交流电动机变频调速基础摘要.ppt

4.?与交－直－交变频调速相比 1)?优点： l? 节省中间换流环节，效率高； l??低频波形较好，谐波损耗和转矩脉动大大减小。 2)?缺点： l??主回路元件较多； l??最高频率受电网频率限制。 3)?适用场合——低速、大容量的场合。如球磨机、矿井提升机等。 第7章、交流技术基础 变流器就是将一种直流或交流电变为另一种直流或交流电的供电设备。可以说变流器是各种变流装置的总称。在电力电子变换装置中，通常意义上的变流器包括从电源侧至电力变换装置输出侧的所有环节，例如对一个交一直一交电力传动系统，变流器将包括从整流器，中间直流环节，到逆变器及其控制系统。值得特别说明的是，在许多场合下，同一个电力变换电路既可以作整流电路，又能作逆变电路，所以我们也称这样的电力变换装置为变流器。换言之，整流和逆变，交流和直流在变流器中是互相联系的，并在一定条件下可互相转化。 第7章、交流技术基础 根据变流系统中直流环节性质的不同可分为两种类型 . 图3-1 电流型异步电机传动系统 图3-2 电压型异步电机传动系统 第7章、交流技术基础 电力半导体器件在应用中一般均要设计吸收电路，以控制开关过程中电压及电流的轨迹，抑制电压、电流的变化率，降低开关损耗。 设计吸收电路一般依据下述原则： 1减少开关过程中电压、电流的大小及变化率； 2保证器件工作在安全区内； 3减少器件开关损耗和系统总损耗； 4改善器件的过载和短路能力。 对于新型器件，诸如IGBT，IPM，由于对di/dt，du/dt耐受能力增强，通过合理地设计驱动电路可以简化吸收回路，甚至可以取消吸收回路。 第7章、交流技术基础 第1节 电力电子器件基础 一 晶闸管 表3-1、可控硅导通和关断条件 任一条件即可 1、阳极电位低于阴极电位。2、阳极电流小于维持电流 从导通到关断 两者缺一不可 1、阳极电位高于阴极电位。2、阳极电流大于维持电流 维持导通 两者缺一不可 1、阳极电位高于是阴极电位。2、控制极有足够的正向电压和电流。 从关断到导通 说明 条件 状态 第7章、交流技术基础 第7章、交流技术基础 二、门极可关断晶闸管（GTO） 门极关断晶闸管也具有单向导电特性，即当其阳极A、阴极K两端为正向电压，在门极G上加正的触发电压时，晶闸管将导通，导通方向A→K。在门极关断晶闸管导通状态，若在其门极G上加一个适当有负电压，则能使导通的晶闸管关断 第7章、交流技术基础 近年来，GTO元件的性能不断提高，可关断电流达4000A，阻断电压达6000V以上，开关速度也有所提高。一个由ABB公司生产的三相逆变器GTO模块，采用6个GTO元件，容量可达4000kVA，单位重量容量可以达10kVA/kg，目前，最大的4轴交流传动电力机车，功率超过7000kW。 GTO元件在应用中也存在不足，由于它增益比较小，关断2000A～3000A电流，需要高达700-800A的门极电流，这对门极驱动装置的要求很高。另外，GTO元件在高电压下导通，大电流下关断，电流、电压变化率及应力很大，需要设置性能良好的吸收电路，这就增加了开关损耗，降低了效率，并对冷却系统提出更高要求 第7章、交流技术基础 三、绝缘栅双极晶体管（IGBT/IPM） 绝缘栅双极型晶体管IGBT是双极型晶体管（BJT）和MOSFET的复合器件，其将BJT的电导调制效应引入到VDMOS的高阻漂移区，大大改善了器件的导通性，同时它还具有MOSFET的栅极高输入阻抗，为电压驱动器件。开通和关断时均具有较宽的安全工作区，IGBT所能应用的范围基本上替代了传统的晶闸管（SCR）、可关断晶闸管（GTO）、晶体管（BJT）等器件,与其他电力电子器件相比，IGBT具有高可靠性、驱动简单、保护容易、不用缓冲电路和开关频率高等特点。?IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给 PNP 晶体管提供基极电流，使 IGBT 导通。反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使 IGBT 关断。 IGBT 的驱动方法和 MOSFET 基本相同，只需控制输入极N一沟道 MOSFET ，所以具有高输入阻抗特性。 第7章、交流技术基础 表3-2 GTO与IGBT/IPM基本性能较 完善的自我保护 外设 保护功能 不严(无需阳极电抗器) 严格(需加阳极电抗器) di/dt,du/dt限制 小(电压控制型) 大(电流控制型) 驱动功率 小 大 吸收回路损耗 大 小 通态损耗 小 大 开关损耗 5kHz ca.500Hz 开关频率 1200A 3000A-4000A(可关断电流) 电流 3300