变频器主电路常用电力半导体器件
变频器概述
概述主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。
电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。
它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路整流器大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。
也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。
平波回路在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。
为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。
装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。
逆变器同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。
以电压型pwm逆变器为例示出开关时间和电压波形。
控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。
（1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。
（2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。
（3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。
它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。
（4）速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg 等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。
（5）保护电路：检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏功能作用变频节能变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。
常用电力电子器件介绍
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• （一）、基本结构 • 是一种大功率晶体管，又叫双极型晶体管（BJT），GTR在结构上常用达林顿
结构形式，是由多个晶体管复合组成的大功率晶体管，通过与反相续流二极 管并联组成一个模块，如图2-4所示。
• GTR也具有三个极，分别是基极（B）、发射极（E）、集电极（C）。 • （二）、GTR的工作特点 • GTR如同普通的晶体管一样，也有三种工作状态，即放大、饱和及截止状态，
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两个晶体管相互复合,当有足够的门极电流Ig时，就会形成强烈的正反馈，即
• 此时两个晶体管迅速饱和导通，即晶闸管饱和导通。 • 若要关断晶闸管，则应设法使晶闸管的阳极电流减小到维持电流以下。
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《变频器技术》课程标准(教学大纲,考核标准)
课程标准《变频器技术》课程标识课程代码: 15002适用专业: 机电一体化技术等学时数: 72学分数: 4执笔人:一、课程概述1.课程性质变频技术是机电一体化专业、电气自动化专业必修课，是针对电气维修工艺员、电气设备安装维护工从事的机电设备的维护检修和试验、故障排除及维护管理工作等岗位需要的实际工作能力而设置的一门核心课程。
通过本课程的学习要求学生能够熟练掌握交流变频系统的工作原理、实现方法、机械特性、运行特点及适用场合，使学生在掌握本课程的基础上，经过实验环节有能力分析和设计交流变频系统。
本课程要求学生必须掌握本专业的必备基础理论知识和专业知识,掌握从事机电一体化专业领域实际工作的基本能力和基本技能,具有对交流变频系统的安装、调试、电气控制设备的运行与维护及故障检修等能力。
《变频技术》是3年制高职机电类专业学生必须掌握的一门理论性和实践性都很强的专业基础课，该课程的主要目标是为了提高学生选择、使用和维护变频器及电气控制设备的能力；使学生掌握变频器的结构、基本工作原理、运行特性；熟悉变频器电气控制设备的分析调试维护方法，培养学生培养学生辩证唯物主义观点、实事求是的科学态度、逻辑思维能力、分析生产实际问题和解决实际问题的能力，培养学生的团队协作、勇于创新、敬业乐业的工作作风。
在对按照工作任务要求后，设定了认识变频器、变频器的的基本运行、变频器与继电器组合控制、变频器运行与分析、变频调速应用五个学习情境。
这五个学习情境按照基于工作过程的教学模式展开教学，用六步法（资讯、计划、决策、实施、检查、评估）对每一个情境进行教学实施，有助于提高学生的动手能力、自学能力、创新能力以及岗位能力等各项素质。
2.培养目标根据3年制高职电类专业教学计划的要求，本课程应该达到以下教学目标：方法能力目标●培养学生谦虚、好学的能力。
●培养学生勤于思考、刻苦钻研、事实就是、勇于探索的良好品质。
●培养学生勤于思考、做事认真的良好作风。
变频器中常用的电力电子器件
能力目标： 1、能够使用万用表判别常用电力电子器件的好坏。 2、能够使用万用表区分常用电力电子器件的极性。 3、能够对常用电力电子器件的触发能力进行检测。 4、能够使用常用的电力电子器件设计简单电路。
2.1 晶闸管SCR
电力电子器件是变频器主电路的核心元件，实现电能变 换与控制的半导体器件。电力电子器件的特点主要有：① 能承受的电压高，允许通过的电流大；②通常工作在开关 状态；③功耗大、温度高，一般需要安装散热片；④所处 理的电功率大，工作时需要驱动电路提供足够的控制信号 。
由于晶闸管的过载能力差，在实际应用时额定电流一般取1.5～2倍的安 全裕量，即
IT(AV)=(1.5～2)IT/1.57
(2-2)
式中：IT为正弦半波电流的有效值。
3．通态平均电压UT(AV)
当晶闸管中流过额定电流并达到稳定的额定结温时，阳极与阴极之
间电压的平均值，称为通态平均电压。当额定电流大小相同而通态平
一般应按工作电路中可承受到的最大瞬 时值电压UTM的2～3倍来选择晶闸管的额定 电压 ，即
UTN=(2～3)UTM
(2-1)
图2-5晶闸管的阳极伏安特性曲线
2.1 晶ห้องสมุดไป่ตู้管SCR——SCR的参数
2．额定电流IT(AV)
晶闸管的额定电流也称为额定通态平均电流，即在环境温度为40℃和 规定的冷却条件下，晶闸管在导通角不小于170°的电阻性负载电路中 ，当不超过额定结温且稳定时，所允许通过的工频正弦半波电流的平 均值。将该电流按晶闸管标准电流系列取值，称为该晶闸管的额定电 流。
2.1.3 SCR的参数
1．额定电压UTN
由图2-5所示晶闸管的阳极伏安特性曲线 可见，当门极开路，器件处于额定结温时 ，根据所测定的正向转折电压UB0和反向击 穿电压UR0，由制造厂家规定减去某一数值( 通常为100V)，分别得到正向不可重复峰值 电压UDSM和反向不可重复峰值电压URSM， 再各乘以0.9，即得正向断态重复峰值电压 UDRM和反向阻断重复峰值电压URRM。将 UDRM和URRM中较小的那个值取整后作为该 晶闸管的额定电压值。
变频器控制电机的频率和电压
变频器控制电机的知识你了解多少？我们都知道，变频器是从事电气工作所应该掌握的一种技术，使用变频器控制电机是电气控制中较为常见的方法；有的也要求一定要熟练运用。
今天小编就以浅薄的知识整理归纳相关的知识点，内容或有重复，旨在和大家分享变频器和电机之间的那些奇妙关系。
首先，为什么要用变频器控制电机？我们先简单的了解下这两个设备。
电机是一个感性负载，它阻碍电流的变化，在启动的时候会产生电流的较大变化。
变频器，是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。
它主要由两部分电路构成，一是主电路（整流模块、电解电容和逆变模块），二是控制电路（开关电源板、控制电路板）。
为了降低电动机的启动电流，尤其是功率较大的电机，功率越大，启动电流越大，过大的启动电流会给供配电网络带来较大的负担，而变频器能够解决这个启动问题，让电机平滑启动，而不会引起启动电流过大。
使用变频器的另一个作用就是对电机进行调速，很多场合需要控制电机的转速以获得更好的生产效率，而变频器调速一直是它最大的亮点，变频器通过改变电源的频率以达到控制电机转速的目的。
变频器控制方式都有哪些？变频器控制电机最常用的五种方式如下：低压通用变频输出电压为380～650V，输出功率为0.75～400kW，工作频率为0～400Hz，它的主电路都采用交—直—交电路。
其控制方式经历了以下四代。
1U/f=C的正弦脉宽调制(SPWM)控制方式其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。
但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。
另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。
变频器结构与原理
作用
逆变电路部分：将直流电逆变成频率、幅值都可调的交流电 元件 三相逆变桥 V1~V6 续流二极管 VD7~VD12 制动电阻RB和 制动三极管VB
作用
通过逆变管 V1~V6按一定规 律轮流导通和截 止，将直流电逆 变成频率、幅值 都可调的三相交 流电
在换相过程中为 电流提供通路
限制过高的电流和 电压，保护逆变管 免遭损坏
2
二、变频器的定义及分类
1、定义： 变频器是一种利用电力半导体器件的通断作用， 将工频交流电换成频率、电压连续器的种类很多，分类方法也有多种，常见的分类方式见表
分类方式 按供电 电压分 种类 分类方式 种类
低压变频器(110V 220V 380V) 中压变频器(500V 660V 1140V) 高压变频器(3kV 3.3kV 6kV 6.6kv 10kV)
按供电电 源相数分 按变换环节 分
4
三、变频器的基本结构：
目前，变频器的变换环节大多采用交－直－交变频变压方 式。交－直－交变频器是先把工频交流电通过整流器变成直 流电，然后再把直流电逆变成频率、电压可调的交流电。通 用变频器主要由主电路和控制电路组成，而主电路又包括整 流电路、直流中间电路和逆变电路三部分，其基本构成框图 如图所示。
5
1、变频器的主电路：
下图所示为通用变频器的主电路，各部分的作用见表
6
整流电路部分：将频率固定的三个交流电变换成直流电
元件 三相整流桥 滤波电容器CF 限流电阻RL与开关S 接通电源时，将电 容器CF的充电冲击 电流限制在允许范 围内，以保护整流 桥。而当CF充电到 一定程度时，令开 关S接通，将RL短路 。在有些变频器里 ，S由晶闸管代替 缓冲电路R01~R06、 VD01~VD06、 C01~C06 电源指示灯HL HL除了表示电源是否接 通外，另一个功能是变 频器切断电源后，指示 电容器CF上的电荷是否 已经释放完毕。在维修 变频器时，必须等HL完 全熄灭后才能接触变频 器的内部带电部分，以 保证安全 将交流电变换成 滤平桥式整流后 脉动直流电。若 的电压纹波，保 电源线电压为UL, 持直流电压平稳 则整流后的平均 电压UD=1.35UL
变频器基础原理知识
变频器基础原理知识1、什么是变频器？变频器由几部分组成？变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。
变频器由两大部分组成，即主电路和控制电路。
(1)主电路包括整流滤波电路、逆变电路、制动单元。
(2)控制电路包括计算机控制系统、键盘与显示、内部接口及信号检测与传递、供电电源、外接控制端子等。
2、PWM和PAM的不同点是什么？PWM是英文Pulse Width Modulation(脉冲宽度调制)缩写，按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调制方式。
PAM是英文Pulse Amplitude Modulation (脉冲幅值调制) 缩写，是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度，以调节输出量值和波形的一种调制方式。
3、电压型与电流型有什么不同？变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。
4、为什么变频器的电压与频率成比例的改变？任何电动机的电磁转矩都是电流和磁通相互作用的结果，电流是不允许超过额定值的，否则将引起电动机的发热。
因此，如果磁通减小，电磁转矩也必减小，导致带载能力降低。
由公式E=4.44*K*F*N*Φ可以看出，在变频调速时，电动机的磁路随着运行频率fX是在相当大的范围内变化，它极容易使电动机的磁路严重饱和，导致励磁电流的波形严重畸变，产生峰值很高的尖峰电流。
因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。
这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。
5、变频器安装时布线的主要原则是什么？（1）当外围设备与变频器共用一供电系统时，要在输入端安装噪声滤波器，或将其他设备用隔离变压器或电源滤波器进行噪声隔离。
变频器的电路原理图及其调速原理
变频器电路原理图一、变频器开关电源电路变频器开关电源主要包括输入电网滤波器、输入整流滤波器、变换器、输出整流滤波器、控制电路、保护电路。
我们公司产品开关电源电路如下图，是由UC3844组成的开关电路：开关电源主要有以下特点:1,体积小,重量轻:由于没有工频变频器，所以体积和重量吸有线性电源的20~30%2，功耗小，效率高：功率晶体管工作在开关状态，所以晶体管的上功耗小，转化效率高，一般为60~70%，而线性电源只有30~40%二、二极管限幅电路限幅器是一个具有非线性电压传输特性的运放电路。
其特点是：当输入信号电压在某一范围时，电路处于线性放大状态，具有恒定的放大倍数，而超出此范围，进入非线性区，放大倍数接近于零或很低。
在变频器电路设计中要求也是很高的，要做一个好的变频器维修技术员，了解它也相当重要。
1、二极管并联限幅器电路图如下所示：2、二极管串联限幅电路如下图所示：三、变频器控制电路组成如图1所示，控制电路由以下电路组成：频率、电压的运算电路、主电路的电压、电流检测电路、电动机的速度检测电路、将运算电路的控制信号进行放大的驱动电路，以及逆变器和电动机的保护电路。
在图1点划线内，无速度检测电路为开环控制。
在控制电路增加了速度检测电路，即增加速度指令，可以对异步电动机的速度进行控制更精确的闭环控制。
1)运算电路将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。
2)电压、电流检测电路与主回路电位隔离检测电压、电流等。
3)驱动电路为驱动主电路器件的电路，它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。
4)I/0输入输出电路为了变频器更好人机交互，变频器具有多种输入信号的输入(比如运行、多段速度运行等)信号，还有各种内部参数的输出“比如电流、频率、保护动作驱动等)信号。
5)速度检测电路以装在异步电动轴机上的速度检测器(TG、PLG等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。
变频器基础知识
2.2.3 逆变电路
PWM变压变频器常用的功率开关器件 有：P-MOSFET，IGBT，GTO和替代 GTO的电压控制器件如IGCT、IEGT等。 受到开关器件额定电压和电流的限制， 对于特大容量电机的变压变频调速仍只好 采用半控型的晶闸管（SCR），并用可控 整流器调压和六拍逆变器调频的交-直-交 变压变频器。
图2-20-a 电流源型交-直-交变压变频调速系统的两种运行状态
2.2.2 滤波电路
当电动运行时，UCR的控制角 < 90 ，
工作在整流状态，直流回路电压 Ud 的极
性为上正下负，电流 Id 由正端流入逆变器
CSI，CSI工作在逆变状态，输出电压的频
率1 > ，电动机以转速运行，电功率的
2.2 变频器主电路基本构成
2.2.1 整流电路
整流电路分为可控整流电路和不可控整流电路两种。 （1）不可控整流电路
U d 2.34U 2 1.35U l
513V
Ud
特点：不可控整流电路简 单，优点是输入电流和电 源电压基本可保持同相位， cosφ≈1。但是整流器的 输出端如果接电容滤波， 输入电流不是正弦波，有 较大的畸变，所以功率 因数不为1。
从整体结构（变流环节不同）上看，电力 电子变压变频器可分为交-直-交和交-交两大 类。
（1）交-直-交变压变频器
交-直-交变压变频器先将工频交流电源通 过整流器变换成直流，再通过逆变器变换成 可控频率和电压的交流，如下图所示。
2.2.3 逆变电路
• 交-直-交变压变频器基本结构
恒压恒频 (CVCF) AC 50Hz~
可靠截止-5V~-15V
思考题：
1. 2.
目前，在中小型变频器中普遍采用的 电力电子器件是什么？IGBT GTR(电流)和 IGBT(电压)属于什么控 制型元件。
变频器的基础知识,原理及应用
三、变频器如何改善电机的输出转矩
转矩提升：常规的 V/F 控制，电机定子上的电压降随着电机速度的降低而 相对增加，这就导致电机励磁不足而不能获得足够的旋转力。为了补偿这个 不足， 变频器需要提供一个补偿电压， 来补偿电机速度降低而引起的电压降。 变频器的这个功能叫转矩提升， 通过增加变频器的输出电压(主要在低频时)，
其他关于散热的问题： 在海拔高于 1000m 的地方，因为空气密度降低，因此应加控制柜的冷却风 量以改善冷却效果。理论上变频器也应考虑降容，海拔每升高 1000m，变 频器降容 5%，但是也要看具体的应用，因为变频器设计的负载能力和散热 能力一般比实际使用的要大， 开关频率：变频器的发热主要来自于 IGBT，IGBT 的发热主要集中在“开” 和“关”的瞬间。IGTB 开关频率高时，变频器的发热量就自然变大了。有 的厂家宣称降低开关频率可以扩容就是这个道理。
电力电子技术中的功率半导体器件
电力电子技术中的功率半导体器件在现代化的电力系统中，功率半导体器件的使用越来越普遍，功率半导体器件在电力调节和控制方面有着非常广泛的应用。
功率半导体器件能够提供更好地设备保障、更灵活的电力控制以及更高效的能源利用。
一、功率半导体器件的概述功率半导体器件的发展历程可以追溯到二十世纪四十年代，早期的功率半导体器件有大功率晶闸管和放电管。
随着技术的不断发展，功率半导体器件通过不断的改良和优化，涌现出了各种新型的功率半导体器件如IGBT、MOSFET和GTO等。
近年来，功率半导体器件的的不断进化和应用在电力控制领域中，不但可以对设备的损耗进行有效地控制，还能在节能、提升电力质量等方面发挥重要的作用。
二、主要功率半导体器件的应用1. 大功率晶闸管大功率晶闸管在高压、高温和高功率的情况下，依然能够保持稳定的工作。
因此大功率晶闸管被广泛应用于高速电机驱动、直流电源等高功率控制领域。
另外，大功率晶闸管还在高压直流输电和高压脉冲电源中得到了广泛应用。
2. MOSFETMOSFET是一种晶体管，它的由于其工作电压低、开关速度快、灵活性高等特点，因此MOSFET被广泛应用于DC-DC变换器、高频电源、模拟和数字电路、低电平驱动电路、可编程逻辑和其他的大规模集成电路等领域。
3. IGBTIGBT在中高压交流电源和三相电源中得到了广泛的应用。
IGBT的优点是其结构设计紧凑、可靠性高、容量大、参数化的组合性好等，因此IGBT被广泛地应用于变频器、电力传动、电力电源和各种控制领域等。
4. GTOGTO是一种双向可控整流器的半导体器件，具有电流自我斩波、双向可控和造旋模式等特点，可以用于逆变器、直流调制变换器和自由电路制保护等领域中。
三、功率半导体器件的趋势现在，随着电力信息化和节能环保的需求日益增长，功率半导体器件市场也迎来了新的发展机遇。
未来功率半导体器件市场将面临着更多的发展机遇和挑战。
随着技术的不断进步，功率半导体器件将能在更多领域中得到应用，同时也将面临技术革命和市场竞争等问题。
常见功率半导体器件及其主要特点
常见功率半导体器件及其主要特点一、概述功率半导体器件是现代电子电气设备中不可或缺的组成部分，它承担着电能的调节、放大和转换任务。
在众多功率半导体器件中，普遍应用的包括晶闸管、场效应管、绝缘栅双极晶体管（IGBT）、功率二极管等。
这些器件各自具有不同的特点和应用范围，下文将对其进行详细介绍。
二、晶闸管晶闸管是最早出现的功率半导体器件之一，其主要特点包括：1. 器件结构简单，工作可靠。
2. 具有单向导电性。
3. 具有双向触发能力。
4. 适用于高压、大电流场合。
5. 效率高、损耗小。
晶闸管广泛应用于直流调速、大功率变频器、交流电能控制等领域。
三、场效应管场效应管又称为MOSFET，其主要特点包括：1. 体积小、重量轻。
2. 导通电阻小、功率损耗小。
3. 开关速度快、可靠性高。
4. 控制电路简单、使用方便。
场效应管广泛应用于开关电源、电力电子设备、汽车电子系统等领域。
四、绝缘栅双极晶体管（IGBT）IGBT是由绝缘栅双极晶体管和场效应管结合而成的器件，其主要特点包括：1. 具有MOSFET的输入特性和GTR的输出特性。
2. 导通压降低、导通电阻小。
3. 具有高开关速度。
4. 具有大功率、高频率的特点。
IGBT广泛应用于变频调速、逆变器、电动汽车驱动等领域。
五、功率二极管功率二极管是一种常见的半导体器件，其主要特点包括：1. 低开启电压、低通态电压降。
2. 热稳定性好、动态特性好。
3. 寿命长、可靠性高。
4. 具有快速恢复特性。
功率二极管广泛应用于整流器、逆变器、交流稳压电源等领域。
六、结语功率半导体器件在现代工业生产和生活中发挥着重要作用，不同的器件具有不同的特点和应用范围，能够满足各种电能调节、转换的需求。
随着科技的不断发展，功率半导体器件的性能和应用范围将会不断扩大，为人类创造更加便利和高效的生活和工作环境。
七、功率半导体器件的发展趋势随着现代电子技术的发展和能源的需求不断增长，功率半导体器件的应用也愈发广泛。
变频器常用电力电子器件
教案首页
课题：变频器常用电力电子器件
教学目的要求： 1. 了解变频器中常用电力电子器件的外形和符号 2.了解相关电力电子器件的特性
教学重点、难点：
重点：1. 认识变频器中常用电力电子器件
2. 常用电力电气器件的符号及特性
难点：常用电力电气器件的特性
授课方法：讲授、分析、图示
教学参考及教具（含多媒体教学设备）：
《变频器原理及应用》机械工业出版社王延才主编
授课执行情况及分析：
在授课中，主要从外形结构、符号、特性等几方面对变频器中常用的电力电子器件进行介绍。
通过本次课的学习，大部分学生已对常用电力电子器件有了一定的认识，达到了预定的教学目标。
板书设计或授课提纲。
(完整版)《变频器内部结构》
• 制动单元BV的功能是控制放电回路的工作。具体地说，当直 流回路的电压UD超过规定的限值时，VB导通，使直流回路通 过RB释放能量，降低直流电压。而当UD在正常范围内时，BV 将可靠截止，以避免不必要的能量损失。
四、主电路
• 将上述各部分电路汇总后成为主电路，如下图所示。
• 短路开关SL的作用是：限流电阻RL如长期接在电路内，会影 响直流电压UD和变频器输出电压的大小。所以，当UD增大 到一定程度时，令短路开关SL接通，把RL切出电路。SL大多 由晶闸管构成，在容量较小的变频器中，也常有接触器或继 电器的触点构成。
3、电源指示
• 电源指示灯HL除了表示电源是否接通外，还有一个十分重 要的功能，即在变频器切断电源后，表示滤波电容器CF上 的电荷是否已经释放完毕。
第六章：变频器内部结构
• （1）电容C01-C06。逆变管V1-V6每次由导通状态转换成 截止状态的过程中，集电极（C极）和发射极（E极）之间 的电压UCE将极为迅速地由近乎0V上升至直流电压值UD。 在此过程中，电压增长率是很高的，将容易导致逆变管的损 坏。C01--C06的功能便是减小V1-V6在关断时的电压增长 率
1、 全波整流电路 • 在SPWM变频器中，大多采用桥式全波整流电路。在中、
小容量的变频器中，整流器件采用不可控的整流二极管或 二极管模块，如图中的VD1-VD6所示。 • 当三相线电压为380V时，整流后的峰值电压为537V，平 均电压为515V。
整流电路 Um m Ud0
单相全波 2U 2 * 2
2、能耗电路的构成
• 能耗电路由制动电阻RB和制动单元BV构 成，如图所示。电阻能耗制动采用的方 法是在变频器直流侧加放电电阻单元组 件，将再生电能消耗在功率电阻上来实 现制动。这是一种处理再生能量的最直 接的办法，它是将再生能量通过专门的 能耗制动电路消耗在电阻上，转化为热 能
PLC变频器
变频器自学系列-变频器主电路的功能分析这里主要分析一下变频器的主回路图，分析一下一些硬件的功能和作用。
一首先说整流电路整流一共有2种方式整流，可控（晶闸管）和不可控的（二极管）他们都有单向导电性，但是晶闸管必须在控制极加上控制电压后才可以正向导通；晶闸管主要用来整流，二极管除了整流，还可以检波、稳压。
二极管就2个极，晶闸管三个极，阴极阳极和控制极。
（1）晶闸管是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅，用作整流。
（2）各类整流二极管，肖特基二极管，半桥堆（2只整流二极管），全桥堆（4只整流二极管）。
这些统称整流桥。
下面讲下判断二极管和晶闸管是否被损坏的方法：晶闸管的测量方法：判别管脚：万用表置于（×10或×1）档，测量晶闸管任意两脚间的电阻，当指示为低阻值时，黑表笔所接的是控制极，红表笔所接的是阴极，余下的一脚为阳极，其它情况下阻值均应为无穷大，否则该管可能是坏的。
触发检测：万用表置于（×10或×1）档，将黑表笔接阳极，红表笔接阴极，万用表指示为不通（零偏），此时如果让控制极接触一下黑表笔，万用表应指示导通（接近满偏），即使断开控制极，只要阳极与阴极保持与表笔接触，就能一直维持导通状态，如果上述测量过程必能顺利进行，说明管子坏啦。
二极管的测量方法万用表置于（×100或×1k）档,两表笔分别接二极管的两个电极，测量一个结果后，对调两表笔再测量一个结果。
两次测量的结果中，一次的阻值较大（为反向电阻），一次的阻值较小（为正向电阻）。
如果正反向电阻值相差越大，说明二极管的单向导电特性越好。
如果正反向阻值均接近零，说明二极管内部已击穿短路或漏电严重，如果正反向阻值均为无穷大，说明二极管已开路损坏。
二现在讲一下滤波电路从图中我们可以看到有一个K8的开关和K8电阻，这个是一个限流控制。
在合闸瞬间，整流桥两端（P、N之间）相当于短路。
几种常用的功率器件(电力半导体)及其应用
目录
• 引言 • 几种常用功率器件介绍 • 电力半导体器件工作原理及特性 • 几种常用功率器件应用领域探讨 • 选型指南与使用注意事项 • 总结与展望
01
引言
背景与意义
功率器件是电力电子 技术的核心，广泛应 用于能源、交通、工 业等领域
功率器件的性能和可 靠性对电力电子系统 的效率和稳定性具有 重要影响
随着新能源、电动汽 车等产业的快速发展， 功率器件的需求不断 增长
功率器件概述
1
功率器件是一种能够控制、转换和传输电能的半 导体器件
2
主要类型包括二极管、晶体管、晶闸管、 MOSFET、IGBT等
3
功率器件具有耐压高、耐流大、开关速度快等特 点，是实现电力电子变换的关键元件
02
几种常用功率器件介绍
注意器件的开关顺序和时序
不正确的开关顺序或时序可能会导致电路故障或器件损坏。
确保良好的散热条件
功率器件在工作时会产生热量，需要确保良好的散热条件以防止器件 过热损坏。
06
总结与展望
回顾本次项目成果
深入研究了几种常用的功率器件(电力半导体)的工作原理和特性，包括晶 闸管、可关断晶闸管、电力晶体管、绝缘栅双极晶体管等。
描述器件在异常工作条件下的承受能力， 如过压、过流、过热等保护功能，确保器 件在恶劣环境下能够安全运行。
04
几种常用功率器件应用领 域探讨
电源供应器与适配器
开关电源
功率器件如MOSFET和IGBT在开 关电源中起到关键作用，实现高 效能、小体积的电源设计。
适配器
功率器件用于电压转换和电流控 制，使得适配器能够为各种设备 提供稳定的电源。
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。
我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。
变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。
整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。
变频器选型：变频器选型时要确定以下几点：1) 采用变频的目的；恒压控制或恒流控制等。
2) 变频器的负载类型；如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。
3) 变频器与负载的匹配问题；I.电压匹配；变频器的额定电压与负载的额定电压相符。
II. 电流匹配；普通的离心泵，变频器的额定电流与电机的额定电流相符。
对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。
III.转矩匹配；这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生。
4) 在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。
因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。
5) 变频器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这样情况下，变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。
6) 对于一些特殊的应用场合，如高温，高海拔，此时会引起变频器的降容，变频器容量要放大一挡。
变频器控制原理图设计：1) 首先确认变频器的安装环境；I.工作温度。
变频器内部是大功率的电子元件，极易受到工作温度的影响，产品一般要求为0～55℃，但为了保证工作安全、可靠，使用时应考虑留有余地，最好控制在40℃以下。
在控制箱中，变频器一般应安装在箱体上部，并严格遵守产品说明书中的安装要求，绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。
变频器都使用了哪些电子元器件
变频器都使用了哪些电子元器件变频器作为现在主流的变频调速设备，在多种场合中都有应用。
变频器主要由整流桥的半导体整流器件和逆变桥的功率半导体开关器件组成的。
熟悉变频器电力电子元件才能更好的运用它。
用于整流桥的半导体整流器件有电力二极管整流桥﹑可控硅半桥，可控硅全桥和IGBT。
用于逆变桥的功率半导体开关器件有：晶闸管（SCR）；双极型晶体管（GTR）；门极可关断可控硅（GTO）：电力场效应晶体管（P-MOSFET）；电力晶体管（GTR）；绝缘栅双极型晶体管（IGBT）；静电感应晶体管（SIT）；MOS控制晶闸管（MCT）；智能功率模块（IPM）：集成门极换流晶闸管（IGCT）。
其中低压变频器逆变桥的功率半导体开关器件，采用最多的是智能功率模块（IPM）和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）；高(中)压变频器用晶闸管（SCR）﹑绝缘栅双极型晶体管（IGBT）﹑可关断可控硅（GTO）﹑集成门极换流晶闸管（IGCT）等。
1。
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变频器主电路常用电力半导体器件
•晶闸管的基本特性
➢ 晶闸管的伏安特性
第I象限的是正向特性 第III象限的是反向特性
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•晶闸管的伏安特性
•IG2>IG1>IG
变频器主电路常用电力半导体器件
•晶闸管的基本特性
1) 正向特性
➢ IG=0时，器件两端施加正向电压，正 向阻断状态，只有很小的正向漏电流 流过，正向电压超过临界极限即正向 转折电压Ubo，则漏电流急剧增大， 器件开通。
电力二极管的伏安特性
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变频器主电路常用电力半导体器件
•电力二极管的基本特性
2. 动态特性
➢ 动态特性 • 因结电容的存在，三种状态之间的转换必然有一个过 渡过程，此过程中的电压—电流特性是随时间变化的。
➢ 开关特性 • 反映通态和断态之间的转换过程
➢ 关断过程：
• 须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，
1-4变频器主电路常用电 力半导体器件
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2020/11/14
变频器主电路常用电力半导体器件
电力、电子器件
➢ 电子技术的基础
电子器件：晶体管和集成电路 电力电子电路的基础
电力电子器件
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变频器主电路常用电力半导体器件
电力电子器件的概念和特征
电力电子电路的基础 —— 电力电子器件
1. 概念:
➢ 电力电子器件（power electronic device）—— 可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的 变换或控制的电子器件
➢ 主电路（main power circuit）——电气设备或 电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务 的电路
2. 广义上分为两类:
电真空器件 (汞弧整流器、闸流管等电真空器件)
– 光触发可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘而应 用于高压电力设备中，其它都因不易控制而难以应用于 实践，称为光控晶闸管（Light Triggered Thyristor—— LTT）。
➢ 只有门极触发（包括光触发）是最精确、迅速而可靠 的控制手段
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变频器主电路常用电力半导体器件
➢ 基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样 ➢ 以半导体PN结为基础 ➢ 由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的 ➢ 从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装
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•电力二极管的外形、结构和电气图形符号 • a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
变频器主电路常用电力半导体器件
变频器主电路常用电力半导体器件
•电力二极管的基本特性
1. 静态特性
➢ 主要指其伏安特性
• 当电力二极管承受的正向 电压大到一定值（门槛电压 UTO），正向电流才开始明显增 加，处于稳定导通状态。与正 向电流IF对应的电力二极管两 端的电压UF即为其正向电压降。 当电力二极管承受反向电压时， 只有少子引起的微小而数值恒 定的反向漏电流。
④ 为保证不致于因损耗散发的热量导致器件温度 过高而损坏，不仅在器件封装上讲究散热设计， 在其工作时一般都要安装散热器。
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•1.1.2 •应用电力电子器件的系统组成
➢ 电力电子系统：由控制电路、驱动电路和以 电力电子器件为核心的主电路组成
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•控
•检测
•电路
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•不可控器件—电力二极管
➢ Power Diode结构和原理简单，工作可靠，自 20世纪50年代初期就获得应用。
➢ 快恢复二极管和肖特基二极管，分别 在中、 高频整流和逆变，以及低压高频整流的场合， 具有不可替代的地位。
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变频器主电路常用电力半导体器件
•PN结与电力二极管的工作原理
a) 双晶体管模型 b) 工作原理
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变频器主电路常用电力半导体器件
•晶闸管的结构与工作原理
➢ 晶体管的特性是：在低发射极电流下 是很小的，而 当发射极电流建立起来之后， 迅速增大。
➢ 阻断状态：IG=0，1+2很小。流过晶闸管的漏电流稍
大于两个晶体管漏电流之和。 ➢ 开通（门极触发）：注入触发电流使晶体管的发射极
接且安装方便 ➢ 平板型封装的晶闸管可由两个散热器将其夹在中间
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晶闸管的外形、结构和电气图形符号
a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
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•晶闸管的结构与工作原理
常用晶闸管的结构
•螺栓型晶闸管
•晶闸管模 块
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•平板型晶闸管外形及结构
变频器主电路常用电力半导体器件
• 1956年美国贝尔实验室（Bell Lab）发明了晶闸管 • 1957年美国通用电气公司（GE）开发出第一只晶闸管产品 • 1958年商业化 • 开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代 • 20世纪80年代以来，开始被性能更好的全控型器件取代 • 能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，在大容量的场合具
半导体器件 (采用的主要材料仍然是硅)
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变频器主电路常用电力半导体器件
•电力电子器件的概念和特征
同处理信息的电子器件相比，电力电子器 件的一般特征：
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① 能处理电功率的大小，即承受电压和电流的能 力，是最重要的参数。
② 电力电子器件一般都工作在开关状态。
③ 实用中，电力电子器件往往需要由信息电子电 路来控制。
有雪崩击穿和齐纳击穿两种形式，可能导致热击穿。
➢ PN结的电容效应：
PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结电容 CJ，又称为微分电容。
结电容按其产生机制和作用的差别分为势垒电容CB和扩散电容 CD 。
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变频器主电路常用电力半导体器件
•PN结与电力二极管的工作原理
➢ 造成电力二极管和信息电子电路中的普通二极 管区别的一些因素：
有重要地位
➢ 晶闸管往往专指晶闸管的一种基本类型——普通晶闸管， 广义上讲，晶闸管还包括其许多类型的派生器件
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•晶闸管的结构与工作原理
➢ 外形有螺栓型和平板型两种封装 ➢ 引出阳极A、阴极K和门极（控制端）G三个联接端 ➢ 对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联
•PN结与电力二极管的工作原理
➢ N型半导体和P型半导体结合后构成PN结。
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•PN结的形成
•其内漂向两离•空电角空交方的另侧子移扩间荷度间界向少一分。运散电构不电处是子区别这动运荷成同荷电阻（的留些。动量的也建子止对下不扩和达 范 被立和扩 本 了 能散漂到围称的空散区带移运移稳，为电穴运而正动动运定被耗场的动言、的，动值称尽被浓的则负正到最，为层称度，为电、对终形空、为差另多荷负方达成间阻别内一子但电区到了电挡，电方）不荷内动一荷层造场面向能称成态个区或成或又本任为为平稳，势了自吸区意空少衡定按垒各建引运移间子，的所区区电对动电，正由。强的场方，的在荷、空调多，区即杂界。负间的子质面
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•晶闸管的基本特性
Hale Waihona Puke 2. 动态特性PPT文档演模板
晶闸管的开通和关断过程波形
变频器主电路常用电力半导体器件
•晶闸管的基本特性
1) 开通过程
➢ 延 迟 时 间 td ：门极电流阶 跃时刻开始，到阳极电流 上 升 到 稳 态 值 的 10% 的 时 间。
2) 全控型器件
➢ 绝 缘 栅 双 极 晶 体 管 （ Insulated-Gate Bipolar
•通过Tr控an制sis信tor号——既IG可B控T）制其导通又可控制其关断， 又➢ 称电自力关场断效器应晶件体。管（电力MOSFET）
➢ 门极可关断晶闸管（GTO）
3) 不可控器件
➢ 电力二极管（Power Diode）
2) 电压驱动
仅通过在控制端和公共端之间施加一定 的电压信号就可实现导通或者关断的控制
➢ 按型照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的
情况分为三类：
1)
件 2)
件 3)
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件
单极型器 双极型器 复合型器
由一种载流子参与导电的器件
由电子和空穴两种载流子参与导电的器件
由单极型器件和双极型器件集成混合而 成的器件
•晶闸管的结构与工作原理
Ic1=1 IA + ICBO1
Ic2=2 IK + ICBO2
IK=IA+IG
IA=Ic1+Ic2 ➢ 式中1和2分别是晶体管V1
和 V2 的 共 基 极 电 流 增 益 ； ICBO1和ICBO2分别是V1和V2的 共基极漏电流。由以上式可 得
晶闸管的双晶体管模型及其工作原理
➢驱不动只电能电有压用路两和控。个 电端制流子决信，定号器的来件。控的通制和其断通是断由其, 因在主此电也路就中不承受需的要
变频器主电路常用电力半导体器件
•电力电子器件的分类
➢ 按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号 的性质，分为两类：
1) 电流驱动型
通过从控制端注入或者抽出电流来实 现导通或者关断的控制
电流增大以致1+2趋近于1的话，流过晶闸管的电流
IA（阳极电流）将趋近于无穷大，实现饱和导通。IA实 际由外电路决定。
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变频器主电路常用电力半导体器件
•晶闸管的结构与工作原理
➢ 其他几种可能导通的情况： • 阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应 • 阳极电压上升率du/dt过高 • 结温较高 • 光直接照射硅片，即光触发