变频器课件(第一章)

1、 一、变频器的分类 二、变频器额定参数介绍 三、变频器的构成 四、变频器主电路常用的电力半导体器件 五、变频器的主要功能 三相交流异步电机的结构简单、坚固、运行可靠、价格低廉，在冶金、建材、矿山、化工等重工业领域发挥着巨大作用。人们希望在许多场合下能够用可调速的交流电机来代替直流电机，从而降低成本，提高运行的可靠性。如果实现交流调速，每台电机将节能20%以上，而且在恒转矩条件下，能降低轴上的输出功率，既提高了电机效率，又可获得节能效果。 异步电机调速系统的种类很多，但是效率很高、性能最好、应用最广的是变频调速，它可以构成高动态性能的交流调速系统来取代直流调速系统，是交流调速的 主要发展方向。变

2、频调速是以变频器向交流电机供电，并构成开环或闭环系统，从而实现对交流电机的宽范围内无级调速。变频器可把固定电压、固定频率的交流电变换为可调电压、可调频率的交流电。 一、变频器的分类 1.按变换环节分: (1)交-交变频器 把频率固定的交流电源直接变换成频率可调的交流电，又称直接式变频器。 (2)交-直-交变频器 先把频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频率连续可调的交流电，又称间接式变频器。 2.按电压的调制方式分: (1) PAM (脉幅调制) 变频器 输出电压的大小通过改变直流电压的大小来进行调制。在中小容量变频器中，这种方式几近绝迹。 (2) PWM (脉宽调制) 变频器 输出

3、电压的大小通过改变输出脉冲的占空比来进行调制。 目前普通应用的是占空比按正弦规律安排的正弦脉宽调制(SPWM)方式。 3. 按直流环节的储能方式分（对交直交）: (1)电流型 直流环节的储能元件是电感线圈LF,如图所示。 (2)电压型 直流环节的储能元件是电容器CF,如图所示。 电压型变频器的储能元件为电容器，其特电压型变频器的储能元件为电容器，其特点是中间直流环节的储能元件采用大电容，点是中间直流环节的储能元件采用大电容，负载的无功功率将由它来缓冲，直流电压负载的无功功率将由它来缓冲，直流电压比较平稳，直流电源内阻较小，相当于电比较平稳，直流电源内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器，常选

4、用于负载压源，故称电压型变频器，常选用于负载电压变化较大的场合。电压变化较大的场合。电流型变频器电流型变频器的储能元件为电感电流型变频器电流型变频器的储能元件为电感线圈，因此其特点是中间直流环节采用大电感作为线圈，因此其特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节，缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使储能环节，缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压接近正弦波，由于该直流内阻较大，故称电流电压接近正弦波，由于该直流内阻较大，故称电流型变频器。型变频器。、按输入电源的相数分 (1)单相输入变频器单相输入变频器;；输入侧为单相交流电，输出侧是三相；输入侧为单相交流电，输出侧是三相交流电。家用电器里的变频器

5、都属于单相输入变频器，通常容交流电。家用电器里的变频器都属于单相输入变频器，通常容量较小量较小 (2)三相输入变频器：输入和输出侧都是三相交流电。大多数三相输入变频器：输入和输出侧都是三相交流电。大多数变频器都属于此类。变频器都属于此类。 （1）P型机变频器型机变频器 适用于变转矩负载的变频器。适用于变转矩负载的变频器。 （2）G型机变频器型机变频器 适用于恒转矩负载的变频器。适用于恒转矩负载的变频器。 （3）P/G合一型变频器合一型变频器 同一种机型既可以使用变转矩负载，又可同一种机型既可以使用变转矩负载，又可以适用于恒转矩负载；同时在变转矩方式以适用于恒转矩负载；同时在变转矩方式下，其标称

6、功率大一档。下，其标称功率大一档。 变频器对电动机进行控制是根据电动机的特性参数及电动机运转要求，进行对电动机提供电压、电流、频率进行控制达到负载的要求。因此就是变频器的主电路一样，逆变器件也相同，单片机位数也一样，只是控制方式不一样，其控制效果是不一样的。所以控制方式是很重要的。它代表变频器的水平。目前变频器对电动机的控制方式大体可分为U/f恒定控制 ，转差频率控制，矢量控制。 (1)、U/f恒定控制U/f控制是在改变电动机电源频率的同时改变电动机电源的电压，使电动机磁通保持一定，在较宽的调速范围内，电动机的效率，功率因数不下降。因为是控制电压与频率之比，称为U/f控制。 恒定U/f控制存在

7、的主要问题是（1）低速性能较差，转速极低时，电磁转矩无法克服较大的静摩擦力，不能恰当的调整电动机的转矩补偿和适应负载转矩的变化; （2）其次是无法准确的控制电动机的实际转速。由于恒U/f变频器是转速开环控制，由异步电动机的机械特性图可知，设定值为定子频率也就是理想空载转速，而电动机的实际转速由转差率所决定，所以U/f恒定控制方式存在的稳定误差不能控制，故无法准确控制电动机的实际转速。 (2)、转差频率控制 在稳态情况下，当稳态气隙磁通恒定时，异步电机电磁转矩近似与转差角频率成正比。因此，控制ws就相当于控制转矩。采用转速闭环的转差频率控制，使定子频率w 1 = wr + ws ，则w 1随实际

8、转速wr增加或减小，得到平滑而稳定的调速，保证了较高的调速范围。 转差频率控制就是通过控制转差频率来控制转矩和电流。转差频率控制需要检出电动机的转速，构成速度闭环，速度调节器的输出为转差频率，然后以电动机速度与转差频率之和作为变频器的给定频率。与U/f控制相比，其加减速特性和限制过电流的能力得到提高。另外，它有速度调节器，利用速度反馈构成闭环控制，速度的静态误差小。然而要达到自动控制系统稳态控制，还达不到良好的动态性能。 (3)、矢量控制矢量控制，也称磁场定向控制。它是70年代初由西德F.Blasschke等人首先提出，以直流电机和交流电机比较的方法阐述了这一原理。由此开创了交流电动机和等效直

9、流电动机的先河。 矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic。通过三相-二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1、Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流 ， It1相当于直流电动机的电枢电流)，然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换实现对异步电动机的控制。矢量控制方法的出现，使异步电动机变频调速在电动机的调速领域里全方位的处于优势地位。但是，矢量控制技术需要对电动机参数进行正确估算，如何提高参数的准确性是一直研究的话题。 分类方式分类

10、方式种类种类分类方式分类方式种类种类按其供电电按其供电电压分压分低压变频器低压变频器 ( 110V 220V 380V ) ( 110V 220V 380V ) 中压变频器中压变频器 ( 500V( 500V660V 660V 1140V ) 1140V ) 高压变频器高压变频器 ( 3kV 3.3kV 6kV ( 3kV 3.3kV 6kV 6.6kV 10kV )6.6kV 10kV )按输出功率大小按输出功率大小分分小功率变频器小功率变频器中功率变频器中功率变频器大功率变频器大功率变频器按供电电源按供电电源的相数分的相数分单相输入变频器单相输入变频器三相输入变频器三相输入变频器按用途分按

11、用途分通用变频器通用变频器高性能专用变高性能专用变频器频器高频变频器高频变频器按直流电源按直流电源的性质分的性质分电流型变频器电流型变频器电压型变频器电压型变频器按主开关器件分按主开关器件分IGBTIGBT变频器变频器GOTGOT变频器变频器GTRGTR变频器变频器按变换环节按变换环节分分交交- -直直- -交变频器交变频器交交- -交变频器交变频器按输出电压按输出电压调制方式分调制方式分PAM(PAM(脉幅调制脉幅调制) )控制变频器控制变频器PWM (PWM (脉宽调制脉宽调制) )控制变频器控制变频器按机壳外型分按机壳外型分塑壳变频器塑壳变频器铁壳变频器铁壳变频器柜式变频器柜式变频器按控

12、制方式按控制方式分分U/f 控制变频器控制变频器转差频率控制变频器转差频率控制变频器矢量控制变频器矢量控制变频器接其商标所有权接其商标所有权分分国产变频器国产变频器台湾变频器台湾变频器进口变频器进口变频器、变频器的额定值输入侧的额定值：主要是电压和相数380V/50HZ，三相，用于绝大多数电器中220V230V/50HZ或60HZ ，三相，主要用于某些进口设备中 200V230V/50HZ，单相，主要用于精，单相，主要用于精细加工和家用电器细加工和家用电器、输出侧的额定值、输出侧的额定值输出电压额定值输出电压额定值UN：指输出电压中的最大值：指输出电压中的最大值输出电流额定值输出电流额定值IN

13、：指允许长时间输出的最大电流，是：指允许长时间输出的最大电流，是用户在选择变频器时的主要依据。用户在选择变频器时的主要依据。输出容量输出容量SN：由额定线电压：由额定线电压U(N)和额定线电流和额定线电流I(N)的乘的乘积决定：积决定：S(N)=1.732U(N)I(N)配用电动机容量配用电动机容量PN：变频器铭牌上的：变频器铭牌上的“适用电动机容适用电动机容量量”是针对四极的电动机而言的。是针对四极的电动机而言的。过载能力：指其输出电流超过额定电流的允许范围和时过载能力：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间。大多数变频器都规定为105%IN,60s或或180%IN

14、,0.5s、变频器的频率指标、变频器的频率指标频率的名词术语频率的名词术语（1）基底频率）基底频率fb：当变频器的输出电压等于额定电压：当变频器的输出电压等于额定电压时对应的最小输出频率。用来作为调节频率的基准。时对应的最小输出频率。用来作为调节频率的基准。（2）最高频率）最高频率 fmax ：变频器的最高工作频率。：变频器的最高工作频率。（3）上限频率）上限频率fH和下限频率和下限频率fL （4）跳变频率）跳变频率fj ：回避可能引起谐振的转速对应的工：回避可能引起谐振的转速对应的工作频率就是跳变频率。作频率就是跳变频率。（）点动频率（）点动频率fjoG3、变频器的频率指标、变频器的频率指标

15、频率范围：指变频器能够输出的最高频率和最低频率。频率范围：指变频器能够输出的最高频率和最低频率。通常最低频率为通常最低频率为0.11HZ,最高频率为最高频率为120650hZ。频率精度：指变频器输出频率的准确程度。频率精度：指变频器输出频率的准确程度。频率分辩率：指输出频率的最小改变量，即每相邻两频率分辩率：指输出频率的最小改变量，即每相邻两档频率之间的最小差值。档频率之间的最小差值。目前，通用变频器的变换环节大多采用交目前，通用变频器的变换环节大多采用交直交变频变压方式。交直交变频器是先把直交变频变压方式。交直交变频器是先把工频交流电通过整流器变成直流电，然后再把直工频交流电通过整流器变成直

16、流电，然后再把直流电逆变成频率、电压连续可调的交流电。流电逆变成频率、电压连续可调的交流电。类别作用主要构成器件主回路整流部分1将工频交流变成直流，输入无相序要求整流桥逆变部分2将直流转换为频率电压均可变的交流电，输出无相序要求IGBT制动部分3/4消耗过多的回馈能量，保持直流母线电压不超过最大值单管IGBT 和制动电阻,大功率制动单元外置上电缓冲6降低上电冲击电流，上电结束后接触器自动吸合，而后变频器允许运行限流电阻和接触器储能部分5保持直流母线电压恒定，降低电压脉动电解电容和均压电阻控制回路键盘7对变频器参数进行调试和修改，并实时监控变频器状态MCU(单片机）控制电路8交流电机控制算法生成

17、，外部信号接收处理及保护DSP(或两个MCU）一、交-直-交变频器主电路 目前，通用型变频器绝大多数是交直交型变频器，通常尤以电压器变频器为通用，其主电路图（见图1.1），它是变频器的核心电路，由整流电路（交直交换），直流滤波电路（能耗电路）及逆变电路（直交变换）组成。 交-直-交变频器 其结构如下，它由主电路和控制电路组成。 （一）、交直变换部分（一）、交直变换部分 1、VD1VD6组成三相整流桥，将交流变换为直流。组成三相整流桥，将交流变换为直流。 2、滤波电容器、滤波电容器CF作用：作用： （1）滤除全波整流后的电压纹波； （2）当负载变化时，使直流电压保持平衡。 因为受电容量和耐压的限

18、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。如图中的CF1和CF2。由于两组电容特性不可能完全相同，在每组电容组上并联一个阻值相等的分压电阻RC1和RC2。 3、限流电阻、限流电阻RL和开关和开关SL RL作用：变频器刚合上闸瞬间冲击电流比较大，其作用就是在合上闸后的一段时间内，电流流经RL，限制冲击电流，将电容CF的充电电流限制在一定范围内。 SL作用：当CF充电到一定电压，SL闭合，将RL短路。一些变频器使用晶闸管代替（如虚线所示）。 4、电源指示、电源指示HL 作用：除作为变频器通电指示外，还作为变频器断电后，变频器是否有电的指示（灯灭后才能进行拆线等操作）。 （

19、二）、能耗电路部分（二）、能耗电路部分 1、制动电阻、制动电阻RB 变频器在频率下降的过程中，将处于再生制动状态，回馈的电能将存贮在电容CF中，使直流电压不断上升，甚至达到十分危险的程度。RB的作用就是将这部分回馈能量消耗掉。一些变频器此电阻是外接的，都有外接端子（如DB，DB）。 2、制动单元、制动单元VB 由GTR或IGBT及其驱动电路构成。其作用是为放电电流IB流经RB提供通路。 （三）、直交变换部分（三）、直交变换部分 1、逆变管、逆变管V1V6 组成逆变桥，把VD1VD6整流的直流电逆变为交流电。这是变频器的核心部分。 2、续流二极管、续流二极管VD7VD12 作用：（1）电机是感性

20、负载，其电流中有无功分量，为无功电流返回直流电源提供“通道”； （2）频率下降，电机处于再生制动状态时，再生电流通过VD7VD12整流后返回给直流电路； （3）V1V6逆变过程中，同一桥臂的两个逆变管不停地处于导通和截止状态。在这个换相过程中，也需要VD7VD12提供通路。 （四）、缓冲电路（四）、缓冲电路 缓冲电路如图缓冲电路如图2所示。所示。 逆变管在导通和判断的瞬间，其电压和电流的变化率是比较大的，可能全逆变管受到损害。因此，每个逆变管旁边还要接入缓冲电路，其作用就是减缓电压和电流的变化率。 1、C01C06 逆变管V1V6每次由导通到截止的判断瞬间，集电极C和发射极E间的电压将迅速地由

21、0V上升为直流电压UD。过高的电压增长率将导致逆变管的损坏。C01C06的作用就是减小逆变管由导通到截止时过高的电压增长率，防止逆变损坏。 2、R01R06 逆变管V1V6由导通到截止的瞬间，C01C06所充的电压（等于UD）将V1V6放电。此放电电流的初值很大，并且叠加在负载电流上，导致逆变管的损坏。R01R06的作用就是限制逆变管在导通瞬间C01C06的放电电流。 3、VD01VD06 R01R06的接入，又会影响到C01C06在V1V6关断时减小电压增长率的效果。VD01VD06接入后，在V1V6关断过程中，使R01R06不起作用；而在V1V6接通过程中，又迫使C01C06的放电电流流经

22、R01R06。 二、交-直-交变频器控制电路 控制电路由运算电路、检测电路、控制信号的输入/输出电路和驱动电路等构成，其主要任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及各种保护功能等，可采用模拟控制或数字控制。 高性能的变压器目前已采用嵌入式微型计算机进行数字控制，采用尽可能的硬件电路，主要靠软件来完成各种功能。显示显示/键盘键盘逆变模块逆变模块主控模块主控模块电源板电源板键盘键盘显示显示采样采样驱动驱动控制输入接线板控制输入接线板控制输出接线板控制输出接线板给定给定控制控制测量测量控制控制变频器的控制电路变频器的控制电路控制电路各部分的功能控制电路各部分的功能主控板主控板变频器运行的

23、控制中心变频器运行的控制中心, ,其核心器件是微控制其核心器件是微控制器（单片微机）或数字信号处理器（器（单片微机）或数字信号处理器（DSPDSP）键盘与键盘与显示板显示板键盘与显示板总是组合在一起。键盘是向主键盘与显示板总是组合在一起。键盘是向主控板发出各种信号或指令控板发出各种信号或指令, , 主要用于向变频器主要用于向变频器发出运行控制指令或修改运行数据等发出运行控制指令或修改运行数据等电源板电源板与驱动与驱动板板变频器的内部电源普遍使用开关稳压电源变频器的内部电源普遍使用开关稳压电源外接控外接控制电路制电路外接电路可实现由电位器、主令电器、继电外接电路可实现由电位器、主令电器、继电器及

24、其他自控设备对变频器的运行控制，并输器及其他自控设备对变频器的运行控制，并输出其运行状态、故障报警、运行数据信号等出其运行状态、故障报警、运行数据信号等LED显示：设定频率、输出频率、输显示：设定频率、输出频率、输出电流、输出电压、同步转速、负载出电流、输出电压、同步转速、负载转速、负载率、设定值、反馈值、功转速、负载率、设定值、反馈值、功能号、功能数据、故障代号能号、功能数据、故障代号单位显示单位显示频率调节电频率调节电位器位器加减键加减键编程键编程键移位键移位键反转运行键反转运行键正转运行正转运行指示灯指示灯正转运行键正转运行键反转运行指反转运行指示灯示灯停止、故障停止、故障复位键复位键变

25、频器操作面板外形变频器操作面板外形操作面板操作面板前盖板前盖板接线端子接线端子盖板盖板紧固螺钉紧固螺钉变频器外形变频器外形TD900少多低高调速、通讯操作简便宽电压范围元件化设计功能丰富高稳态性能适用面广行业专用动态性能好总线设计精确控制网络化应用高动态性能行业专用EV1000EV2000TD3000TD3100TD3300成本功能完整的功率段TD2100供水专用供水专用TD32000.4-315KW0.4-5.5KW2.2-75KW门机门机主控、显示与主控、显示与外接控制板外接控制板开关电源开关电源电路电路驱动电路驱动电路滤波电容器滤波电容器整流和逆变整流和逆变一体化模块一体化模块的紧固螺钉

26、的紧固螺钉限流电阻限流电阻板间连接排线板间连接排线 变频器内部电路变频器内部电路 按键说明键可用于选择操作模式或设定模式键用于确定频率和参数的设定 键用于连续增加或降低运行频率。按下这个键可改变频率在设定模式中按下此键，则可连续设定参数键用于给出正转指令键用于给出反转指令 键用于停止运行用于保护功能动作输出停止时复位变频器（用于主要故障） 显示说明Hz显示频率时点亮A显示电流时点亮V显示电压时点亮MON监示显示模式时点亮PUPU操作模式时点亮EXT外部操作模式时点亮FWD正转时闪烁REV反转时闪烁 变频器的构成用户接口主回路接口控制回路接口模拟量输入模拟量输出通讯接口控制回路接口开关量输入开关

27、量输出编码器接口变频器的构成主回路接口 R S T P 1 (+ ) P B (-) U V W P E P O W E R S U P P LY M O T O R 工频电网输入380V 3PH/220V 3PH220V 1PH制动电阻直流电抗器三相交流电机变频器的构成控制回路接口接口类型主要特点主要功能开关量输入无源输入，一般由变频器内部24V供电，启/停变频器，接收编码器信号、多段速、外部故障等信号或指令开关量输出集电极开路输出、继电器输出变频器故障、就绪、达速等，参与外部控制模拟量输入0-10V/4-20mA频率给定/PID给定、反馈，接收来自外部的给定或控制模拟量输出0-10V/4-

28、20mA运行频率、运行电流的输出，用于外界显示仪表和外部设备控制脉冲输出PWM波输出功能同模拟量输出（只有个别变频器提供）通讯口RS485/RS232组网控制以上端子均可自由编程 四、变频器主电路常用的电力半导体器件 电力电子器件的发展 20 世 纪 80年代中期以前，变频装置功率回路主要采用第一代电力电子器件，以晶闸管元件为主，这种装置的效率、可靠性、成本、体积均无法与同容量的直流调速装置相比。 80年代中期以后采用第二代电力电子器件GTR. CTO, VDMOS-IGBT等制造的变频装置在性能和价格比上可以与直流调速装置相媲美。 随着向大电流、高电压、高频化、集成化、模块化方向继续发展，第

29、三代电力电子器件是20世纪90年代制造变频装置的主流产品，中小功率的变频调速装置(1-1000kw)主要采用IGBT，大功率的变频调速装置(1000-10000kW)采用GTO器件。 20世纪90年代末至今，电力电子器件的发展进入了第四代，如高压IGBT, IGCT, IEGT, SGCT、智能功率模块IPM等。四、变频器主电路常用的电力半导体器件（一） 电力晶体管GTR(BJT)电力晶体管GTR （Giant Transistor，直译为巨型晶体管）耐高电压、大电流的双极结型晶体管（Bipolar Junction TransistorBJT），英文有时候也称为Power BJT在电力电子技

30、术的范围内，GTR与BJT这两个名称等效。 应用20世纪80年代以来，在中、小功率范围内取代晶闸管，但目前又大多被IGBT和电力MOSFET取代四、变频器主电路常用的电力半导体器件（一） 电力晶体管GTR(BJT)1. GTR的结构和工作原理(图-15）与普通的双极型晶体管基本原理是一样的；主要特性是耐压高、电流大、开关特性好；通常采用至少由两个晶体管按达林顿接法组成的单元结构；采用集成电路工艺将许多这种单元并联而成 ；图1-15a)基极bP基区N漂移区N+衬底基极b 发射极c集电极cP+P+N+b)bec空穴流电子流c)EbEcibic=ibie=(1+ ib图1-15 GTR的结构、电气图

31、形符号和内部载流子的流动 a) 内部结构断面示意图 b) 电气图形符号 c) 内部载流子的流动2、GTR的基本特性(1) 静态特性共发射极接法时的典型输出特性：截止区、放大区和饱和区；在电力电子电路中GTR工作在开关状态，即工作在截止区或饱和区在开关过程中，即在截止区和饱和区之间过渡时，要经过放大区截止区放大区饱和区图1-16OIcib3ib2ib1ib1ib2ib3Uce共发射极接法时GTR的输出特性(2) 动态特性（了解）图1-17ibIb1Ib2Icsic0090% Ib110% Ib190% Ics10% Icst0t1t2t3t4t5tttofftstftontrtdGTR的开通和关

32、断过程电流波形开通过程延迟时间td和上升时间tr，二者之和为开通时间tontd主要是由发射结势垒电容和集电结势垒电容充电产生的。增大ib的幅值并增大dib/dt，可缩短延迟时间，同时可缩短上升时间，从而加快开通过程 关断过程（显示图）储存时间ts和下降时间tf，二者之和为关断时间toff；ts是用来除去饱和导通时储存在基区的载流子的，是关断时间的主要部分； GTR的开关时间在几微秒以内，比晶闸管和GTO都短很多。3. GTR的主要参数（了解） 一般采用共发射极接法，集电极电流ic与基极电流ib之比为 GTR的电流放大系数，反映了基极电流对集电极电流的控制能力 当考虑到集电极和发射极间的漏电流I

33、ceo时，ic和ib的关系为 ic= ib +Iceo （1-10） 产品说明书中通常给出直流电流增益hFE在直流工作情况下集电极电流与基极电流之比。一般可认为hFE 单管GTR的 值比小功率的晶体管小得多，通常为10左右，采用达林顿接法可有效增大电流增益。目前更多地使用GTR模块。3. GTR的主要参数（了解） 前已述及：电流放大倍数、直流电流增益hFE、集射极间漏电流Iceo、集射极间饱和压降Uces、开通时间ton和关断时间toff ，还有：1) 最高工作电压 GTR上电压超过规定值时会发生击穿； 击穿电压不仅和晶体管本身特性有关，还与外电路接法有关； 实际使用时，为确保安全，最高工作电

34、压要比BUceo低得多。 Buceo为基极开路时，b和e之间的击穿电压。2) 集电极最大允许电流IcM 通常规定为hFE下降到规定值的1/21/3时所对应的Ic； 实际使用时要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多一点。3) 集电极最大耗散功率PcM 最高工作温度下允许的耗散功率； 产品说明书中给PcM时同时给出壳温TC，间接表示了最高工作温度 。四、变频器主电路常用的电力半导体器件（二）绝缘栅双极晶体管IGBT1. IGBT的结构和工作原理三端器件：栅极G、集电极C和发射极EEGCN+N-a)PN+N+PN+N+P+发射极 栅极集电极注入区缓冲区漂移区J3J2J1GEC+-+-+-IDRNIC

35、VJ1IDRonb)GCc)图1-22 IGBT的结构、简化等效电路和电气图形符号a) 内部结构断面示意图 b) 简化等效电路 c) 电气图形符号绝缘栅双极晶体管 绝缘栅双极晶体管IGBT（Insulated-gate Bipolar Transistor） IGBT为GTR和MOSFET复合，它结合二者的优点，具有比它们各好的特性； 1986年投入市场后，取代了GTR和一部分MOSFET的市场,成为中小功率电力电子设备的主导器件； 目前正继续提高电压和电流容量，以期再取代GTO的地位； 在价格方面期待进一步降低。2、IGBT的工作原理 驱动原理与电力MOSFET基本相同，属于场控器件，通断由

36、栅射极电压uGE决定 导通：UGE大于开启电压UGE(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通。 导通压降：电导调制效应使电阻RN减小，使通态压降减小。 关断：栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。3. IGBT的主要参数1) 最大集射极间电压UCES： 由内部PNP晶体管的击穿电压确定2) 最大集电极电流 ： 包括额定直流电流IC和1ms脉宽最大电流ICP最大集电极功耗PCM ： 正常工作温度下允许的最大功耗 4、IGBT的特点(1) 开关速度高，开关损耗小。在电压1000V以上时，开关损耗只有GTR的1/1

37、0，与电力 MOSFET相当；(2) 相同电压和电流定额时，安全工作区比GTR大，且具有耐脉冲电流冲击能力；(3) 通态压降低，特别是在电流较大的区域；(4) 输入阻抗高，输入特性与MOSFET类似；(5) 与MOSFET和GTR相比，耐压和通流能力还可以进一步提高，同时保持开关频率高的特点。四、变频器主电路常用的电力半导体器件（三）智能电力模块器件IPMIPM即智能功率模块，不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起。而且还内藏有过电压，过电流和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到CPU。它由高速低功耗的管芯和优化的门极驱动电路以及快速保护电路构成。即使发生负载事故或使用不当，也可以保证IPM

38、自身不受损坏。IPM一般使用IGBT作为功率开关元件，内藏电流传感器及驱动电路的集成结构。IPM以其高可靠性，使用方便赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器和各种逆变电源，是变频调速，冶金机械，电力牵引，伺服驱动，变频家电的一种非常理想的电力电子器件。 智能型功率模块(IPM)结构 IPM与以往IGBT模块及驱动电路的组件相比具有如下特点： (1)内含驱动电路。设定了最佳的IGBT驱动条件，驱动电路与IGBT间的距离很短，输出阻抗很低，因此，不需要加反向偏压。所需电源为下桥臂1组，上桥臂3组，共4组。 (2)内含过电流保护(OC)、短路保护(SC)。由于是通过检测各GBT集电极电流实现

39、保护的，故不管哪个IGBT发生异常，都能保护，特别是下桥臂短路和对地短路的保护。 (3)内含驱动电源欠电压保护(UV)。每个驱动电路都具有UV保护功能。当驱动电源电压UCC小于规定值UV时，产生欠电压保护。 (4)内含过热保护(OH)。OH是防止IGBT、FRD(快恢复二极管)过热的保护功能。 (5)内含报警输出(ALM)。ALM是向外部输出故障报警的一种功能，当OH及下桥臂OC、Tjoh、UV保护动作时，通过向控制IPM的微机输出异常信号，能切实停止系统。 (6)内含制动电路。和逆变桥一样，内含IGBT、FRD、驱动电路、保护电路，加上电能释放电阻可构成制动电路。 变频 器 的 功用是将频率

40、固定(通常为工频50HZ)的交流点(三相的或单相的)交换成频率连续可调的三相交流电源。 如下图 2. 1所示，变频器的输入端(R,S ,T)接至频率固定的三相交流电源，输出端(U,V, W)输出的是频率在一定范围内连续可调的三相交流电，接至电机。 VVVF(Variation Voltage Variation Frequency)频率可变、电压可变。 1.过电流保护功能 1.1过电流的原因 （1）外部故障引起的过电流。如电动机堵转、变频器输出侧短路等。 （2）运行过电流。如加速或减速时间过短引起的过电流等。 （3）变频器自身故障引起的过电流。 1.2变频器对过电流的处理 变频器将首先根据电流上升的“陡度”来判断是否出现短路或接地，如果是，则立即跳闸；如果不是短路，而属于运行过电流，则首先进行自处理，在自处理不能使电流下降的情况下，则跳闸。 自处理方法：当电流超过