变频器基础知识大初学者用.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流变频器基础知识大初学者用.精品文档.1.SCR和GTO晶闸管 普通晶闸管SCR 曾称可控硅,它有三个极:阳极,阴极和门极。 SCR的工作特点是,当在门极与阴极间加一个不大的正向电压(G为+,K为)时,SCR即导通,负载Rl中就有电流流过。导通后,即使取消门极电压,SCR仍保持导通状态。只有当阳极电路的电压为0或负值时,SCR才关断。所以,只需要用一个脉冲信号,就可以控制其导通了,故它常用于可控整流。 作为一种无触点的半导体开关器件,其允许反复导通和关断的次数几乎是无限的,并且导通的控制也十分方便。这是一般的“通-断开关”所望尘莫及的,从而使实
2、现异步电动机的变频调速取得了突破。但由于变频器的逆变电路是在直流电压下工作的,而SCR在直流电压下又不能自行关断,因此,要实现逆变,还必须增加辅助器件和相应的电路来帮助它关断。所以,尽管当时的变频调速装置在个别领域(如风机和泵类负载)已经能够实用,但未能进入大范围的普及应用阶段。 门极关断(GTO)晶闸管 SCR在一段时间内,几乎是能够承受高电压和大电流的唯一半导体器件。因此,针对SCR的缺点,人们很自然地把努力方向引向了如何使晶闸管具有关断能力这一点上,并因此而开发出了门极关断晶闸管。 GTO晶闸管的基本结构和SCR类似,它的三个极也是:阳极(A)、阴极(K)和门极(G)。其图行符号也和SC
3、R相似,只是在门极上加一短线,以示区别。 GTO晶闸管的基本电路和工作特点是: 在门极G上加正电压或正脉冲(开关S和至位置1)GTO晶闸管即导通。其后,即使撤消控制信号(开关回到位置0),GTO晶闸管仍保持导通。可见,GTO晶闸管的导通过程和SCR的导通过程完全相同。 如在G、K间加入反向电压或较强的反向脉冲(开关和至位置2),可使GTO晶闸管关断。用GTO晶闸管作为逆变器件取得了较为满意的结果,但其关断控制较易失败,故仍较复杂,工作频率也不够高。而几乎是与此同时,大功率管(GTR)迅速发展了起来,使GTO晶闸管相形见绌。因此,在大量的中小容量变频器中,GTO晶闸管已基本不用。但其工作电流大,
4、故在大容量变频器中,仍居主要地位。 逆变器件的介绍:上次我们向大家介绍了普通晶闸管(SCR)和门极关断晶闸管(GTO),最重要是让大家了解变频器中逆变器件是如何工作的,它们起到什么作用!接下来我们讲:大功率晶体管(GTR)-大功率晶体管,也叫双极结型晶体管(BJT)。 1、 变频器用的GTR一般都是达林顿晶体管(复合管)模块,其内部有三个极分别是集电极C、发射极E和基极B。根据变频器的工作特点,在晶体管旁还并联了一个反向连接的续流二极管。又根据逆变桥的特点,常做成双管模块,甚至可以做成6管模块。 2、 工作时状态 和普通晶体管一样,GTR也是一种放大器件,具有三种基本的工作状态: 放大状态 起
5、基本工作特点是集电极电流Ic的大小随基极电流Ib而变Ic=Ib 式中-GTR的电流放大倍数。 GTR处于放大状态时,其耗散功率Pc较大。设Uc=200V,Rc=10,=50,Ib=200mA(0.2A)计算如下:Ic= Ib=50*0.2A=10A Uce=Uc-IcRc=(200-10*10)V=100V Pc=UceIc=100*10W=1000W=1KW 饱和状态 Ib增大时,Ic随之而增大的状态要受到欧姆定律的制约。当IbUc/Rc时,Ic=Ib的关系便不能再维持了,这时,GTR开始进入“饱和状态。而当Ic的大小几乎完全由欧姆定律决定,即 IcsUc/Rc 时,GTR便处于深度饱和状态
6、(Ics 为饱和电流)。这时,GTR的饱和压降Uces约 为1-5V。 GTR处于饱和状态时的功耗是很小的。上例中,设Uces=2V,则Ics=Uc/Rc=200/10A=20A Pc=UcesIcs=2*20W=40W 可见,与放大状态相比,相差甚远。 截止状态 即关断状态。这是基极电流Ib0的结果。 在截止状态,GTR只有很微弱的漏电流流过,因此,其功耗是微不足道的。 GTR在逆变电路中是用来作为开关器件的,工作过程中,总是在饱和状态间进行交替。所以,逆变用的GTR的额定功耗通常是很小的。而如上述,如果GTR处于放大状态,其功耗将增大达百北以上。所以,逆变电路中的GTR是不允许在放大状态下
7、小作停留的。 3.主要参数 在截止状态时 击穿电压Uceo和Ucex:能使集电极C和发射极E之间击穿的最小电压。基极B开路是用Uceo表示,B、E间接入反向偏压时用Ucex 表示。在大多数情况下,这两个数据是相等的。 漏电流Iceo 和 Icex:截止状态下,从C极流向E极的电流。B极开路时为 Iceo,B、E间反偏时为 Icex。 在饱和状态时 集电极最大电流Icm:GTR饱和导通是的最大允许电流。 饱和压降Uces:当GTR饱和导通时,C、E间的电压降。 在开关过程中 开通时间Ton:从B极通入正向信号电流时起,到集电极电流上升到0.9 Ics 所需要的时间。 关断时间Toff:从基极电流
8、撤消时起,至Ic下降至0.1 Ics 所需的时间 开通时间和关断时间将直接影响到SPWM调制是的载波频率。通常,使用GTR做逆变管时的载波频率底于2KHz。 4.变频器用GTR的选用 Uceo 通常按电源线电压U峰值的2倍来选择。 Uceo2厂2U 在电源电压为380V的变频器中,应有 Uceo2厂2U*380V=1074.8V,故选用 Uceo=1200V的GTR是适宜的。 Icm 按额定电流In峰值的2倍来选择Icm2厂2 In GTR是用电流信号进行驱动的,所需驱动功率较大,故基极驱动系统比较复杂,并使工作频率难以提高,这是其不足之处。 今天我告诉大家的是MOSFET以及IGBT 1、
9、功率场效应晶体管(POWER MOSFET) 它的3个极分别是源极S、漏极D和栅极G 其工作特点是,G、S间的控制信号是电压信号Ugs。改变Ugs的大小,主电路的漏极电流Id也跟着改变。由于G、S间的输入阻抗很大,故控制电流几乎为0,所需驱动功率很小。和GTR相比,其驱动系统比较简单,工作频率也比较高。此外,MOSFET还具有热稳定性好、安全工作区大 等优点。 但是,功率场效应晶体管在提高击穿电压和增大电流方面进展较慢,故在变频器中的应用尚不能居主导地位。 2、 绝缘栅双极晶体管(IGBT) IGBT是MOSFET和GTR相结合的产物,是栅极为绝缘栅结构(MOS结构)的晶体管,它的三个极分别是
10、集电极C、发射极E和栅极G。 工作特点是,控制部分与场效应晶体管相同,控制信号为电压信号Uge,输入阻抗很高,栅极电流I0,故驱动功率很小。而起主电路部分则与GTR相同,工作电流为集电极电流I。 至今,IGBT的击穿电压也已做到1200V,集电极最大饱和电流已超过1500A,由IGBT作为逆变器件的变频器容量已达到250KVA以上。 此外,其工作频率可达20KHZ。由IGBT作为逆变器件的变频器的载波频率一般都在10KHZ以上,故电动机的电源波形比较平滑,基本无电磁噪声。 目前,在新系列的中小容量变频器中,IGBT已处于绝对优势的地位! 最近市场出现智能性模块,模块中包含了过电流、过电压、低电
11、压、过热等保护,我也相信在今后的发展中能和大家一起学习,共同维护好我们的使命! $如果要正确的使用变频器, 必须认真地考虑散热的问题. !变频器的故障率随温度升高而成指数的上升。使用寿命随温度升高而成指数的下降。环境温度升高10度,变频器使用寿命减半。 因此,我们要重视散热问题啊! 在变频器工作时,流过变频器的电流是很大的, 变频器产生的热量也是非常大的,不能忽视其发热所产生的影响 通常,变频器安装在控制柜中。我们要了解一台变频器的发热量大概是多少. 可以用以下公式估算: 发热量的近似值= 变频器容量(KW)55 W 在这里, 如果变频器容量是以恒转矩负载为准的 (过流能力150% * 60s
12、) 如果变频器带有直流电抗器或交流电抗器, 并且也在柜子里面, 这时发热量会更大一些。 电抗器安装在变频器侧面或测上方比较好。 这时可以用估算: 变频器容量(KW)60 W 因为各变频器厂家的硬件都差不多, 所以上式可以针对各品牌的产品. 注意: 如果有制动电阻的话,因为制动电阻的散热量很大, 因此最好安装位置最好和变频器隔离开, 如装在柜子上面或旁边等。 $ 那么, 怎样采能降低控制柜内的发热量呢? 当变频器安装在控制机柜中时,要考虑变频器发热值的问题。 根据机柜内产生热量值的增加,要适当地增加机柜的尺寸。因此,要使控制机柜的尺寸尽量减小,就必须要使机柜中产生的热量值尽可能地减少。 如果在变
13、频器安装时,把变频器的散热器部分放到控制机柜的外面,将会使变频器有70%的发热量释放到控制机柜的外面。由于大容量变频器有很大的发热量,所以对大容量变频器更加有效。 还可以用隔离板把本体和散热器隔开, 使散热器的散热不影响到变频器本体。这样效果也很好。注意:变频器散热设计中都是以垂直安装为基础的,横着放散热会变差的! 关于冷却风扇 一般功率稍微大一点的变频器, 都带有冷却风扇。同时,也建议在控制柜上出风口安装冷却风扇。进风口要加滤网以防止灰尘进入控制柜。 注意控制柜和变频器上的风扇都是要的,不能谁替代谁。$其他关于散热的问题 1。 在海拔高于1000m的地方,因为空气密度降低,因此应加大柜子的冷
14、却风量以改善冷却效果。理论上变频器也应考虑降容,1000m每-5%。但由于实际上因为设计上变频器的负载能力和散热能力一般比实际使用的要大, 所以也要看具体应用。 比方说在1500m的地方,但是周期性负载,如电梯,就不必要降容。2。 开关频率:变频器的发热主要来自于IGBT, IGBT的发热有集中在开和关的瞬间。 因此开关频率高时自然变频器的发热量就变大了。 有的厂家宣称降低开关频率可以扩容, 就是这个道理。 编辑本段过热保护主要有以下几点: 风扇运转保护 变频器的内装风扇是箱体内部散热的主要手段,它将保证控制电路的正常工作。所以,如果风扇运转不正常,应立即进行保护。 逆变模块散热板的过热保护
15、逆变模块是变频器内发生热量的主要部件,也是变频器中最重要而又最脆弱的部件。所以,各变频器都在散热板上配置了过热保护器件。 制动电阻过热保护 制动电阻的标称功率是按短时运行选定的。所以,一旦通电时间过长,就会过热。这时,应暂停使用,待冷却后再用。或选用较大一点功率电阻。 冷却风道的入口和出口不得堵塞,环境温度也可能高于变频器的允许值。如果还有问题,你可以打电话给我们! 我就讲一讲脉宽调制和脉幅调制,至于芯片的资料你可以到中国电子网去查一查,我不方便登录在此处,它记载的数据有6页! 在VVVF的实施,有两种基本的调制方法: 1.脉幅调制 (PAM) 逆变器所得交流电压的振幅值等于直流电压值(Um=
16、Ud)。因此,实现变频也是变压的最容易想到的方法,便是在调节频率的同时,也调节直流电压。 这种方法的特点是,变频器在改变输出频率的同时,也改变了电压的振幅值,故称为脉幅调制,常用PAM(Pulse Amplitude Modulation)表示。PAM需要同时调节两部分:整流部分和逆变部分,两者之间还必须满足Ku和Kf间的一定的关系,故其控制电路比较复杂。 2.脉宽调制(PWM) 把每半个周期内,输出电压的波形分割成若干个脉冲波,每个脉冲的宽度为T1,每两个脉冲间的间隔宽度为T2,那么脉冲的占空比=T1/(T1+T2)。 这时,电压的平均值和占空比成正比,所以在调节频率时,不改变直流电压的幅值
17、,而是改变输出电压脉冲的占空比,也同样可以实现变频也变压的效果。当电压周期增大(频率降低),电压脉冲的幅值不变,而占空比在减小,故平均电压降低。 此法的特点是,变频器在改变输出频率的同时,也改变输出电压的脉冲占空比(幅值不变)故称为脉宽调制,常用PWM(Pulse width modulation)表示。 PWM只须控制逆变电路便可实现,与PAM相比,控制电路简化了许多。 不论是PAM,还是PWM,其输出电压和电流的波形都是非正玄波,具有许多高次谐波成分。为了使输出电流的波形接近与正玄波,又提出了正玄波脉宽调制的方式。下次接着讲SPWM 各位朋友大家好,今天我要为大家讲的是:正弦波脉宽调制(S
18、PWM) 1、QPWM的概念 在进行脉宽调制时,使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。当正弦值为最大值时,脉冲的宽度也最大,而脉冲间的间隔则最小,反之,当正弦值较小时,脉冲的宽度也小,而脉冲间的间隔则较大,这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的高次谐波成分大为减小,称为正弦波脉宽调制。 SPWM脉冲系列中,各脉冲的宽度以及相互间的间隔宽度是由正弦波(基准波或调制波)和等腰三角波(载波)的交点来决定的。具体方法如后所述。 2、单极性SPWM法(1)调制波和载波:曲线是正弦调制波,其周期决定于需要的调频比kf,振幅值决定于ku,曲线是采用等腰三角波的载波,其周期决定于载波频率,振幅不变,等于ku=1时
19、正弦调制波的振幅值,每半周期内所有三角波的极性均相同(即单极性)。调制波和载波的交点,决定了SPWM脉冲系列的宽度和脉冲音的间隔宽度,每半周期内的脉冲系列也是单极性的。(2)单极性调制的工作特点:每半个周期内,逆变桥同一桥臂的两个逆变器件中,只有一个器件按脉冲系列的规律时通时通时断地工作,另一个完全截止;而在另半个周期内,两个器件的工况正好相反,流经负载ZL的便是正、负交替的交变电流。 3、双极性SPWM法 (1)调制波和载波: 调制波仍为正弦波,其周期决定于kf,振幅决定于ku,中曲线,载波为双极性的等腰三角波,其周期决定于载波频率,振幅不变,与ku=1时正弦波的振幅值相等。 调制波与载波的
20、交点决定了逆变桥输出相电压的脉冲系列,此脉冲系列也是双极性的,但是,由相电压合成为线电压(uab=ua-ub;ubc=ub-uc;uca=uc-ua)时,所得到的线电压脉冲系列却是单极性的。 (2)双极性调制的工作特点:逆变桥在工作时,同一桥臂的两个逆变器件总是按相电压脉冲系列的规律交替地导通和关断,毫不停息,而流过负载ZL的是按线电压规律变化的交变电流。 4、实施SPWM的基本要求 (1)必须实时地计算调制波(正弦波)和载波(三角波)的所有交点的时间坐标,根据计算结果,有序地向逆变桥中各逆变器件发出“通”和“断”的动作指令。 (2)调节频率时,一方面,调制波与载波的周期要同时改变(改变的规律
21、本文不作介绍);另一方面,调制波的振幅要随频率而变,而载波的振幅则不变,所以,每次调节后,所胶点的时间坐标都 必须重新计算。要满足上述要求,只有在计算机技术取得长足进步的20世纪80年代才有可能,同时,又由于大规模集成电路的飞速发展,迄今,已经有能够产生满足要求的SPWM波形的专用集成电路了。 西门子420变频器PID调试:总结在变频器page5-13.14详细讲解在说明书page10-84.85.86.87.88.89.90.91.92.93.94 重要几个参数为1.P0004改为22. page10-6 2.P2200改为1 允许PID控制器投入 3. P2257 PID设定值的斜坡上升时
22、间 p2258 PID设定值的斜坡下降时间 P2261 PID设定值的滤波时间常数 P2264 PID反馈信号 P2265 PID反馈滤波时间常数 P2267 PID反馈信号的上限值 P2268 PID反馈信号的下限值 P2269 PID反馈信号的增益 P2270 PID传感器的反馈型式 P2280 PID比例增益系数 P2285 PID积分时间 P2291 PID输出上限 P2292 PID输出下限 P2293 PID限幅值的斜坡上升/下降时间 噪声与振动及其对策 采用变频器调速,将产生噪声和振动,这是变频器输出波形中含有高次谐波分量所产生的影响。随着运转频率的变化,基波分量、高次谐波分量都
23、在大范围内变化,很可能引起与电动机的各个部分产生谐振等。噪声问题及对策 (1)用变频器传动电动机时,由于输出电压电流中含有高次谐波分量,气隙的高次谐波磁通增加,故噪声增大。电磁噪声由以下特征:由于变频器输出中的低次谐波分量与转子固有机械频率谐振,则转子固有频率附近的噪声增大。变频器输出中的高次谐波分量与铁心机壳轴承架等谐振,在这些部件的各自固有频率附近处的噪声增大。 变频器传动电动机产生的噪声特别是刺耳的噪声与PWM控制的开关频率有关,尤其在低频区更为显著。一般采用以下措施平抑和减小噪声:在变频器输出侧连接交流电抗器。如果电磁转矩有余量,可将U / f定小些。采用特殊电动机在较低频的噪声音量较
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