变频器的组成与设计说明书

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1、第四章变频器的组成及其设计山东大学控制科学与工程学院引言变频器的设计是一个综合运用多学科知识、解决系统性能指标及可靠性问题的过程，涉及的知识面较广。其设计理论涉及电机学、计算机技术、测试技术、数字电路、电力电子技术、自动控制理论、检测技术、热力学、机械结构设计等多个学科。因此它的设计也是一个复杂的系统工程问题。4变频器的组成及其设计本章提要交-直-交PWM变频器的基本结构及作用变频器常用电力电子开关器件开关管缓冲电路设计变频器设计方法变频器散热系统设计4.1交-直-交PWM变频器的基本结构及作用变频

2、器的类型也很多，其内部结构也各有不同。本节将以电压型通用变频器为例，介绍一下变频器的基本结构以及各部分的功能和作用。交-直-交PWM变频器都具有类似图4-1所示的基本结构。通用变频器基本结构一、变频器主电路的构成变频器的主电路是功率变换的执行机构，相当于是负责承重和出力的“骨骼和肌肉”。变频器的主电路整流电路直流滤波电路逆变电路辅助电路整流电路阻容吸收电路，用作过压保护，吸收操作过电压和浪涌电压。交流输入侧并联RC阻容吸收电路（星接或角接）或并联集成压敏电阻抑制来自三相电网的浪涌电压。小功率（10kV

3、A以下）变频器的整流电路通常只用一个六单元整流模块组成，几十kVA的变频器通常用三个两单元二极管模块组成整流电路，上百kVA的变频器通常用多组两单元二极管模块并联组成电路。如Fuji公司生产的FRN110G11-4CE型160kVA变频器整流电路由九个两单元二极管模块DD100HB160组成，每一个桥臂由三个模块并联而成。在通用变频器中整流电路常常采用全桥式二极管不控整流电路。直流滤波电路滤波元件：一般用大容量铝电解电容。如Fuji公司的FRN110G11-4CE型变频器的滤波回路由六只400V/10

4、00μF电解电容三三并联后再串联组成。作用：首先是对整流器输出电压滤波。其次是吸收来自逆变电路由于元件换向或负载变化等原因而产生的纹波电压和电流。逆变电路逆变部分可采用SCR、GTR、GTO、MOSFET、IGBT、IPM、IGCT等器件。缓冲电路：与逆变电路的功率开关元件并联，用以吸收元件关断时的关断浪涌电压。缓冲电路一般由电阻、电容、二极管组成。快速熔断器，它只能直接保护由二极管或晶闸管组成的整流模块，而对由MOSFET或IGBT等全控型器件组成的逆变电路没有直接保护作用。变频调速异步电动机的制动

5、控制：可以通过降低变频器输出频率来降低电动机的同步转速，达到使电动机减速的目的。在电动机的减速过程中，由于同步转速往往会低于电动机的实际转速，这时异步电动机便成为异步发电机，负载机械和电动机所具有的机械能量被馈还给电动机，并在电动机中产生制动力矩。制动电路制动电路容量大于18kVA的变频器：不再内装制动单元和制动电阻，需要时必须外接制动单元和制动电阻，利用电阻和开关器件组成放电回路。小容量（0.57-13kVA）变频器；一般内装制动单元和制动电阻。如果内装制动电阻的热容量不够，则需要再外加制动电阻。对

6、于大、中容量的电压型变频器来说，为了节约能源，一般采用能量回馈有源逆变装置将能量馈还给供电电源。图4-2电压型通用变频器控制电路的功能框图RST保护电路·变频器保护·电动机保护·驱动系统保护操作·显示电路·运行操作·参数设置·运行状态显示·故障显示整流电路逆变电路滤波电路控制电路FUSEC1C2R1R2UVW速度传感器电动机R0检测电路·电流检测·电压检测·速度检测主控制电路·输入信号处理频率（速度）指令运行/停止信号·加减速速率调节·电动机控制运算V/f，转差频率转矩电流、励磁电流·PWM波形基极（

7、门极）驱动电路·电压、电流信号放大·绝缘·波形整形电源主电路电压检测电流检测运行操作运行指令频率指令J二、变频器控制电路的基本构成及作用主控制电路主控制电路的核心是一个高性能的微处理器，并配以EPROM、RAM、ASIC芯片和其它必要的辅助电路。主控制电路的硬件相当于变频器的“大脑”，控制策略和软件则相当于变频器的“灵魂”。功能：输入信号处理加减速速率调节电机控制运算PWM波形的生成变频器大部分都带有网络接口，具有与其他设备通信的能力。保护电路保护电路是变频器安全可靠运行的“生命线”，其主要作用是根据

8、检测电路得到的各种信号来判断变频器本身或系统是否异常。瞬时过电流保护变频器输出电流过大，有可能超过主电路开关器件的容许值，变频器将关断开关器件并停止输出。过电流保护的电流峰值通常设为变频器额定电流的200%保护电路（2）与瞬时过电流保护是两个相关而又完全不同的概念。过载保护是逆变器输出电流超过额定值且维持流通达规定的时间，即“时间长，过电流幅值小”，体现发热的概念；过电流保护是“瞬间电流幅值大”，体现过电流峰值而没有时间的概念。对地短路保护过载保护（电子