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1、电力电子技术电力电子技术模块六模块六 变频器的使用与维护变频器的使用与维护变频器的工作原理任务二任务一变频器概述逆变器的SPWM控制技术任务四任务三绝缘栅双极晶体管变频器是一种静止的频率变换器，可将电网电源的50 Hz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，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，所以对变频器的安全使用和规范操作就显得尤为重要。模块六模块六 变频器的使用与维护变频器的使用与维护（1）了解变频器的发展和应用。 （2）掌握变频器的基本工作原理。 （3）初步熟悉变频器的参数设置。 （4）掌握IGBT器件的基本原理及常用的驱动保护电路的原理。 （5）掌握
2、脉宽调制（PWM）型逆变电路的工作原理。 模块六模块六 变频器的使用与维护变频器的使用与维护本模块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、变频调速的特点及变频器的应用。 模块六模块六 变频器的使用与维护变频器的使用与维护图6-1 西门子MICROMASTER 420通用变频器变频技术是一门能够将电信号的频率，按照具体电路的要求，而进行变换的应用型技术。变频调速因其具有优异的调速、起动、制动性能，高效率、高功率因数和节电效果等诸多优点而被国内外认为是最有发展前途的调速方式。 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
3、另一频率的电能控制装置。 变频器的应用：为节能而应用；为了满足生产工艺调速的要求而应用。 随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用及控制技术的发展，变频器的性能价格比越来越高，体积越来越小，进一步小型轻量化、高性能化和多功能化，以及无公害化。模块六模块六 变频器的使用与维护变频器的使用与维护目前从一般要求的小范围调速传动到高精度、快响应、大范围的调速传动，从单机传动到多机协调运转，几乎都可采用交流调速传动。变频器主要应用场合如图6-2所示。 图6-2 变频器主要应用场合模块六模块六 变频器的使用与维护变频器的使用与维护变频器概述变频器概述任务一 变频器的外形结构 一、变频器将频率固定的交流电
4、变换成频率连续可调的三相交流电。根据功率的大小，从外形上看有盒式结构（0.7537 kW）和柜式结构(451 500 kW)两种。具体如图6-3图6-6所示。图6-3 变频器的外形图变频器概述变频器概述任务一图6-4 变频器基本的外部接线图变频器概述变频器概述任务一图6-5 常见变频器的外形图变频器概述变频器概述任务一图6-6 常见变频器的接线变频器概述变频器概述任务一 变频器主电路端子 二、主电路输入端子主电路输入端子1.主电路输入端子符号为R、S、T。使用输入端子时，接电时应注意交流电源的电压等级，但连接时可以无须考虑相序。同时，不要将三相变频器的输入端子连接至单相电源。图6-7 常见变频
5、器的主电路输入、输出端子外形图变频器概述变频器概述任务一接输入端子的注意事项如下。 （1）在主电路中，变频器最好通过一个交流接触器接至交流电源，以防止发生故障时扩大事故或损坏变频器。 （2）不要用主电源开关的接通和断开来起动和停止变频器，应使用控制电路端子FWD/REV或控制面板上的RUN/STOP键来起动和停止变频器。 变频器概述变频器概述任务一主电路输出端子主电路输出端子2.主电路输出端子符号为U、V、W。使用注意事项如下。 （1）为确保运行安全，变频器必须可靠接地。 （2）输出端子不要连接至单相电源，不允许连接到电力电容器上。 接输出端子的注意事项如下。 （1）变频器主电路的输出端子（U
6、、V、W）要按正确相序连接至三相电动机。如果出现运行命令和电动机的旋转方向不一致时，可在U、V、W三相中任意更改两相接线，或将控制电路端子FWD/REV更换一下。 （2）变频器主电路的输入端和输出端绝对不允许接错。变频器概述变频器概述任务一接地端子接地端子3.接地端子必须单独可靠接地，接地电阻小于1 ，接地导线尽量粗，距离尽量短。变频器的接地方法如图6-8所示。图6-8 变频器的接地方法 变频器概述变频器概述任务一 变频器控制电路端子 三、变频器控制电路端子如图6-9所示，具体介绍如下。图6-9 变频器控制电路端子变频器概述变频器概述任务一（1）11、12、13：这三个端子接电位计进行频率的外
7、部设定。 （2）V1：电压输入信号010 V，进行频率的外部给定。 （3）C1：电流输入信号420 mA，进行频率的外部给定。 （4）COM：公共端，它是所有开关量输入信号的参考点。 （5）FWD、REV：输入正反转操作命令。FWD-COM闭合，正转命令；REV-COM闭合，反转命令。 变频器概述变频器概述任务一（6）THR：外部报警输入端。 （7）BX：自由停车命令。当BXCOM闭合时，电动机自由停车。 （8）X1、X2、X3、X4、X5：多挡转速控制的端子。 （9）30A、30B、30C：故障报警继电器输出端子。变频器概述变频器概述任务一操作提示 （1）变频器出厂时，FWD-COM已连接短
8、路片。在面板操作方式下，通电后只要按动触摸面板上的RUN键，变频器即正转运行，按动STOP键即停止运行。 （2）变频器出厂时，外部报警输入端子THR-COM间已连接短路片，使用时应先卸下短路片，再与外部设备异常接点串接。变频器概述变频器概述任务一图6-10 某型号变频器的铭牌变频器概述变频器概述任务一 变频器面板 四、变频器面板主要包括数据显示屏和键盘。主要功能有：显示频率、电流、电压等；设定操作模式、操作命令、功能码；读取变频器运行信息和故障报警信息；监视变频器运行状态；变频器运行参数的设置；故障报警状态的复位。变频器面板示意图如图6-11所示。图6-11 变频器面板示意图变频器概述变频器概
9、述任务一 变频器额定值和频率指标 五五、输入侧的额定值输入侧的额定值1.输入侧的额定值是指输入侧交流电源的相数和电压参数。 （1）380 V/（5060 Hz），三相，主要用于绝大多数变频器中。 （2）230 V/50 Hz，两相，主要用于某些进口变频器中。 （3）230 V/50 Hz，单相，主要用于家用小容量变频器中。 变频器概述变频器概述任务一输出侧的额定值输出侧的额定值2.（1）输出电压最大值UN（V）。UN是指变频器输出电压中的最大值。在大多数情况下，UN就是输出频率等于电动机额定频率时的输出电压值。 （2）输出电流最大值IN（A）。IN是指变频器允许长时间输出的最大电流，它是用户在
10、选择变频器时的主要依据。 变频器概述变频器概述任务一（3）配用电动机容量PN(kW)。变频器规定的配用电动机容量，适用于长期连续负载运行。 （4）过载能力。过载能力是指其输出电流超过额定电流的允许范围和时间，大多数变频器都规定为150%IN、60 s或180%IN、0.5 s。 变频器概述变频器概述任务一频率指标频率指标3.（1）频率范围。输出的最高频率fmax和最低频率fmin。通常最低工作频率为0.11 Hz；最高工作频率为200500 Hz。 （2）频率精度。频率精度指输出频率的准确度。（3）频率分辨率。频率分辨率指输出频率的最小改变量，即每相邻两挡频率之间的最小差值。变频器概述变频器概
11、述任务一对于数字控制器的变频器，即使频率指令为模拟信号，输出频率也是有级给定。这个级差的最小单位就称为频率分辨率。频率分辨率值越小越好，其通常取值为0.0150.5 Hz。例如，像造纸厂的纸张连续卷取控制，如果分辨率为0.5 Hz，4极电机1个级差对应电动机的转速差就高达到15 r/min，结果使纸张卷取时张力不匀，容易造成纸张卷取“断头”现象。如果分辨率为0.01 Hz，4极电机1个级差对应电动机的转速差仅为0.3 r/min，显然这样极小的转速差不会影响卷取工艺要求。变频器的工作原理变频器的工作原理任务二 变频器的基本构成 一、变频器主要由主电路和控制电路组成，如图6-12所示。图6-12
12、 变频器的构成原理图变频器的工作原理变频器的工作原理任务二主电路的组成主电路的组成1. （1）整流器。电网侧的变流器为整流器，它的作用是把交流电整流成直流电。 （2）逆变器。负载侧的变流器为逆变器。最常见的结构形式是利用六个半导体主开关器件组成的三相桥式逆变电路。只要有规律地控制主开关器件的通与断，就可以得到任意频率的三相交流电输出。 （3）中间直流环节。由于逆变器的负载为电动机，功率因数不为1，在中间直流环节和电动机之间有无功功率的交换，要靠中间直流环节的储能元件来缓冲。变频器的工作原理变频器的工作原理任务二控制电路的组成控制电路的组成2.控制电路由运算、检测、接口和驱动电路组成，用于对逆变
13、器的开关控制、对整流器的电压控制及保护。控制方法为模拟或数字控制，高性能变频器采用全数字控制。变频器的工作原理变频器的工作原理任务二 交-直-交变频器的主电路分析 二、图6-13 变频器的内部结构图变频器的工作原理变频器的工作原理任务二整流部分整流部分1.由VD1VD6组成三相整流桥，将工频三相交流电整流成直流电。滤波电容器CF的作用是：滤平全波整流后的电压纹波；当负载变化时，使直流电压保持平稳。由于受到电解电容的电容量和耐压能力的限制，滤波电路通常由若干个电容器并联成一组，又由两个电容器组串联而成。在CF1和CF2旁各并联一个阻值相等的均压电阻R1和R2，实现电容均压。开关SL的作用是：当C
14、F充电到一定程度时，令开关SL接通，将RL短路。变频器的工作原理变频器的工作原理任务二新系列变频器，开关SL已由电子开关代替。当变频器刚合上电源的瞬间，滤波电容器的充电电流是很大的。过大的冲击电流将可能使三相整流桥的二极管损坏；同时，也使电源电压瞬间下降而受到“污染”。变频器的工作原理变频器的工作原理任务二为了减小冲击电流，在变频器刚接通电源后的一段时间里，电路内串入限流电阻RL，其作用是将滤波电容器的充电电流限制在允许范围以内。 HL除了指示电源是否接通以外，还有一个十分重要的功能，即在变频器切断电源后，指示滤波电容器上的电荷是否已经释放完毕。 由于滤波电容器的容量较大，电压高，放电时间长，
15、如不放完，对人身安全将构成威胁。在维修变频器时，必须等HL完全熄灭后才能接触变频器内部的导电部分。变频器的工作原理变频器的工作原理任务二逆变部分逆变部分2.常用的逆变管有绝缘栅双极型晶体管（IGBT)、电力晶体管（GTR）、门极可关断晶闸管（GTO）、电力MOS场效应晶体管（MOSFET）。逆变桥由逆变管VT1VT6组成三相逆变桥，把VD1VD6整流所得的直流电再逆变成频率、幅值都可调的交流电。逆变桥是变频器实现变频的具体执行环节，因而是变频器的核心部分。二极管VD7VD12的作用是：为无功电流返回直流电源时提供“通道”。当频率下降、电动机处于再生制动状态时，再生电流将通过VD7VD12整流后
16、返回给直流电路。在VT1VT6交替导通和截止的换相中，需要 VD7VD12提供通路。 变频器的工作原理变频器的工作原理任务二制动电阻和制动单元制动电阻和制动单元3.（1）制动电阻RB。电动机在工作频率下降过程中，将处于再生制动状态，拖动系统的动能要反馈到直流电路中使直流电压UD不断上升，甚至可能达到危险的地步。因此，必须将再生到直流电路的能量消耗掉，使UD保持在允许范围内。制动电阻RB就是用来消耗这部分能量的。变频器的工作原理变频器的工作原理任务二缓冲电路：逆变管VT每次由导通状态切换到截止状态的关断瞬间，集电极和发射极间的电压UCE由近乎0 V迅速上升至直流电压值UD，这过高的电压增长率将导致逆变管的损坏。 C01C06的功能是降低VT在每次关断时的电压增长率。VT每次由截止状态切换为导通状态的瞬间，C01C06上所充的电压将向VT放电，此放电电流的初始值是很大的，并且将叠加到负载电流上，导致VT损坏。因此电路中增加了R01R06，其功能是限制逆变管在接通瞬间C01C06的放电电流。变频器的工作原理变频器的工作原理任务二（2）制动单元VB。制动单元VB由GTR或IGBT及驱动电路构成
