變頻技術(shù)及應(yīng)用（三菱 第二版）課件：認(rèn)識(shí)變頻器

１．熟悉變頻器的銘牌與結(jié)構(gòu)。２．掌握變頻器前蓋板和操作面板的拆卸與安裝方法。３．熟悉變頻器的內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)。４．掌握變頻器的基本工作原理。學(xué)習(xí)目標(biāo)

認(rèn)識(shí)變頻器三相交流異步電動(dòng)機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛。一般機(jī)械設(shè)備的調(diào)速框圖如圖所示，常用的調(diào)速方法有變極調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速等。工作任務(wù)一般機(jī)械設(shè)備的調(diào)速框圖隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)調(diào)速性能要求的不斷提高和電力電子技術(shù)及微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)亦日趨成熟，其對(duì)應(yīng)的調(diào)速框圖如圖所示。由圖可知，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速最主要的設(shè)備就是變頻器，要掌握變頻調(diào)速技術(shù)，首先就要認(rèn)識(shí)變頻器，了解變頻器是由哪些部分組成的，它是如何實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的，怎樣拆卸和安裝變頻器。變頻調(diào)速框圖相關(guān)知識(shí)一、變頻器簡介１．變頻器結(jié)構(gòu)（１）變頻器的組成結(jié)構(gòu)三菱FR－E740變頻器的結(jié)構(gòu)（２）變頻器前蓋板變頻器前蓋板的結(jié)構(gòu)如圖所示。變頻器前蓋板的結(jié)構(gòu)２．變頻器銘牌變頻器銘牌３．前蓋板和配線蓋板的拆卸與安裝（１）前蓋板的拆卸與安裝安裝好后需要檢查以下兩點(diǎn)：①檢查前蓋板是否牢固安裝好。②變頻器前蓋板上的容量銘牌和主機(jī)身上的額定銘牌上印有相同的制造編號(hào)，安裝后需要檢查制造編號(hào)，以確保將拆下的前蓋板安裝在原來對(duì)應(yīng)的變頻器上。（２）配線蓋板的拆卸與安裝配線蓋板拆卸與安裝示意圖４．控制邏輯的切換控制邏輯切換要點(diǎn)提示漏型、源型邏輯的切換跨接器只能安裝在控制端子其中一側(cè)。若兩側(cè)同時(shí)安裝，則可能會(huì)導(dǎo)致變頻器損壞。（１）漏型邏輯漏型邏輯時(shí)輸入輸出信號(hào)的電流流向（２）源型邏輯源型邏輯時(shí)輸入輸出信號(hào)的電流流向５．PU接口的連接

PU

接口的連接二、變頻器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖１．主控電路（１）主控電路的基本任務(wù)１）接收各種信號(hào)２）進(jìn)行基本運(yùn)算３）輸出計(jì)算結(jié)果（２）主控電路的其他任務(wù)１）實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)控制功能。２）實(shí)施各項(xiàng)保護(hù)功能。２．控制電源、采樣電路及驅(qū)動(dòng)電路（１）控制電源１）主控電路。２）外控電路。（２）采樣電路１）提供控制用數(shù)據(jù)。２）提供保護(hù)采樣。（３）驅(qū)動(dòng)電路３．整流電路和逆變電路（１）整流電路整流電路的功能是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，變頻器中應(yīng)用最多的是三相橋式整流電路。

三相橋式整流電路ａ）不可控整流電路ｂ）可控整流電路１）電力二極管（PD）。電力二極管的圖形符號(hào)、外形和特性曲線ａ）圖形符號(hào)ｂ）螺旋式二極管外形ｃ）平板式二極管外形ｄ）伏安特性曲線２）普通晶閘管（SCR）。晶閘管的圖形符號(hào)和外形ａ）圖形符號(hào)ｂ）螺栓式外形ｃ）平板式外形晶閘管的伏安特性曲線（２）逆變電路逆變電路的功能是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，變頻器中應(yīng)用最多的是三相橋式逆變電路。三相橋式逆變電路１）門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）。GTO的結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào)開關(guān)特性２）電力晶體管（GTR）。GTR模塊的結(jié)構(gòu)和外形ａ）結(jié)構(gòu)ｂ）外形圖３）功率場效應(yīng)晶體管（P?MOSFET）。功率場效應(yīng)晶體管是單極型全控器件，屬于電壓控制，具有驅(qū)動(dòng)功率小、控制線路簡單、工作頻率高的特點(diǎn)。P?MOSFET的結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào)ａ）結(jié)構(gòu)ｂ）圖形符號(hào)P?MOSFET的轉(zhuǎn)移特性

P?MOSFET的輸出特性４）絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）。絕緣柵雙極型晶體管是復(fù)合型全控器件，具有輸入阻抗高、工作速度快、通態(tài)電壓低、阻斷電壓高、承受電流大等優(yōu)點(diǎn)，是功率開關(guān)電源和逆變器的理想電力半導(dǎo)體器件。其結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào)如圖所示，其中G為柵極、C為集電極、E為發(fā)射極。IGBT的開通和關(guān)斷是由柵極電壓來控制的。當(dāng)柵極加正電壓時(shí)，MOSFET內(nèi)形成溝道，IGBT導(dǎo)通；當(dāng)柵極加負(fù)電壓時(shí)，MOSFET內(nèi)的溝道消失，IGBT關(guān)斷。

IGBT模塊的外形、結(jié)構(gòu)、圖形符號(hào)ａ）IGBT模塊的外形ｂ）結(jié)構(gòu)ｃ）圖形符號(hào)４．變頻器的內(nèi)部布置

變頻器的內(nèi)部布置三、變頻器的基本工作原理１．變頻調(diào)速的基本控制方式（１）基頻以下的恒磁通變頻調(diào)速（２）基頻以上的弱磁變頻調(diào)速２．變頻器的基本構(gòu)成（１）整流器（２）逆變器（３）中間直流環(huán)節(jié)（４）控制電路３．變頻器分類（１）按直流電源的性質(zhì)分類１）電流型變頻器。２）電壓型變頻器。（２）按輸出電壓調(diào)節(jié)方式分類１）PAM方式。２）PWM方式。（３）按控制方式分類１）U／f控制。２）轉(zhuǎn)差頻率控制。３）向量控制。４．脈寬調(diào)制技術(shù)基于上述原因，在自關(guān)斷器件出現(xiàn)并成熟后，PWM控制技術(shù)就獲得了很快的發(fā)展，已成為電力電子技術(shù)中一個(gè)重要的組成部分。電壓型相控交—直—交變頻電路電壓型PWM

交—直—交變頻電路（１）PWM控制的基本原理上述結(jié)論是PWM控制的重要理論基礎(chǔ)。沖量相等形狀不同的三種窄脈沖ａ）矩形脈沖ｂ）三角形脈沖ｃ）正弦豐波脈沖把如圖ａ所示的正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N個(gè)彼此相連的脈沖所組成的波形。原理圖ａ）正弦半波脈沖序列ｂ）矩形脈沖序列（PWM

波形）如圖所示是采用電力晶體管作為開關(guān)器件的電壓型單相橋式逆變電路。單相橋式PWM

逆變電路控制VT4或VT3通斷的方法如圖所示。單極性

PWM

控制原理與單極性PWM控制方式不同的是雙極性PWM控制方式。雙極性PWM

波形在PWM型逆變電路中，使用最多的是如圖所示的三相橋式逆變電路，其控制方式一般都采用雙極性PWM控制方式。三相橋式逆變電路u′UN、u′VN和u′WN

的波形如圖所示。圖中的負(fù)載相電壓可由下式求得。從圖中可以看出，uUN由（±2／3）Ud、（±1／3）Ud和0共5種電平組成。在雙極性PWM控制方式中，同一相上下兩個(gè)臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)都是互補(bǔ)的。但實(shí)際上為了防止上、下兩個(gè)臂直通而造成短路，在給一個(gè)臂施加關(guān)斷信號(hào)后，再延遲Δt時(shí)間，才能給另一個(gè)臂施加導(dǎo)通信號(hào)。延遲時(shí)間的長短主要由功率開關(guān)器件的關(guān)斷時(shí)間決定。這個(gè)延遲時(shí)間將影響輸出的PWM波形，使其偏離正弦波。三相

PWM逆變電路波形（２）PWM型逆變電路的控制方式在PWM逆變電路中，載波頻率fc與調(diào)制信號(hào)頻率fr之比N＝fc／fr，稱為載波比。１）異步調(diào)制。載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不保持同步關(guān)系的調(diào)制方式稱為異步方式。２）同步調(diào)制。載波比N等于常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)保持同步的調(diào)制方式稱為同步調(diào)制。３）分段同步調(diào)制。為克服上述缺點(diǎn)，一般都采用分段同步調(diào)制的方法，即把逆變電路的輸出頻率范圍劃分成若干個(gè)頻段，每個(gè)頻段內(nèi)都保持載波比N為恒定，不同頻段的載波比不同。

同步調(diào)制波形分段同步調(diào)制５．脈寬調(diào)制（PWM）型變頻器PWM

變頻器的主電路（１）交—直整流部分１）整流二極管VD1~VD6。２）濾波電容器CF。３）電阻RL與開關(guān)SL。４）電源指示燈HL。由于CF的容量較大，而切斷電源又必須在逆變器電路停止工作的狀態(tài)下進(jìn)行，所以CF沒有快速放電的回路，其放電時(shí)間往往長達(dá)數(shù)分鐘；CF上的電壓太高，如果不放完，將對(duì)人身安全構(gòu)成威脅。故在維修變頻器時(shí)，必須等HL完全熄滅后才能接觸變頻器內(nèi)部的導(dǎo)電部分。（２）直—交逆變部分１）逆變?nèi)龢O管VT1~VT6。２）續(xù)流二極管VD7~VD12。３）緩沖電路（３）制動(dòng)電阻和制動(dòng)單元１）制動(dòng)電阻RB２）制動(dòng)單元VTB任務(wù)實(shí)施一、任務(wù)準(zhǔn)備實(shí)施本任務(wù)所需的實(shí)訓(xùn)設(shè)備及工具材料見表。實(shí)訓(xùn)設(shè)備及工具材料二、認(rèn)識(shí)變頻器銘牌在教師指導(dǎo)下，查找相關(guān)資料，認(rèn)識(shí)如圖所示各品牌變