照调制脉冲的极性 关系，PWM逆变电路 的控制方式分为：
变频器结构
①单极性控制: 任一时
刻载波与调制波的极 性相同，在任意半个 周期SPWM波单方向 变化 ；正半周：ur ＞ uc时，有脉冲；ur ＜ uc时，无脉冲。副半 周： ur ＜ uc时，有 脉冲；ur ＞ uc时， 无脉冲。
变频器结构
• 2）驱动电路和电源的连接 电路作用：为驱动电路提供直流电源。该电路由 一只5V稳压管取得5V电源，加在IGBT开关管 的发射极上，使驱动信号在零时，保证IGBT控 制极为5V的负电压，使管子可靠的截止。 该电源需要4组，三个带浮地，一个直接接地。 该电源由变频器的DC/DC直流电源提供。
按控制要求选择变频器
• 欧美的品牌：德国的西门子、法国的施耐 德、英国的瓦萨、瑞士的ABB、美国的罗 宾康、丹麦的丹佛斯等。现在国内市场上， 大容量的变频器一般都选择欧美的品牌。 原因是除了有较好的产品质量，还有良好 的售后服务。 • 国内的品牌：深圳的华威、山东的惠丰、 无锡的东元、还有佳灵、森兰都是性能相 当不错的品
• 功率单元串联高压变频器 • 功率单元串联高压变频器，属于“高—中型” 变频器。主电路是利用移相变压器降压，再通 过多个低压变频功率单元串联组成。各功率单 元分别由多绕组移相降压变压器的一组二次绕 组供电。多绕组移相降压变压器是功率单元串 联高压变频器电路中的一个重要部件。
• 功率单元为三相输入、单相输出的交—直—交 PWM型变频器结构(见图1)。将相邻功率单元 的输出端串接起来，形成Y联结结构(见图2)， 实现变频的高压直接输出，供给高压电动机。 每个功率单元分别由输入变压器的一组二次绕 组供电，功率单元之间及二次绕组之间相互绝 缘。
4.开关器件 1）二极管 二极管是单向导电器 件，加正向电压， 导通，相当开关闭 合；加反向电压， 截止，相当于开关 断开
变频器结构
2）绝缘栅双极晶体管（IGBT）
①结构及外形
IGBT是MOS和GTR取长补短相结合的产物，具有栅极 G、集电极C、和发射极E的三个引出端。
②工作特点：
当uGE≤UGE(th)（开启电压） 时，IGBT截止，无iC； 当uGE﹥UGE(th) 时，uCE加正 压，IGBT导通，其输出 电流iC与驱动电压uGE基 本呈线形关系。如图所示 为IGBT的驱动电压uGE与 输出电流iC的关系，此曲 线称为IGBT的转移特性 曲线。