第六章《變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)》

（內(nèi)部資料注意保存）《中國工業(yè)自動(dòng)化培訓(xùn)網(wǎng)》變頻器原理應(yīng)用維修ACInverterApplicationTechnology主講:駱建方

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E-課間歡迎學(xué)員隨時(shí)提出疑問討論問題變頻器原理應(yīng)用維修第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)6.1變頻器的組成變頻器為了適應(yīng)工程需要，要有一系列控制端子，要有操作面板，要能夠進(jìn)行程序的讀出寫入，變頻器內(nèi)部，為了進(jìn)行工作時(shí)的保護(hù)，要設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)電路。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)變頻器結(jié)構(gòu)框圖第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)6.1.1主電路整流電路、起動(dòng)保護(hù)、濾波電路、逆變電路、指示電路、制動(dòng)單元、輸入端子、輸出端子。不同系列交-直-交變頻器內(nèi)部的主體電路基本相同，變頻調(diào)速過程中出現(xiàn)的許多現(xiàn)象都可通過主體電路來進(jìn)行分析。因此，熟悉主體電路的結(jié)構(gòu)，透徹了解各部分的原理，具有十分重要的意義。一、交-直變換交-直變換電路就是整流和濾波電路，其任務(wù)是把電源的三相（或單相）交流電變換成平穩(wěn)的直流電。由于整流后的直流電壓較高，且不允許再降低，因此，在電路結(jié)構(gòu)上具有特殊性。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)（補(bǔ)充）1.整流電路VD1—VD6整流二極管，c1、c2，濾波電容，RL，限流電阻。1、全波整流電路在SPWM變頻器中，大多采用橋式全波整流電路。在中、小容量的變頻器中，整流器件采用不可控的整流二極管或二極管模塊，如圖中的VD1-VD6所示。當(dāng)三相線電壓為380V時(shí)，整流后的峰值電壓為537V，平均電壓為515V。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)*U2

是整流變壓器二次側(cè)額定相電壓的有效值。當(dāng)0<</2時(shí)，Ud0>0，晶閘管裝置處于整流狀態(tài)，電功率從交流側(cè)輸送到直流側(cè)；當(dāng)/2<<max時(shí)，Ud0<0，裝置處于有源逆變狀態(tài)，電功率反向傳送。為避免逆變顛覆，應(yīng)設(shè)置最大的移相角限制。相控整流器的電壓控制曲線如下圖整流與逆變狀態(tài)相控整流器的電壓控制曲線

O通過設(shè)置控制電壓限幅值，來限制最大觸發(fā)角。逆變顛覆限制第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)2濾波及限流電路（1）濾波電路，即上圖中的CF1和CF2。由于受到電解電容的電容量和耐壓能力的限制，濾波電路通常由若干個(gè)電容器并聯(lián)成一組，又由兩個(gè)電容器組CF1和CF2串聯(lián)而成。因?yàn)殡娊怆娙莸碾娙萘坑休^大的離散性，故電容器組CF1和CF2的電容量常不能完全相等。其結(jié)果是各電容器組承受的電壓UD1和UD2不相等，使承受電壓較高一測的電容器組容易損壞。

為了使UD1和UD2相等，在CF1和CF2旁各并聯(lián)一個(gè)阻值相等的均壓電阻RC1和RC2。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)（2）限流電路，即如上圖中，串接在整流橋和濾波電容器之間，由限流電阻RL和電路開關(guān)SL組成的并聯(lián)電路。限流電阻RL的作用是：變頻器在接入電源之前，濾波電容CF上的直流電壓UD=0。因此，當(dāng)變頻器剛接入電源的瞬間，將有一個(gè)很大的沖擊電流經(jīng)過整流橋流向?yàn)V波電容，使整流橋可能因此而受到損壞。如果電容器的容量很大，還會(huì)使電源電壓瞬間下降而形成對電網(wǎng)的干擾。限流電阻RL就是為了削弱該沖擊電流而串接在整流橋與濾波電容之間的。短路開關(guān)SL的作用是：限流電阻RL如長期接在電路內(nèi)，會(huì)影響直流電壓UD和變頻器輸出電壓的大小。所以，當(dāng)UD增大到一定程度時(shí)，令短路開關(guān)SL接通，把RL切出電路。SL大多由晶閘管構(gòu)成，在容量較小的變頻器中，也常有接觸器或繼電器的觸點(diǎn)構(gòu)成。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)3、電源指示電源指示燈HL除了表示電源是否接通外，還有一個(gè)十分重要的功能，即在變頻器切斷電源后，表示濾波電容器CF上的電荷是否已經(jīng)釋放完畢。由于CF的容量較大，而切斷電源又必須在逆變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。又由于CF上的電壓較高，如不放完，對人身安全將構(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，所以，HL也具有提示保護(hù)作用。1、三相逆變橋電路逆變橋電路的功能是把直流電轉(zhuǎn)換成三相交流電，其工作原理在本章第一節(jié)已經(jīng)說明。逆變橋電路由下圖中的開關(guān)器件V1-V6構(gòu)成。目前中小容量的變頻器中，開關(guān)器件大部分使用IGBT管。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)2、續(xù)流電路由圖中的VD7-VD12構(gòu)成。其功能是：（1）為電動(dòng)機(jī)繞組的無功電流返回直流電路時(shí)提供通路。（2）當(dāng)頻率下降從而同步轉(zhuǎn)速下降時(shí)，為電動(dòng)機(jī)的再生電能反饋至直流電路提供通路。（3）為電路的寄生電感在逆變過程中釋放能量提供通路。3、緩沖電路（R01-R06、CO1-C06、VD01-VD06）逆變管在關(guān)斷和導(dǎo)通的瞬間，其電壓和電流的變化率是很大的，有可能使逆變管受到損害。因此，每個(gè)逆變管旁還應(yīng)接入緩沖電路，以減緩電壓和電流的變化率。緩沖電路的結(jié)構(gòu)因逆變管的特性和容量等的不同而有較大差異，下圖是比較典型的一種2-27。各元件的功能如下：

（1）電容C01-C06。逆變管V1-V6每次由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換成截止?fàn)顟B(tài)的過程中，集電極（C極）和發(fā)射極（E極）之間的電壓UCE將極為迅速地由近乎0V上升至直流電壓值UD。在此過程中，電壓增長率是很高的，將容易導(dǎo)致逆變管的損壞。C01--C06的功能便是減小V1-V6在關(guān)斷時(shí)的電壓增長率（2）電阻R01-R06。V1-V6每次由截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，C01-C06上所沖的電壓（等于UD）將向V1-V6放電。放電電流的初始值是很大的，并且將迭加到負(fù)載電流上，導(dǎo)致V1-V6損壞。電阻R01-R06就是用來限制C01-C06對V1-V6的放電電流的。（3）二極管VD01-VD02。限流電阻R01-R06的接入，又會(huì)影響C01-C06在V1-V6的關(guān)斷時(shí)限制電壓增長率的效果。VD01-VD02接入后，在V1-V6的關(guān)斷過程中，使R01-R06不起作用。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)實(shí)例：ABBACS800單相逆變橋原理變頻的方法三相逆變橋三、能耗制動(dòng)電路1、能耗制動(dòng)電路的作用在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的降速和停機(jī)，是通過逐漸減小頻率來實(shí)現(xiàn)的。在頻率剛減小的瞬間，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨之下降，而由于機(jī)械慣性的原因，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速未變。當(dāng)同步轉(zhuǎn)速低于這個(gè)轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的方向相反了，轉(zhuǎn)子電流的相位幾乎改變了，使電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，也稱為再生制動(dòng)狀態(tài)。電動(dòng)機(jī)再生的電能經(jīng)下圖中的續(xù)流二極管（VD7-VD12）全波整流后反饋到直流電路中，由于直流電路的電能無法回輸給電網(wǎng)，只能由CF1和CF2吸收，使直流電壓升高，稱為“泵升電壓”。過高的直流電壓將使變流器件受到損害。因此，當(dāng)直流電壓超過一定值時(shí)，就要求提供一條放電回路，將再生的電能消耗掉。這一條放電回路，就是能耗制動(dòng)電路。2、能耗電路的構(gòu)成能耗電路由制動(dòng)電阻RB和制動(dòng)單元BV構(gòu)成，如圖所示。電阻能耗制動(dòng)采用的方法是在變頻器直流側(cè)加放電電阻單元組件，將再生電能消耗在功率電阻上來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。這是一種處理再生能量的最直接的辦法，它是將再生能量通過專門的能耗制動(dòng)電路消耗在電阻上，轉(zhuǎn)化為熱能制動(dòng)電阻RB用于消耗掉直流電路中的多余電能，直流電壓保持平穩(wěn)。制動(dòng)單元BV的功能是控制放電回路的工作。具體地說，當(dāng)直流回路的電壓UD超過規(guī)定的限值時(shí)，VB導(dǎo)通，使直流回路通過RB釋放能量，降低直流電壓。而當(dāng)UD在正常范圍內(nèi)時(shí)，BV將可靠截止，以避免不必要的能量損失。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)四、主電路將上述各部分電路匯總后成為主電路，如下圖所示。五、電路結(jié)構(gòu)逆變原理PWM1）逆變原理下面分析怎樣將一個(gè)直流電變?yōu)檎也ǖ膯栴}。①采樣原理

PWM技術(shù)的理論基礎(chǔ)是采樣控制理論中的面積等效控制原理。即：加在慣性環(huán)節(jié)上的窄脈沖，盡管形狀不同，只要面積相等，其作用在慣性環(huán)節(jié)上的效果相同（慣性環(huán)節(jié)就是電感、電容）。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)②脈寬調(diào)制波SPWM：將一個(gè)正弦波電壓分為N等份，并把正弦曲線每一等份所包圍的面積都用一個(gè)與其面積相等的等幅矩形脈沖來代替，脈沖的寬度與正弦波的大小成正比，這樣得到的脈沖列，就是SPWM波。

實(shí)際應(yīng)用中SPWM波的形成：調(diào)制方法：利用載波和調(diào)制波相比較方式來確定脈寬和間隔。調(diào)制波ur：所希望生成的等效正弦波載波uc：等腰三角波或鋸齒波第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)2)sPWM波的生成按照調(diào)制脈沖的極性關(guān)系，PWM逆變電路的控制方式分為：①單極性控制:任一時(shí)刻載波與調(diào)制波的極性相同，在任意半個(gè)周期SPWM波單方向變化；正半周：ur＞uc時(shí)，有脈沖；ur＜uc時(shí)，無脈沖。副半周：ur＜uc時(shí)，有脈沖；ur＞uc時(shí)，無脈沖。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)2)雙極性控制：載波雙方向變化，在任意半個(gè)周期SPWM波雙方向變化；ur＞uc時(shí)，正脈沖；ur＜uc時(shí)，負(fù)脈沖第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)3)三相逆變波形加在6只逆變管上的信號(hào)都為開關(guān)信號(hào)，6只逆變管就相當(dāng)于6個(gè)開關(guān)，管子導(dǎo)通相當(dāng)于開關(guān)閉合，截止時(shí)相當(dāng)于開關(guān)斷開。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)常用電力電子器件的類型1.按器件能夠被控制電路信號(hào)所控制的程度分1）不可控器件不可控器件不能用控制信號(hào)來控制其通斷。如電力二極管（PowerDiode），器件的通和斷是由其在主電路中承受的電壓和電流決定。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)1）二極管二極管是單向?qū)щ娖骷?，加正向電壓，?dǎo)通，相當(dāng)開關(guān)閉合；加反向電壓，截止，相當(dāng)于開關(guān)斷開2）半控型器件半控型器件通過控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。如晶閘管Thyristor及其大部分派生器件，器件的關(guān)斷由其在主電路中承受的電壓和電流決定。3）全控型器件全控型器件通過控制信號(hào)既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷，又稱自關(guān)斷器件。如絕緣柵雙極晶體管IGBT、功率、門極可關(guān)斷晶閘管GTO等。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.按驅(qū)動(dòng)電路加在器件控制端和公共端之間信號(hào)的性質(zhì)分

1）電流驅(qū)動(dòng)型通過從控制端注入或者抽出電流來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。常見的有普通晶閘管、門極可關(guān)斷晶閘管GTO等。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)2）電壓驅(qū)動(dòng)型通過在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號(hào)來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。電壓驅(qū)動(dòng)型器件實(shí)際上是通過加在控制端上的電壓在器件的兩個(gè)主電路端子之間產(chǎn)生可控的電場來改變流過器件的電流大小和通斷狀態(tài)，所以又稱為場控器件或場效應(yīng)器件。常見的有功率場效應(yīng)晶體管MOSFET、絕緣柵雙極晶體管IGBT等第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.按器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況分1）單極型器件只有一種載流子參與導(dǎo)電的器件，常見的單極型器件有功率場效應(yīng)晶體管MOSFET和靜電感應(yīng)晶體管SIT。2）雙極型器件由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件，常見的雙極型器件有晶閘管（包括普通晶閘管SCR、雙向晶閘管TRIAC、逆導(dǎo)晶閘管RCT、非對稱晶閘管ASCR、功率晶體管GTR、門極可關(guān)斷晶閘管GTO、靜電感應(yīng)晶閘管SITH。3）復(fù)合型器件由單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件，一般是以普通晶閘管、GTR或GTO為主導(dǎo)元件，以MOSFET為控制元件復(fù)合而成的。常見的復(fù)合型器件有絕緣柵型雙極型晶體管IGBT、MOS控制晶閘管MCT以及功率集成電路。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖6-1電力電子器件分類樹第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管的外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)，如圖6-2所示。

圖6-2晶閘管的外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.晶閘管的工作原理為了說明晶閘管的導(dǎo)電原理，可按如下圖所示的電路做一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)。3.晶閘管的導(dǎo)通條件從上述實(shí)驗(yàn)可以看出，晶閘管導(dǎo)通必須同時(shí)具備兩個(gè)條件：（1）晶閘管陽極電路加適當(dāng)?shù)恼螂妷?；?）門極電路加適當(dāng)?shù)恼螂妷海▽?shí)際工作中，門極加正觸發(fā)脈沖信號(hào)），且晶閘管一旦導(dǎo)通，門極將失去控制作用。晶閘管的雙晶體管模型可以用一對互補(bǔ)三極管代替晶閘管的等效電路來解釋，如下圖所示。

按照上述等效原則，可將圖（a）中的結(jié)構(gòu)圖改畫為圖2-4（b）中的電路圖，并用V1和V2管代替晶閘管。4、晶閘管的工作狀態(tài)晶體管的特性是在低發(fā)射極電流下電流放大系數(shù)α很小，而當(dāng)發(fā)射極電流建立起來之后，α迅速增大?？梢杂纱藖碚f明晶閘管的幾種工作狀態(tài)：（1）正向阻斷。（2）觸發(fā)導(dǎo)通。（3）晶閘管關(guān)斷。（4）反向阻斷。晶閘管的動(dòng)態(tài)特性晶閘管開通和關(guān)斷過程的波形圖，如圖所示。2、功率晶體管功率晶體管（GiantTransistor，簡稱為GTR）也稱為電力晶體管PTR，是一種具有發(fā)射極E、基極B、集電極C的耐高電壓、大電流的雙極型晶體管，有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)，故又稱為雙結(jié)型晶體管（BipolarJunctionTransistor，簡稱為BJT）。它既有晶體管的固有特性，又?jǐn)U大了功率容量。GTR的缺點(diǎn)是耐沖擊能力差，易受二次擊穿而損壞。2.1GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理

GTR是一種雙極型半導(dǎo)體器件，即其內(nèi)部電流由電子和空穴兩種載流子形成。其基本結(jié)構(gòu)有NPN和PNP兩種。而在電力電子電路中主要采用NPN結(jié)構(gòu)。為了提高GTR的耐壓，一般采用NPνN三重?cái)U(kuò)散結(jié)構(gòu)，如圖所示。2.GTR的基本特性

GTR的基本特性包括輸出特性、動(dòng)態(tài)特性、主要參數(shù)和安全工作區(qū)等

1）GTR的輸出特性共發(fā)射極接法時(shí)，GTR的輸出特性，如圖所示。共發(fā)射極接法時(shí)GTR的輸出特性2）GTR的動(dòng)態(tài)特性

GTR的動(dòng)態(tài)特性與晶閘管類似，但GTR作為高頻開關(guān)使用，經(jīng)常處于開通和關(guān)斷的動(dòng)態(tài)過程中。因此，對GTR的開關(guān)特性要重視，如圖所示為GTR開通和關(guān)斷過程中的電流波形。圖GTR開通和關(guān)斷過程中的電流波形3、

功率場效應(yīng)晶體管功率場效應(yīng)晶體管（MetalOxideSemiconductorFET，簡稱為MOSFET），與小功率場效應(yīng)晶體管（FieldEffectTransistor，簡稱為FET）一樣，也分為結(jié)型和絕緣柵型，但通常主要指絕緣柵型中的MOS型。結(jié)型電力場效應(yīng)晶體管一般稱為靜電感應(yīng)晶體管（StaticInductionTransistor，簡稱為SIT）。功率MOSFET是一種單極型電壓控制器件，用柵極電壓來控制漏極電流，驅(qū)動(dòng)電路簡單、需要的驅(qū)動(dòng)功率小、開關(guān)速度快、工作頻率高、熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR，但電流容量小、耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置。1.功率MOSFET的種類、結(jié)構(gòu)和工作原理

1）功率MOSFET的種類功率MOSFET按導(dǎo)電溝道可分為P溝道類型和N溝道類型。N溝道中主要載流子是電子，P溝道中主要載流子是空穴。其中每一類又可分為增強(qiáng)型和耗盡型兩種。功率MOSFET的漏極D、柵極G和源極S分別類似于晶體管中的集電極、基極和發(fā)射極。幾種常用的功率場效應(yīng)晶體管的外形如圖所示。

幾種功率MOSFET的外形2）功率MOSFET的結(jié)構(gòu)功率MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)，如圖所示。圖功率MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)3）功率MOSFET的工作原理功率MOSFET是利用柵源電壓的大小來改變半導(dǎo)體表面感生電荷的大小，從而控制漏極電流的大小。其工作過程可分為：（1）關(guān)斷。（2）導(dǎo)通。2.功率MOSFET的基本特性

1）功率MOSFET的靜態(tài)特性圖

功率MOSFET的靜態(tài)特性2）功率MOSFET的動(dòng)態(tài)特性功率MOSFET開通、關(guān)斷過程的波形，如圖所示。

功率MOSFET的動(dòng)態(tài)特性波形

（1）功率MOSFET的開通過程。開通過程包括開通延遲時(shí)間td(on)、上升時(shí)間tr和開通時(shí)間ton。（2）功率MOSFET的關(guān)斷過程。關(guān)斷過程包括關(guān)斷延遲時(shí)間td(off)、下降時(shí)間tf和關(guān)斷時(shí)間toff。（3）功率MOSFET的開關(guān)速度。MOSFET的開關(guān)速度和柵極輸入電容Cin充放電有很大關(guān)系。4、

絕緣柵雙極晶體管

GTR的特點(diǎn)是雙極型電流驅(qū)動(dòng)器件，有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)、通流能力很強(qiáng)等特點(diǎn)，但開關(guān)速度較低、所需驅(qū)動(dòng)功率大、驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。MOSFET的優(yōu)點(diǎn)是單極型電壓驅(qū)動(dòng)器件，開關(guān)速度快、輸入阻抗高、熱穩(wěn)定性好、所需驅(qū)動(dòng)功率小而且驅(qū)動(dòng)電路簡單。1.IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理

IGBT的開關(guān)速度低于功率MOSFET，但明顯高于GTR。IGBT在關(guān)斷時(shí)不需要負(fù)柵壓來減少關(guān)斷時(shí)間，但關(guān)斷時(shí)間隨柵極和發(fā)射極并聯(lián)電阻的增加而增加。IGBT的開啟電壓約3～4V，和MOSFET相當(dāng)。IGBT導(dǎo)通時(shí)飽和壓降比功率MOSFET低而和GTR接近，飽和壓降隨柵極電壓的增加而降低。1）IGBT的結(jié)構(gòu)

IGBT也是三端器件，它的三個(gè)極分別為柵極G、集電極C和發(fā)射極E。如圖2-16所示為IGBT內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖。IGBT內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖IGBT也是多元集成結(jié)構(gòu)，每個(gè)IGBT的簡化等效電路和電氣圖形符號(hào)，如圖所示。圖IGBT的簡化等效電路和電氣圖形符號(hào)2）IGBT的工作原理

IGBT的驅(qū)動(dòng)原理與電力MOSFET基本相同，它是場控器件，通斷由柵射極電壓uGE決定。給柵極施加正向電壓后，MOSFET導(dǎo)通，從而給PNP晶體管提供了基板電流使其導(dǎo)通。給柵極施加反向電壓后，MOSFET關(guān)斷，使PNP晶體管基極電流為零而截止。其具體工作過程如下：（1）導(dǎo)通。uGE大于開啟電壓UGE（th）時(shí)，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導(dǎo)通。此時(shí)由于電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻RN減小，使高耐壓的IGBT也有低的通態(tài)壓降。（2）關(guān)斷。柵射極間施加反向電壓或不加電壓時(shí)，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)2）絕緣柵雙極晶體管（IGBT）①結(jié)構(gòu)及外形IGBT是MOS和GTR取長補(bǔ)短相結(jié)合的產(chǎn)物，具有柵極G、集電極C、和發(fā)射極E的三個(gè)引出端。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)②工作特點(diǎn)：當(dāng)uGE≤UGE(th)（開啟電壓）時(shí)，IGBT截止，無iC；當(dāng)uGE﹥UGE(th)

時(shí)，uCE加正壓，IGBT導(dǎo)通，其輸出電流iC與驅(qū)動(dòng)電壓uGE基本呈線形關(guān)系。如圖所示為IGBT的驅(qū)動(dòng)電壓uGE與輸出電流iC的關(guān)系，此曲線稱為IGBT的轉(zhuǎn)移特性曲線。③參數(shù)：IGBT工作時(shí)，UGE導(dǎo)通電壓15V、關(guān)斷電壓-5V。開關(guān)頻率小于100kHz。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)（控制電路）

6.1.2控制電路

1.輸入端隔離電路變頻器有一系列的輸入端子，這些輸入端子和CPU是通過隔離電路聯(lián)系的。輸入端隔離電路出了問題，影響端子的正常輸入，因?yàn)槊總€(gè)輸入端子獨(dú)立連接一只光電耦合器，哪一只光電耦合器出了問題，那一路輸入端子不能正常工作。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.I-U轉(zhuǎn)換電路該電路是模擬輸入電壓、電流、以及模擬輸出指示端子的轉(zhuǎn)換電路。該電路出了問題，會(huì)影響這幾路信號(hào)的正常工作。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.DC/DC電源這是變頻器除了主電路之外所有電路的供電電源。它出了故障，整個(gè)變頻器停止工作。因?yàn)樵撾娫吹妮敵龆耸欠纸M輸出，哪一組出了問題，影響那一組所對應(yīng)的電路。開關(guān)電源電路

開關(guān)電源電路向操作面板、主控板、驅(qū)動(dòng)電路及風(fēng)機(jī)等電路提供低壓電源。圖2.5富士G11型開關(guān)電源電路組成的結(jié)構(gòu)圖。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)直流高壓P端加到高頻脈沖變壓器初級(jí)端，開關(guān)調(diào)整管串接脈沖變壓器另一個(gè)初級(jí)端后，再接到直流高壓N端。開關(guān)管周期性地導(dǎo)通、截止，使初級(jí)直流電壓換成矩形波。由脈沖變壓器耦合到次級(jí)，再經(jīng)整流濾波后，獲得相應(yīng)的直流輸出電壓。它又對輸出電壓取樣比較，去控制脈沖調(diào)寬電路，以改變脈沖寬度的方式，使輸出電壓穩(wěn)定。

第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)開關(guān)電源電路圖圖中L1為一次電路，L2、L3、L4、L5為二次電路，工作時(shí)一次電路導(dǎo)通，二次電路截止，一次電路截止時(shí)，二次電路導(dǎo)通。二次電路的輸出電壓由開關(guān)管的脈沖寬度調(diào)節(jié)。開關(guān)電源容易損壞的元件是濾波電容、整流二極管、開關(guān)管。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)4.過壓/欠壓保護(hù)電路該電路是直流母線電壓的檢測電路，檢測直流母線欠壓或過壓。該電路出了問題，一是不能正確的提供檢測保護(hù)信號(hào)，產(chǎn)生誤報(bào)；二是失去保護(hù)功能，使制動(dòng)電阻不能工作，引起主電路過壓而損壞。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)5.驅(qū)動(dòng)電路該電路是將CPU輸出的PWM信號(hào)進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)IGBT開關(guān)工作。該電路和主電路緊密相連，是很重要，又容易出故障的一部分電路第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)1）驅(qū)動(dòng)電路隔離放大、驅(qū)動(dòng)放大電路、驅(qū)動(dòng)電路電源①光耦隔離電路圖中IC為PWM輸出和驅(qū)動(dòng)電路的隔離電路。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路損壞不至于將故障擴(kuò)大到PWM發(fā)生電路。②V1為第一級(jí)放大；V2、V3為輸出跟隨器，提高輸出能力。③圖中穩(wěn)壓管DZ使電源電壓穩(wěn)定在20V。注：隔離電路中的光耦隔離集成塊容易損壞。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)2）驅(qū)動(dòng)電路和電源的連接電路作用：為驅(qū)動(dòng)電路提供直流電源。該電路由一只5V穩(wěn)壓管取得5V電源，加在IGBT開關(guān)管的發(fā)射極上，使驅(qū)動(dòng)信號(hào)在零時(shí)，保證IGBT控制極為5V的負(fù)電壓，使管子可靠的截止。該電源需要4組，三個(gè)帶浮地，一個(gè)直接接地。該電源由變頻器的DC/DC直流電源提供。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)6.保護(hù)電路是保護(hù)逆變橋過流、過壓、過載等的保護(hù)電路。它由檢測、放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換等電路組成。該電路出了故障，一是誤報(bào)；二是失去保護(hù)功能，造成逆變橋的損壞。這部分電路把從DSP輸出的6路PWM波經(jīng)過電平提升、光電隔離后送到IGBT的驅(qū)動(dòng)模塊上。同時(shí)接收驅(qū)動(dòng)模塊提供的過流保護(hù)信號(hào)。

由驅(qū)動(dòng)模塊來的過流保護(hù)信號(hào)也經(jīng)過了光電隔離。由驅(qū)動(dòng)模塊來的“過流保護(hù)信號(hào)”及從電樞電流采樣電路來的“過流告警信號(hào)”都將關(guān)斷PWM波。并且母線電壓過壓告警信號(hào)也將關(guān)斷PWM波。如果發(fā)生了“關(guān)斷PWM波”的事件，還將把故障類型通過編碼后送到DSP的I/O端口上。以便DSP判斷故障類型第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)1）電流檢測電路通過檢測變頻器的輸出電流，進(jìn)行過流、過載計(jì)算，當(dāng)判斷為過流、過載，立即封鎖變頻器的輸出脈沖，使PWM電路停止工作。R121為檢測電阻，檢測電流為1A。(檢測電流為100A,R121為0.015)。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)2）直流電壓檢測電路為保證電網(wǎng)電壓變化時(shí)，仍能保證U/f=C的控制方式，由該電路實(shí)時(shí)檢測直流電路的電壓Ud,根據(jù)Ud的變化調(diào)整PWM波的占空比。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)7.操作面板操作面版是采用接插件連接，接觸不良，會(huì)引起個(gè)別功能消失，供電不良會(huì)引起黑屏。個(gè)別功能部件失靈，可能是按鍵接觸虛。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)8.開路集電極輸出端子該端子由隔離電路（與CPU隔離）。因?yàn)槭褂玫脑驌p壞率較高。一般屬于開路晶體管過流所致。判斷較容易，因?yàn)槠渌麕茁啡绻呛玫模淮艘宦酚袉栴}，可斷定該只管子有問題；如果各只管子都有問題，則可能問題出在單片機(jī)。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)9.故障接點(diǎn)開關(guān)該開關(guān)主要為變頻器的故障報(bào)警用，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，該端子輸出故障信號(hào)。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)10.單片機(jī)單片機(jī)又稱CPU，是整個(gè)變頻器的核心器件，如同人的大腦，輸出各種控制信號(hào)和處理輸入、檢測等信號(hào)。CPU是集成電路，又經(jīng)過層層保護(hù)，故障率很低。正常工作時(shí)的損壞率很低，雷擊、變頻器電源引起的過壓、工作環(huán)境潮濕、靜電感應(yīng)等可能引起損壞。在故障維修時(shí)，沒有充分的理由，不要輕易懷疑單片機(jī)有問題。因?yàn)閱纹瑱C(jī)有問題，就得換主板。第六章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)11.16MHz晶振晶振是CPU的主頻震蕩器震蕩器件。它不是一個(gè)很耐用的器件。在眾多的電子設(shè)備中，晶振的損壞時(shí)有發(fā)生。因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)是兩個(gè)金屬片中夾著一塊晶體，晶體怕震、怕氧化。晶振出了問題，整個(gè)變頻器都不能正常工作。晶振結(jié)構(gòu)其他電路---溫度傳感器接口電路。由于電機(jī)控制要求中經(jīng)常要檢測定子的溫升及功率模塊的溫升。本控制板設(shè)計(jì)了四路溫度傳感器接口電路，它可以直接連接模擬電壓量輸出的溫度傳感器。它實(shí)際上是四路基準(zhǔn)可調(diào)，放大倍數(shù)也可調(diào)的放大器。接到DSP的A/D輸入端。---速度檢測電路

以裝在異步電動(dòng)軸機(jī)上的速度檢測器(TG、PLG等)的信號(hào)為速度信號(hào)，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)---主控板上通信電路

當(dāng)變頻器由可編程（PLC）或上位計(jì)算機(jī)、人機(jī)界面等進(jìn)行控制時(shí)，必須通過通信接口相互傳遞信號(hào)變頻器通信時(shí)，通常采用兩線制的RS485接口。西門子變頻器也是一樣。兩線分別用于傳遞和接收信號(hào)。變頻器在接收到信號(hào)后傳遞信號(hào)之前，這兩種信號(hào)都經(jīng)過緩沖器A1701、75176B等集成電路，以保證良好的通信效果。

所以，變頻器主控板上的通信接口電路主要是指這部分電路，還有信號(hào)的抗干擾電路以上電路中，外圍電路全部采用15V供電，核心電路采用5V供電。DSP采用3.3V供電。兩套電源是徹底隔離的。補(bǔ)充：高壓變頻器知識(shí)6.2高壓變頻器主電路拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)按照電壓的劃分，低于1kV，稱為低壓；大于