变频器单元讲义

•器件介绍
❖ 熔断器
•熔断器介绍
❖ 熔断器是根据电流超过规定值一定时间后，以其自身产生的热量使熔体 熔化，从而使电路断开的原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用 于低压配电系统和控制系统及用电设备中，作为短路和过电流保护，是 应用最普遍的保护器件之一。 熔断器是一种过电流保护电器。熔断器主要由熔体和熔管两个部分及外 加填料等组成。使用时，将熔断器串联于被保护电路中，当被保护电路 的电流超过规定值，并经过一定时间后，由熔体自身产生的热量熔断熔 体，使电路断开，起到保护的作用。 以金属导体作为熔体而分断电路的电器。串联于电路中，当过载或短路 电流通过熔体时，熔体自身将发热而熔断，从而对电力系统、各种电工 设备及家用电器起到保护作用。具有反时延特性，当过载电流小时，熔 断时间长；过载电流大时，熔断时间短。因此，在一定过载电流范围内 至电流恢复正常，熔断器不会熔断，可以继续使用。熔断器主要由熔体、 外壳和支座3 部分组成，其中熔体是控制熔断特性的关键元件。
•整流桥
❖ 二极管只允许电流单向通过，所以将其接入交流电 路时它能使电路中的电流只按单向流动，即所谓 “整流”。 整流电路一般分“半波整流电路”和“全波整流电 路”以及所谓“桥式整流电路”，其连接方式与所 用整流元件数量都不同，效率也不相同，以四个性 能相同的整流元件（二极管）连接成桥式电路整流 效果最好，将构成桥式整流电路的整流元件封装在 一起，成为一个整体的元件，一般叫整流电桥，或 桥堆.
•功率单元控制以及驱动介绍
❖ 每个功率单元内均由一块控制板和一块驱动 板构成。
•控制板
❖ 控制板原理图
XS8(常 闭 )
XS1 V+
1 5 V-
高压控制电源
(直 流 电 压 输 入 )
XS2 8
+15V
21GNDFra bibliotekVCC
单元过热检测
GND
过压检测 (1150V)
5
缺相检测
1 (交 流 电 压 输 入 690VAC)
❖ 交流输入接整流桥串联点，整流输出是：正出负， 负出正，整流桥是双正出负，双负出正。
❖ 如图所示单相整流电路:
•三相整流电路介绍:
•三相整流电路介绍
❖ 通用型变频器的整流电路是由三相桥式整流 桥组成。它的功能是将工频电源进行整流， 经中间直流环节平波后为逆变电路和控制电 路提供所需的直流电源。三相交流电源一般 需经过吸收电容和压敏电阻网络引入整流桥 的输入端。网络的作用，是吸收交流电网的 高频谐波信号和浪涌过电压，从而避免由此 而损坏变频器。当电源电压为三相690V时， 整流器件的最大反向电压一般为1600— 2200V，最大整流电流为变频器额定电流的 两倍。
•IGBT逆变电路
❖ 逆变电路 逆变电路的作用是在控制电路的作用下，将直流电路输出的直流电源转换成频率 和电压都可以任意调节的交流电源。逆变电路的输出就是变频器的输出，所以逆 变电路是变频器的核心电路之一，起着非常重要的作用。 最常见的逆变电路结构形式是利用六个功率开关器件（GTR、IGBT、GTO等） 组成的三相桥式逆变电路，有规律的控制逆变器中功率开关器件的导通与关断， 可以得到任意频率的三相交流输出。 通常的中小容量的变频器主回路器件一般采用集成模块或智能模块。智能模块的 内部高度集成了整流模块、逆变模块、各种传感器、保护电路及驱动电路。如三 菱公司生产的IPMPM50RSA120，富士公司生产的7MBP50RA060，西门子公司 生产的BSM50GD120等，内部集成了整流模块、功率因数校正电路、IGBT逆变 模块及各种检测保护功能。模块的典型开关频率为20KHz，保护功能为欠电压、 过电压和过热故障时输出故障信号灯。
R-V+ R-G R-V-
❖ 单元驱动板原理及其功能介绍：
❖ 驱动板用于产生IGBT的驱动信号，并将IGBT的故 障信号反馈到单元控制板。驱动板通过端子XS5与 控制板端子XS6相连，其中L控制左桥臂上的Q1、 Q3 两个IGBT，R控制右桥臂上的Q2、Q4 两个 IGBT，Q1、Q3和Q2、Q4通过反相器互锁；/INHB 为IGBT禁止信号；/DR为IGBT的故障信号，反馈回 控制板用于单元保护。
控制板上的控制电源直接取自直流母线（通过XS1），经过 开关电源的隔离和变换后得到所需控制电源。因此，高压电 源失电后，控制电源并不会立即消失，控制板上的电源指示 灯经过几分钟后才能熄灭。这种取电方式可以确保高压电源 瞬时停电跟踪功能的实现。
•单元驱动板
❖ 单元驱动板原理框图
XS5
16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
➢ 电流驱动型和电压驱动型 具体形式可为分立元件的，但目前的趋势是采用 专用集成驱动电路 ➢ 双列直插式集成电路及将光耦隔离电路也集成 在内的混合集成电路 ➢ 为达到参数最佳配合，首选所用器件生产厂家 专门开发的集成驱动电路
❖ 逆变电路中都设置有续流电路。续流电路的功能是当频率下降时，异步电动机的 同步转速也随之下降。为异步电动机的再生电能反馈至直流电路提供通道。在逆 变过程中，寄生电感释放能量提供通道。另外，当位于同一桥臂上的两个开关， 同时处于开通状态时将会出现短路现象，并烧毁换流器件。所以在实际的通用变 频器中还设有缓冲电路等各种相应的辅助电路，以保证电路的正常工作和在发生 意外情况时，对换流器件进行保护。
整流桥实物图
•电解电容滤波电路介绍
❖ 滤波电路 变频器的负载属感性负载的异步电动机，无论异步电动机处 于电动或发电状态，在直流滤波电路和异步电动机之间，总 会有无功功率的交换，这种无功能量要靠直流中间电路的储 能元件来缓冲。同时，三相整流桥输出的电压和电流属直流 脉冲电压和电流。为了减小直流电压和电流的波动，直流滤 波电路起到对整流电路的输出进行滤波的作用。 通用变频器直流滤波电路的大容量铝电解电容，通常是由若 干个电容器串联和并联构成电容器组，以得到所需的耐压值 和容量。另外，因为电解电容器容量有较大的离散性，这将 使它们随的电压不相等。因此，电容器要各并联一个阻值等 相的匀压电阻，消除离散性的影响，因而电容的寿命则会严 重制约变频器的寿命
功率单元分类
1、通用型功率单元 2、能量回馈功率单元
•通用型功率单元外形
•能量回馈型功率单元外形
•通用型功率单元介绍
1. 原理介绍 2. 器件介绍 3. 内部原理框图介绍
•单元原理介绍
❖ 功率单元原理框图
L K
L
原理说明
❖ 输入电源端R、S、T接移相变压器二次线圈 的三相低压输出（690VAC），经三相二极管 全波整流为直流环节电容充电，电容上的电 压提供给由IGBT组成的单相H形桥式逆变电 路。
DRC
制模块2 V- DGND
L-G
1
L-V-
R+V+
XS3
V+
/ER
DRCM 驱动控
DCT DRG
5 2
DRC
制模块3 V- DGND
R+G
1
R+V-
R-V+
XS4
V+
/ER
DRCM 驱动控
DCT DRG
5 2
DRC
制模块4 V- DGND
R-G
1
R-V-
隔离电源3
L-V+ L-G L-V-
隔离电源4
➢ 对器件或整个装置的一些保护措施也往往设在 驱动电路中，或通过驱动电路实现
➢ 驱动电路的基本任务： ➢ 将信息电子电路传来的信号按控制目标的要求， 转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间， 可以使其开通或关断的信号 ➢ 对半控型器件只需提供开通控制信号 ➢ 对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要 提供关断控制信号
•功率单元控制方式说明
❖ 功率单元通过光纤接收信号，采用空间矢量 正弦波脉宽调制（PWM）方式，控制Q1～ Q4 IGBT的导通和关断，输出单相脉宽调制 波形。每个单元仅有三种可能的输出电压状 态，当Q1和Q4导通时，L1和L2的输出电压 状态为1；当Q2和Q3导通时，L1和L2的输出 电压状态为-1；当Q1和Q2或者Q3和Q4导通 时，L1和L2的输出电压状态为0。
功率单元
高压变频器控制型式
❖ PWM控制技术：所谓PWM技术就是利用半导体 器件的开 通和关断把直流电压变成一定形状的电压脉冲序列，来实现 频率、电压控制和消除谐波的一门技术，自关断器件的发展 为PWM技术铺平了道路，目前几乎所有的变频调速装置都 采用这一技术，PWM用于变频器控制可以明显改善输出波 形，降低电动机的谐波损耗，并减小转矩脉动，简化了逆变 器的结构，加快了调节速度，提高了系统的动态响应性能。
GND
VCC +15V R L /INHB /DR
GND +15V
隔离电源1
L+V+ L+G L+V-
隔离电源2
R+V+ R+G R+V-
L+V+
XS1
V+
DCT
5
/ER
DRCM 驱动控
DRG
2
DRC
制模块1 V- DGND
L+G
1
L+V-
L-V+
XS2
V+
/ER
DRCM 驱动控
DCT DRG
5 2
•输出波形图
•功率单元旁路介绍
❖ 功率单元可选单元旁路功能，当某个单元发生缺相 故障、过热和驱动故障而不能继续工作时，该单元 及其另外两相相应位置上的单元将自动旁路，此时 旁路开关K导通，以保证变频器连续工作，并发出 旁路报警。单元旁路时，变频器因运行单元数量减 少，额定输出电压能力将降低，但当变频器本身运 行频率较低，如6kV系列运行频率低于40Hz时， 10kV系列运行频率低于43.7Hz时，变频器将自动提 高工作单元的输出电压，而保证变频器输出性能不 变，实现无扰动自动旁路。（注：功率单元故障有 驱动故障、过热故障、缺相故障三种）