技师变频器

变频器技术及应用第一章：电子电力器件及其应用一、电子电力器件的分类（一）、按开关特性分两类1、半控器件：通过门极只控制其导通而不能控制关断如：SCR、普通晶闸管ASCR 不对称晶闸管RCT 逆导晶闸管TRIAC 双向晶闸管2、全控器件：通过门极信号既能控制其导通，又能控制关断如：SIT 晶电感应晶体管IGBT 绝缘栅双极性晶体管BJT 双极性晶体管（二）、按粒子参与导电的情况分1、单极型; 仅有一种粒子参与导电如：功率MOSFET、MOS场效应管SITC 静电感应晶体管2、双极型：由电子、空穴两种粒子参与导电如：PN 结整流管普通SCRBJT 双极晶体管3、混合型：由单极性、双极性器件组成的复合器件如：IGBT 绝缘栅双极性晶体管MCT 门极晶体管（三）、按控制信号的不同性质分1、电流型：一般通过从控制极注入或抽出控制电流的方式来实现对导通和关断的控制如：双极型的器件特点：两种粒子参与导电，具有通态压降小，导通损耗小缺点：控制功率大，驱动电路复杂，工作频率低，有二次击穿现象。

2、电压型：利用场控原理控制的电子电力器件，其导通和关断是由控制极上的电压信号控制的，控制极电流极小。

如：单极型器件特点：仅有一种粒子参与导电，具有控制功率小，驱动电路简单，工作频率高，无二次极穿，安全工作区宽。

缺点：通态压降大，导通损耗大。

2、混合型：利用双极型作为它的输出极，用单极型作为它的输入极，发扬了两种器件的优点，屏弃了两者的缺点。

代表性器件是IGBT 绝缘栅双极性晶体管MCT 门极晶体管目前，通用变频器中使用的主要开关器件是BJT 双极晶体管IGBT 绝缘栅双极性晶体管IPM 智能模块从趋势上看，由于IGBT性能优于BJT, 目前逐步用IGBT来取代BJT，使用IGBT的通用变频器单台容量已达1500KW.。

二、BJT（双极型晶体管）（一）、BJT的主要参数1、开路阻断电压此参数体现了BJT的耐压能力，通常给出三个值（1）、U CBO集-----基间承受的电压，（2）、U CEO集-----发间承受的电压（3）、U CEO (SUS) 基----发开路，在集-----发间加电压通常U CEO (SUS)< U CEO（1）、（2）、项主要反映一次击穿时对应的电压值，380V交流电网中使用的变频器大多用1200V的BJT。

2、集电极最大持续电流I C当基极正向偏置时集电极能通过的最大电流。

I C和开路阻断电压体现了BJT的容量，如，1200V / 300A是指U CEO是1200V，I C是300A，通用变频器中常用30—400A的BJT模块。

3、电流增益h FEh FE=I C / I B目前，达林顿型的BJT 的h FE是50-----20000，一般选管时取I C <h FE ·I B4、开关频率BJT作为开关管时的工作频率值，一般给出以下三个参数导通时间t ON= t d+ tτt d—电荷中和时间；tτ—上升时间存储时间 ts下降时间t ft off = t s+t f（二）、BJT的安全工作区由于BJT处于开关状态工作，损坏最多的就是容易击穿，而击穿中最容易损坏管子的是二次击穿。

一次击穿是pn结的雪崩击穿，二次击穿是指在强大电场作用下，发射结电场的聚集效应而导致集电极电流集中在反向偏置的集电结的很小范围内，从而产生过热点而击穿。

正向安全工作区（FBSOA）：用于管子的导通，从基极电流为0到极极电流等于IB1时，IC 和UCE的承受能力反向安全工作区（RBSOA）：用于管子的关断，说明管子在关断时UCE 和IC的变化范围（三）、BJT的驱动主要是指基极驱动信号，具体说有三个信号要考虑，1）、正向偏置基极电流IB12)、反向偏置基极电流IB23）、电流上升率理想的驱动波形：（四）、BJT 的保护1）、过电压保护2）、过电流保护（五）、BJT 的选用1）、阻断电压的选用直流电压按下式计算 V IN d K U U β2=v d CEP U U β)10015.1(+=BJT 的阻断电压U CEO 和U CEO(SUS)应大于此值2）、电流的选用003U I P ∙∙= inU P I ∙∙=9.030 I C K I I β102≥ 二、IBGT (绝缘栅双极型晶体管)（一 ）、特点： 输入端阻抗高，是场控元件，是MOSFET 特性，输出端饱和压降低，是BJT 特性。

驱动电路简单，保护容易，开关频率高，不用缓冲电路。

通用变频器中IGBT 逐步取代BJT 。

（二）、主要参数：Uceo 集——发额定电压Uges 栅——发额定电压，目前大部分是+20V .Ic 集电极额定电流Uce 集——发饱和电压，此值越小，管子的损耗越小。

开关频率 是以导通时间Ton 和下降时间Tf 及关断时间给出（四）使用IGBT 的注意事项1）、一般IGBT 的驱动极正向驱动电压Uge 应保持在15——20V ,2)、使IGBT 关断的栅极驱动电压—Uge 应大于5V ,3)、使IGBT 时，应该在栅极和驱动信号之间加一个栅极驱动电阻Rc,4)、为了保护管子因短路而损坏应在栅发间加一个稳压二极管。

三、其他电力半导体器件（一）、电力MOS 场效应晶体管（MOSFET ）MOSFET 是IGBT 发展的基础，其结构和我们讲的“MOS “集成电路相同，具有MOS 电路输入阻抗高、驱动功率小、工作速度快的特点，容量比MOS 集成电路大多了。

输出特性曲线和IGBT 相似。

只有当U GS > U GS(th)(阀值电压)，漏——源之间才导通，才出现I D当U GS< U GS(th) 漏——源之间断开，无I D主要参数有1）、最大漏极电流I D2)、漏——源间的击穿电压3）、导通电阻R ON4)、阀值电压U GS(th), 是沟道导通在栅—源间施加的最小电压。

5）、开关频率（二）、门极关断晶体管（GTO）与普通的SCR相比，GTO可以自行关断，只要改变控制极信号的极性，即可实现关断。

耐压高，电流大，浪涌能力强，造价低。

主要参数与普通的SCR相同。

（三）、场控晶闸管（MCT ）这是MOS栅控晶闸管，结构与普通的SCR相同，只不过是MOS电路，特点：输入阻抗高，门极有很小的触发脉冲，就能控制它导通，正脉冲电压控制关断，负脉冲电压控制导通。

1）、触发功率小 2）、工作频率高3）、输出电压低 4）、易于串并联（四）、智能电力模块（IPM ）有时还称为智能集成模块（SPIC）, IPM的特点：1）、内含驱动电路，设定了最佳IGBT驱动电路。

2）、内含过流保护，3）、内含控制电源欠电压保护4）、内含过热保护5）、内含报警输出，6）、内含制动电路7）、散热效果好（五）、电力晶体管（GTR）具有自关断能力，开关时间短，饱和压降低，安全工作区宽。

加电动机原理、等效电路、调速特性、制动特性、第二章：通用变频器的原理调速：直流调速和交流调速。

直流调速：特点调速平滑，噪音小，调速范围宽，静、动态指标好。

缺点：体积大，装置复杂，故障率高交流调速：分定子调压：性能差，小功率，范围窄转差离合器调速：体积大、功率小、静态指标好、故障率高变频调速：调速范围宽、能实现无级调速、目前是方向变频器有两种；高压大容量变频器和通用变频器（重点讲的）通用变频器中，主要以GTO、、BJT、IGBT为主开关器件的正弦脉宽调制式（SPWM）变频器为主流。

一、变频器的基本原理：（一）、基本控制方式)1(160s pf n -= 因为 m N f E U Φ∙∙∙=≈1144.411当改变f 1时，在U1不变的情况下，Фm 变化分两种情况。

（1）、基频以下的恒磁通变频调速为保持Фm 不变，要保持 U1 / f1= 常数，要同时调压和调速，这段调速叫恒转矩调速，（2）、基频以上的弱磁调速f1上升，U1受额定电压限制，不能提高，必然使Фm 减小，相当于转矩减小，是恒功率调速。

见书上68页图2-5，异步电机变频调速控制特性图。

异步电机变频调速机械特性图低频定子电压补偿控制特性图。

所以，变频调速必须按一定规律同时改变其定子电压和频率，也就是VVVF 调速控制。

二、变频器的基本构成见图：p70页图2-7变频器分：交——交变频（直接式）； 交——直——交变频（间接式） 具体如下：1）、整流器：它的作用是把三相交流电整流成直流电，2）、逆变器：常见的结构形式是利用六个半导体主开关器件组成的三相桥式逆变电路。

3）、中间直流环节：无功能量的储存，中间直流储能环节。

4）、控制电路：完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压的控制，完成各种保护功能三、变频器的分类；按直流电源的性质分电流型：优点；电机处于再生状态时，回馈到直流侧的电能可以直接回馈到电网，一般用于大容量的风机、泵类。

缺点；内阻大，因中间大电感近似恒流源，其电压接近正弦波，电流是方波或阶梯波。

逆变器中晶闸管每周导通1200。

电压型;优点：，主回路直流电源相当于恒流源，所以，电压是方波或阶梯波，电流是正弦波，电源内阻小，晶闸管导通180度。

缺点：向电网馈送电能比较麻烦。

（要采用专门的逆变器）按输出电压调节方式1）、PAM 方式；（脉冲调幅调节方式）通过改变直流电压的幅值进行调压，在变频器中，逆变器负责调节输出频率，相控整流器或斩波器负责调节输出电压，PAM 调节方式有两种： 相控整流和斩波整流书上图2-9是相控整流器调压图，2-11是斩波整流器调压图，相控整流当深度加深时功率因数降低，斩波整流器功率因数可以达到一。

2）、PWM方式（脉冲宽度调节方式）变频器中的整流器采用不可控的二极管整流器，变频器的输出电压和输出频率的调节均由逆变器按PWM方式来完成。

目前常用的是SPWM控制方式。

3）、高载波频率的PWM方式此方式与第二项的区别在于调制频率很高，开关管常采用IGBT或MOSFET.。

可以降低调速时的噪音，一般在10-20KZ，作到静音调速。

按控制方式分1）、U / F控制（就是VVVF控制方式）属于转速开环控制，无需速度传感器，控制电路简单，负载可以是通用标准异步电动机，通用性强。

经济性好，目前应用最广。

一般是用于调速精度要求不高或负载变动较小的场合。

2）、转差频率控制方式（转差补偿的闭环控制）与U/F控制方式相比，调速精度提高，但通用性差，不常用。

3）、矢量控制主要是从提高电机动态性能的方面着手的一种方法。

基本原理是：直流电机动态性能好，主要是磁通Ф和电枢电流Ia可以分开独立控制。

依照这种原理把异步电动机的定子电流分成两个分量，即磁场分量和转矩分量，使它们完全解藕开来，分别加以控制。

实际是借助于坐标变换把异步电机的物理模型设法变为等效直流电机模式，变换时原则是在不同的坐标系下电动机模型所产生的磁动势不变。