变频器内部结构

第六章：变频器内部结构 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。
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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。
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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。
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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
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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。
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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。
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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。
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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
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6.2高压变频器主电路拓补结构
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
第六章：变频器内部结构 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。
第六章：变频器内部结构 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。 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。
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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。
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4.过压/欠压保 护电路
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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。
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第六章：变频器内部结构 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 )。
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。
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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。
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8.开路集电极输出 端子
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 单片机。
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第六章 变频器内部结构
6.1
变频器的组成
变频器为了适应工程需要，要有一系列控制端子，要有操 作面板，要能够进行程序的读出写入，变频器内部，为了进行
工作时的保护，要设臵相应的保护电路。
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变频器结构框图
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6.1.1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。
2）缺点
输入电路采用直接整流，输入电流谐波大。为了减小对输入的 影响，可在输入端加入滤波器或采用PWM整流（电路如下图），达到 完美无谐波。
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PWM整流高压串联变频器
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第六章：变频器内部结构 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。
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3.高—高型
高—高型变频器的电路结构如图所示。它是直接将电源高压加到变频器， 通过变频器整流、逆变驱动高压电动机。
高压变频器从电路结构上最简单，但要解决开关器件的串联均压等技术 问题。
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成都佳灵电气制造有限公司根据十几年生产变频器的经验，攻克 了器件串联的技术难关，在1999年研究出了具有自主知识产权的直 接串联IGBT中压变频器，并申请了专利。
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1）驱动电路 隔离放大、驱动放大电路、驱动电路电源 ①光耦隔离电路 图中IC为PWM输出和驱动电路的隔离电路。当驱动电路损坏不至于将故 障扩大到PWM发生电路。 ②V1为第一级放大；V2、V3为输出跟随器，提高输出能力。 ③图中稳压管DZ使电源电压稳定在20V。 注：隔离电路中的光耦隔离集成块容易损坏。
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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
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1）逆变原理 下面分析怎样将一个直流电变为 正弦波的问题。
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）。
第六章：变频器内部结构 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。
第六章：变频器内部结构 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。
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1.高-低-高变频器
它是把电网的高压或中压经降压变压器降为低压，通过低压变频 器变频，然后再经升压变压器将低压升为中压，供给电动机运行。实 际上这种电路结构所用的变频器为低压变频器。
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2.高—中型
高—中型变频器是把电网的高压经降压变压器 降为中压，送入中压变频器，中压变频器的输出驱动电动机。
第六章：变频器内部结构 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。
第六章：变频器内部结构 1.整流电路 VD1—VD6整流二极管，c1、c2，滤波电容，RL，限流电阻。
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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。
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
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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：
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。
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。
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5.驱动电路
该电路是将 CPU输出的 PWM信号进行 放大，驱动 IGBT开关工作。 该电路和主电路 紧密相连，是很 重要，又容易出 故障的一部分电 路
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电路的优缺点
1）优点
直接串联变频器电路结构简单，省掉了输入输出变压器，节省了 成本和占地面积。由于没有了变压器大量的接头，减少了接头的发热 损耗和故障率，工作效率高（效率可达98%）。直接串联变频器可以 像低压变频器一样加直流制动电路或能量回馈，其动态性能也可以像 低压变频器一样优越，调速范围宽。是高压变频器的一种良好机型和 发展方向。
9.故障接点开关
该开关主要 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。
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10.单片机
单片机又称CPU，是整个变 频器的核心器件，如同人 的大脑，输出各种控制信 号和处理输入、检测等信 号。 CPU是集成电路，又经过层 层保护，故障率很低。正 常工作时的损坏率很低， 雷击、变频器电源引起的 过压、工作环境潮湿、静 电感应等可能引起损坏。 在故障维修时，没有充分 的理由，不要轻易怀疑单 片机有问题。因为单片机 有问题，就得换主板。