变频器内部结构.ppt
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1、第六章第六章 变频器内部结构变频器内部结构6.1 6.1 变频器的组成变频器的组成 变频器为了适应工程需要,要有一系列控制端子,要有操作面板,要能够进行程序的读出写入,变频器内部,为了进行工作时的保护,要设置相应的保护电路。第六章:变频器内部结构第六章:变频器内部结构变频器结构框图变频器结构框图第六章:变频器内部结构第六章:变频器内部结构6.1.16.1.1主电路主电路 整流电路、起动保护、滤波电路、逆变电路整流电路、起动保护、滤波电路、逆变电路、指示电路、指示电路、制、制动单元动单元、输入端子、输入端子、输出端子。输出端子。第六章:变频器内部结构第六章:变频器内部结构1.1.整流电路整流电路
2、VD1VD6VD1VD6整流二极管,整流二极管,c1c1、c2c2,滤波电容,滤波电容,RLRL,限流电阻。,限流电阻。第六章:变频器内部结构第六章:变频器内部结构2.2.制动电路制动电路 图中图中RBRB电阻和电阻和VTBVTB是是制动选件,当电动机产制动选件,当电动机产生回馈电能,使生回馈电能,使UPNUPN电压电压达到达到700V700V,VTBVTB受控导受控导通,电动机的机械能转通,电动机的机械能转换成的电能通过换成的电能通过RBRB电阻电阻消耗,电动机得到制动消耗,电动机得到制动力矩停止。力矩停止。第六章:变频器内部结构第六章:变频器内部结构3.3.逆变电路逆变电路将直流电转换为三
3、相交将直流电转换为三相交流电流电图中,图中,VT1VT6VT1VT6,逆变,逆变管,管,VD7VD12VD7VD12,续流,续流二极管二极管第六章:变频器内部结构第六章:变频器内部结构1 1)逆变原理)逆变原理下面分析怎样将一个直流电变为下面分析怎样将一个直流电变为正弦波的问题。正弦波的问题。采样原理采样原理PWMPWM技术的理论基础是技术的理论基础是采样控制理论中的面积等效控制原理。即:加在惯性环节上的窄脉冲,尽管形状不同,只要面积相等,其作用在惯性环节上的效果相同(惯性环节就是电感、电容)。第六章:变频器内部结构第六章:变频器内部结构脉宽调制波脉宽调制波SPWMSPWM:将一个正弦波电压分
4、为:将一个正弦波电压分为N N等份,并把正弦曲线每一等等份,并把正弦曲线每一等份所包围的面积都用一个与其面积相等的等幅矩形脉冲来代替,脉冲份所包围的面积都用一个与其面积相等的等幅矩形脉冲来代替,脉冲的宽度与正弦波的大小成正比,这样得到的脉冲列,就是的宽度与正弦波的大小成正比,这样得到的脉冲列,就是SPWMSPWM波。波。实际应用中实际应用中SPWMSPWM波的形成波的形成:调制方法:调制方法:利用载波和调制波相比较方式来确定脉宽和间隔。利用载波和调制波相比较方式来确定脉宽和间隔。调制波调制波u ur r:所希望生成的等效正弦波所希望生成的等效正弦波 载波载波u uc c:等腰三角波或锯齿波等腰
5、三角波或锯齿波第六章:变频器内部结构第六章:变频器内部结构2)sPWM2)sPWM波的生成波的生成 按照调制脉冲的极性关系,PWM逆变电路的控制方式分为:单极性控制单极性控制:任一时刻载波与调制波的极性相同,在任意半个周期SPWM波单方向变化;正半周:ur uc时,有脉冲;ur uc时,无脉冲。副半周:ur uc时,有脉冲;ur uc时,无脉冲。第六章:变频器内部结构第六章:变频器内部结构2)2)双极性控制:载波双方向变双极性控制:载波双方向变化,在任意半个周期化,在任意半个周期SPWMSPWM波双方向变化;波双方向变化;u ur r u uc c时,正脉冲;时,正脉冲;u ur r u uc
6、 c时,负脉冲时,负脉冲第六章:变频器内部结构第六章:变频器内部结构3)三相逆变波形三相逆变波形加在加在6只逆变管上的信号都为开关信号,只逆变管上的信号都为开关信号,6只逆变管就相当于只逆变管就相当于6个开关,管个开关,管子导通相当于开关闭合,截止时相当于开关断开。子导通相当于开关闭合,截止时相当于开关断开。第六章:变频器内部结构第六章:变频器内部结构4.开关器件开关器件1 1)二极管)二极管二极管是单向导电器件,加正向电压,导通,相当开关闭合;加反向电压,截止,相当于开关断开第六章:变频器内部结构第六章:变频器内部结构2 2)绝缘栅双极晶体管()绝缘栅双极晶体管(IGBTIGBT)结构及外形
7、结构及外形IGBT是MOS和GTR取长补短相结合的产物,具有栅极G、集电极C、和发射极E的三个引出端。第六章:变频器内部结构第六章:变频器内部结构工作特点:工作特点:当uGEUGE(th)(开启电压)时,IGBT截止,无iC;当uGEUGE(th)时,uCE加正压,IGBT导通,其输出电流iC与驱动电压uGE基本呈线形关系。如图所示为IGBT的驱动电压uGE与输出电流iC的关系,此曲线称为IGBT的转移特性曲线。参数:参数:IGBT工作时,UGE导通电压15V、关断电压-5V。开关频率小于100kHz。第六章:变频器内部结构第六章:变频器内部结构6.1.26.1.2其他电路其他电路 1.1.输
8、入端隔离电路输入端隔离电路 变频器有一系列的输入端子,变频器有一系列的输入端子,这些输入端子和这些输入端子和CPU是通过隔离是通过隔离电路联系的。输入端隔离电路出电路联系的。输入端隔离电路出了问题,影响端子的正常输入,了问题,影响端子的正常输入,因为每个输入端子独立连接一只因为每个输入端子独立连接一只光电耦合器,哪一只光电耦合器光电耦合器,哪一只光电耦合器出了问题,那一路输入端子不能出了问题,那一路输入端子不能正常工作。正常工作。第六章:变频器内部结构第六章:变频器内部结构2.I-U2.I-U转换电路转换电路 该电路是该电路是模拟输入电压、模拟输入电压、电流、以及模电流、以及模拟输出指示端拟输
9、出指示端子的转换电路。子的转换电路。该电路出了问该电路出了问题,会影响这题,会影响这几路信号的正几路信号的正常工作。常工作。第六章:变频器内部结构第六章:变频器内部结构 3.DC/DC3.DC/DC电源电源 这是变频这是变频器除了主电路之器除了主电路之外所有电路的供外所有电路的供电电源。它出了电电源。它出了故障,整个变频故障,整个变频器停止工作。因器停止工作。因为该电源的输出为该电源的输出端是分组输出,端是分组输出,哪一组出了问题哪一组出了问题,影响那一组所,影响那一组所对应的电路。对应的电路。第六章:变频器内部结构第六章:变频器内部结构开关电源电路图开关电源电路图 图中L1为一次电路,L2、
10、L3、L4、L5为二次电路,工作时一次电路导通,二次电路截止,一次电路截止时,二次电路导通。二次电路的输出电压由开关管的脉冲宽度调节。开关电源容易损坏的元件是滤波电容、整流二极管、开关管。第六章:变频器内部结构第六章:变频器内部结构4.4.过压过压/欠压保欠压保护电路护电路 该电路是直该电路是直流母线电压的检流母线电压的检测电路,检测直测电路,检测直流母线欠压或过流母线欠压或过压。该电路出了压。该电路出了问题,一是不能问题,一是不能正确的提供检测正确的提供检测保护信号,产生保护信号,产生误报;二是失去误报;二是失去保护功能,使制保护功能,使制动电阻不能工作,动电阻不能工作,引起主电路过压引起主
11、电路过压而损坏。而损坏。第第六六章:变频器内部结构章:变频器内部结构 5.5.驱动电路驱动电路 该电路是将该电路是将CPU输出的输出的PWM信号进行信号进行放大,驱动放大,驱动IGBT开关工作。开关工作。该电路和主电路该电路和主电路紧密相连,是很紧密相连,是很重要,又容易出重要,又容易出故障的一部分电故障的一部分电路路第第六六章:变频器内部结构章:变频器内部结构1)驱动电路)驱动电路隔离放大、驱动放大电路、驱动电路电源隔离放大、驱动放大电路、驱动电路电源光耦隔离电路光耦隔离电路图中图中ICIC为为PWMPWM输出和驱动电路的隔离电路。当驱动电路损坏不至于将故障输出和驱动电路的隔离电路。当驱动电
12、路损坏不至于将故障扩大到扩大到PWMPWM发生电路。发生电路。V1V1为第一级放大;为第一级放大;V2V2、V3V3为输出跟随器,提高输出能力。为输出跟随器,提高输出能力。图中稳压管图中稳压管DZDZ使电源电压稳定在使电源电压稳定在20V20V。注:隔离电路中的光耦隔离集成块容易损坏。注:隔离电路中的光耦隔离集成块容易损坏。第第六六章:变频器内部结构章:变频器内部结构2 2)驱动电路和电源的连接)驱动电路和电源的连接电路作用:电路作用:为驱动电路提供直流电源。该电路由一只5V稳压管取得5V电源,加在IGBT开关管的发射极上,使驱动信号在零时,保证IGBT控制极为5V的负电压,使管子可靠的截止。
13、该电源需要4组,三个带浮地,一个直接接地。该电源由变频器的DC/DC直流电源提供。第六章:变频器内部结构第六章:变频器内部结构6.6.保护电路保护电路 是保护逆是保护逆变桥过流、过变桥过流、过压、过载等的压、过载等的保护电路。它保护电路。它由检测、放大、由检测、放大、模模/数转换等数转换等电路组成。该电路组成。该电路出了故障,电路出了故障,一是误报;二一是误报;二是失去保护功是失去保护功能,造成逆变能,造成逆变桥的损坏。桥的损坏。第六章:变频器内部结构第六章:变频器内部结构1)电流检测电路)电流检测电路通过检测变频器的输通过检测变频器的输出电流,进行过流、出电流,进行过流、过载计算,当判断为过
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