变频器原理及 应用.ppt

【学习目标】 了解变频器的发展和应用。 掌握变频器的基本工作原理。 初步熟悉变频器的参数设置。 掌握IGBT器件的基本原理及常用的驱动保护电路的原理。 掌握脉宽调制（PWM）型逆变电路工作原理。 【课题描述】 变频器是一种静止的频率变换器，可将电网电源的50Hz频率交流电变成频率可调的交流电，作为电动机的电源装置，目前在国内外使用广泛。使用变频器可以节能、提高产品质量和劳动生产率等。 具体介绍与变频器相关的知识：变频器的基本原理、变频器常用开关器件（IGBT）、脉宽调制（PWM）型逆变电路、变频调速的特点以及变频器的应用。 SIEMENS MICROMASTER 420 通用变频器 【相关知识点】 一、变频器的基本原理 1．变频器组成原理 （1）变频器的基本结构 调速用变频器构成： 主电路 控制电路 保护电路 典型的电压控制型通用变频器的原理框图。 （2）变频器主电路工作原理 变压变频（VVVF：Variable Voltage Frequency）装置结构框图 按照不同的控制方式，交－直－交变频器可分成以下三种方式： 采用可控整流器调压、逆变器调频的控制方式，其结构框图。 可控整流器调压、逆变器调频的控制方式的特点： 在这种装置中，调压和调频在两个环节上分别进行，在控制电路上协调配合，结构简单，控制方便。但是，由于输入环节采用晶闸管可控整流器，当电压调得较低时，电网端功率因数较低。而输出环节多用由晶闸管组成多拍逆变器，每周换相六次，输出的谐波较大，因此这类控制方式现在用的较少。 采用不控整流器整流、斩波器调压、再用逆变器调频的控制方式，其结构框图。 不控整流器整流、斩波器调压、再用逆变器调频的控制方式的特点： 整流环节采用二极管不控整流器，只整流不调压，再单独设置斩波器，用脉宽调压，这种方法克服功率因数较低的缺点；但输出逆变环节未变，仍有谐波较大的缺点。 采用不控制整流器整流、脉宽调制（PWM）逆变器同时调压调频的控制方式，其结构框图。 不控制整流器整流、脉宽调制（PWM）逆变器同时调压调频的控制方式的特点： 在这类装置中，用不控整流，则输入功率因数不变；用（PWM）逆变，则输出谐波可以减小。PWM逆变器需要全控型电力半导体器件，其输出谐波减少的程度取决于PWM的开关频率，而开关频率则受器件开关时间的限制。采用绝缘双极型晶体管IGBT时，开关频率可达10kHz以上，输出波形已经非常逼近正弦波，因而又称为SPWM逆变器，成为当前最有发展前途的一种装置形式。 电压型变频器结构框图： 电压型变频器： 在交－直－交变频器中，当中间直流环节采用大电容滤波时，直流电压波形比较平直，在理想情况下是一个内阻抗为零的恒压源，输出交流电压是矩形波或阶梯波，这类变频器叫做电压型变频器 电流型变频器结构框图： 电流型变频器： 当交－直－交变频器的中间直流环节采用大电感滤波时，直流电流波形比较平直，因而电源内阻抗很大，对负载来说基本上是一个电流源，输出交流电流是矩形波或阶梯波，这类变频器叫做电流型变频器。 几种典型的交－直－交变频器的主电路。 ①交－直－交电压型变频电路 常用的交—直—交电压型PWM变频电路。 交—直—交电压型PWM变频电路采用二极管构成整流器，完成交流到直流的变换，其输出直流电压Ud是不可控的；中间直流环节用大电容C滤波；电力晶体管V1～V6构成PWM逆变器，完成直流到交流的变换，并能实现输出频率和电压的同时调节，VD1～VD6是电压型逆变器所需的反馈二极管。 ②交－直－交电流型变频电路 常用的交－直－交电流型变频电路。 交－直－交电流型变频电路：整流器采用晶闸管构成的可控整流电路，完成交流到直流的变换，输出可控的直流电压U，实现调压功能；中间直流环节用大电感L滤波；逆变器采用晶闸管构成的串联二极管式电流型逆变电路，完成直流到交流的变换，并实现输出频率的调节。 二、绝缘门极晶体管（IGBT） 1．IGBT的结构和基本工作原理 绝缘门极晶体管IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）也称绝缘栅极双极型晶体管，是一种新发展起来的复合型电力电子器件。 由于它结合了MOSFET和GTR的特点，既具有输入阻抗高、速度快、热稳定性好和驱动电路简单的优点，又具有输入通态电压低，耐压高和承受电流大的优点，这些都使IGBT比GTR有更大的吸引力。 在变频器驱动电机，中频和开关电源以及要求快速、低损耗的领域，IGBT有着主导地位。 （1） IGBT的基本结构与工作原理 1）基本结构 IGBT也是三端器件，三个极为漏极（D）、栅极（G）和源极（S）。 （a) 内部结构 （b）简化等效电路 （c）电气图形符号 2）工作原理 IGBT的驱动原理与电力MOSFET