变频器的组成及其设计ppt课件.ppt

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1、l山东大学山东大学 控制科学与工程学院控制科学与工程学院 变频器的设计是一个综合运用多学科知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，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、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、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。是一个复杂的系统工程问题。 本章提要本章提要交交-直直-

2、交交PWM变频器的基本结构及作用变频器的基本结构及作用 变频器常用电力电子开关器件变频器常用电力电子开关器件 开关管缓冲电路设计开关管缓冲电路设计 变频器设计方法变频器设计方法 变频器散热系统设计变频器散热系统设计 变频器的类型也很多，其内部结构也变频器的类型也很多，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例，介绍一下变频器的基本结构以及各部分的功能和作用。分的功能和作用。 交交-直直-交交PWM变频器都具有类似图变频器都具有类似图4-1所示的基本结构。所示的基本结构。 变频器的主电路是功率变换的执行机构，相变频器

3、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当于是负责承重和出力的“骨骼和肌肉骨骼和肌肉”。 变频器的主电路变频器的主电路整流电路整流电路直流滤波电路直流滤波电路逆变电路逆变电路辅助电路辅助电路阻容吸收电路，用作阻容吸收电路，用作过压保护，吸收操作过过压保护，吸收操作过电压和浪涌电压。电压和浪涌电压。 交流输入侧并联交流输入侧并联RC阻容吸收电路（星接或角阻容吸收电路（星接或角接）或并联集成压敏电阻抑制来自三相电网接）或并联集成压敏电阻抑制来自三相电网的浪涌电压。的浪涌电压。 小功率（小功率（10kVA以下）变频器的整流电路通以下）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

4、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，上百成整流电路，上百kVA的变频器通常用多组的变频器通常用多组两单元二极管模块并联组成电路。如两单元二极管模块并联组成电路。如Fuji公公司生产的司生产的FRN110G11-4CE型型160kVA变频器变频器整流电路由九个两单元二极管模块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组成，每一个桥臂由三个模块并联而成。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。不控整流电路。

5、滤波元件：一般用大容量铝电解电容。滤波元件：一般用大容量铝电解电容。 如如Fuji公司的公司的FRN110G11-4CE型变频器的滤波型变频器的滤波回路由六只回路由六只400V/1000F电解电容三三并联后再电解电容三三并联后再串联组成。串联组成。作用：作用：首先是对整流器输出电压滤波。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载变化等原因而产生的纹波电压和电流。逆变部分可采用逆变部分可采用SCR、GTR、GTO、MOSFET、IGBT、IPM、IGCT等器件。等器件。缓冲电路：与逆变电路的功率开

6、关元件并联，用以吸收缓冲电路：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。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，而对由整流模块，而对由MOSFETMOSFET或或IGBTIGBT等全控型器件组成的逆等全控型器件组成的逆变电路没有直接保护作用。变电路没有直接保护作用。 变频调速异步电动机的制动控制：可以通变频调速异步电动机的制动控制：可以通过降低变频器输出频率来降低电动机的同步转过降低变频器输出频率来降低电

7、动机的同步转速，达到使电动机减速的目的。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，并在电动机中产的机械能量被馈还给电动机，并在电动机中产生制动力矩。生制动力矩。 制动电路制动电路l容量大于容量大于18kVA的变频器：不再内装制动单元的变频器：不再内装制动单元和制动电阻，需要时必须外接和制动电阻，需要时必须外接制动单元和制动制动单元和制动电阻电阻，利用，

8、利用电阻和开关器件电阻和开关器件组成放电回路。组成放电回路。小容量（小容量（0.57-13kVA）变频器；一般内装）变频器；一般内装制动制动单元和制动电阻单元和制动电阻。如果内装制动电阻的热容量。如果内装制动电阻的热容量不够，则需要再外加制动电阻。不够，则需要再外加制动电阻。l对于大、中容量的电压型变频器来说，为了节对于大、中容量的电压型变频器来说，为了节约能源，一般采用约能源，一般采用能量回馈有源逆变装置能量回馈有源逆变装置将能量将能量馈还给供电电源。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

9、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（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 主控制电路的核心是一主控制电路的核心是一个高性能的微处理器，并配个高性能的微处理器，并配以以EPROM、RAM、ASIC芯片和其它必要的辅助电路。芯片和其它必要的辅助电路。主控制电路的硬件相当于变主控制电路的硬件相当于变频器的频器的“大脑大

10、脑”，控制策略，控制策略和软件则相当于变频器的和软件则相当于变频器的“灵魂灵魂”。功能：功能：输入信号处理输入信号处理加减速速率调节加减速速率调节电机控制运算电机控制运算PWM波形的生成波形的生成 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。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。 l保护电路是变频器安全可靠运行的保护电路是变频器安全可靠运行的“生命线生命线”，其主要作用是根据检测电路得到的各种信号来判其主要作用是根据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。断变频器本身或系统是否异常。 瞬时过电流保护瞬时过电流保护 变频器输出电流过大，有可能超过主电路开关

11、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输出。过电流保护的电流峰值通常设为变频器额定电流的额定电流的200% 200% 与瞬时过电流保护是两个相关而又完全不同的概念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，即达规定的时间，即“时间长，过电流幅值小时间长，过电流幅值小”，体，体现发热的概念；过电流保护是现发热的概念；过电流保护是“瞬间电流幅值大瞬间电流幅值大”，体现过电流

12、峰值而没有时间的概念。体现过电流峰值而没有时间的概念。 对地短路保护对地短路保护 过载保护（电子热继电器）过载保护（电子热继电器） 当检测出变频器输出电路对地短路（如电机绕组绝缘受当检测出变频器输出电路对地短路（如电机绕组绝缘受损），并且短路电流超过变频器额定输出电流的损），并且短路电流超过变频器额定输出电流的50时，时，该保护功能将起作用，停止变频器的输出。该保护功能将起作用，停止变频器的输出。 过电压保护过电压保护 若变频器直流侧电压超过一定值，有可能若变频器直流侧电压超过一定值，有可能击穿滤波电容或电力半导体器件，严重时甚击穿滤波电容或电力半导体器件，严重时甚至可能殃及变频器周围设备和操

13、作人员。过至可能殃及变频器周围设备和操作人员。过电压保护和过电流保护有相似之处，需要根电压保护和过电流保护有相似之处，需要根据过电压的程度分别处理。据过电压的程度分别处理。 当减速时间设置过短时，容易发生过电压当减速时间设置过短时，容易发生过电压保护，可以适当延长制动时间避免大惯量负保护，可以适当延长制动时间避免大惯量负载制动时可能出现的过电压。载制动时可能出现的过电压。 当变频器的供电电压降低时，直流中间电当变频器的供电电压降低时，直流中间电路的电压将会下降，从而使变频器输出电压过路的电压将会下降，从而使变频器输出电压过低，并造成电动机输出转矩不足和过热。而低，并造成电动机输出转矩不足和过热

14、。而欠欠电压保护功能的作用就是，在检测到直流中间电压保护功能的作用就是，在检测到直流中间电路的电压过低时使变频器停止工作。电路的电压过低时使变频器停止工作。 欠电压保护欠电压保护 （6）散热器过热保护 热敏继电器将动作，使变频器停止工作或给出警报信号。（7 7）控制电路异常保护）控制电路异常保护 当变频器在自检过程中或工作过程中检测到控制电当变频器在自检过程中或工作过程中检测到控制电路异常，保护电路将起作用，并停止变频器输出，路异常，保护电路将起作用，并停止变频器输出，以免造成主电路损坏和给系统带来更大的破坏。以免造成主电路损坏和给系统带来更大的破坏。直流电压检测电路直流电压检测电路电流检测电

15、路电流检测电路输出电压检测电路输出电压检测电路 输出电流检测电路输出电流检测电路温度检测电路温度检测电路 速度检测电路速度检测电路 霍尔元件霍尔元件 光电编码器光电编码器检测电路相当于是变频器的检测电路相当于是变频器的“视觉和触觉视觉和触觉”。 （1）控制指令输入电路）控制指令输入电路（2）频率指令输入电路）频率指令输入电路（3）监控信号输出电路）监控信号输出电路（4）网络通讯接口电路）网络通讯接口电路数字操作面板的作用主要数字操作面板的作用主要是给用户提供一个良好的是给用户提供一个良好的人机界面人机界面 ，使变频器及控，使变频器及控制系统的操作和故障检测制系统的操作和故障检测等工作变得更加简

16、单。等工作变得更加简单。 驱动电路是驱动主电路开驱动电路是驱动主电路开关元件的电路，它是控制电路关元件的电路，它是控制电路与主电路联系的与主电路联系的“桥梁和媒桥梁和媒介介”。它将控制电路送往主电。它将控制电路送往主电路开关元件的驱动信号放大、路开关元件的驱动信号放大、隔离后，控制主电路开关元件隔离后，控制主电路开关元件的通断。的通断。 l信号隔离是个关键问题，隔离的手段主要有三种：信号隔离是个关键问题，隔离的手段主要有三种：传统的电力电子器件的驱动方法是传统的电力电子器件的驱动方法是采用脉冲变压器，但是脉冲变压器采用脉冲变压器，但是脉冲变压器存在一定的漏感，使输出脉冲陡度存在一定的漏感，使输

17、出脉冲陡度受到限制。受到限制。 高性能的数字光耦抗共模干扰能力极高性能的数字光耦抗共模干扰能力极强，可以有效地抑制来自功率电路的强，可以有效地抑制来自功率电路的干扰信号。其次，光耦的隔离电压很干扰信号。其次，光耦的隔离电压很高。高。 l脉冲变压器脉冲变压器l光电耦合器光电耦合器光纤光纤在高压变频器中使用在高压变频器中使用l控制电源是控制电路和驱动电路的控制电源是控制电路和驱动电路的“心脏心脏”，为控制电路和驱动电路提供能源，因而是变频为控制电路和驱动电路提供能源，因而是变频器中的关键环节之一。器中的关键环节之一。 l线性电源线性电源l指用于电压调整功能的器件始终工作在线性放大区的指用于电压调整

18、功能的器件始终工作在线性放大区的一种直流稳压电源。一种直流稳压电源。 l开关电源开关电源l利用高频开关器件并通过变换技术而制成的高频开关利用高频开关器件并通过变换技术而制成的高频开关直流电源，简称开关电源。用于电压调整功能的器件直流电源，简称开关电源。用于电压调整功能的器件始终以开关方式工作。始终以开关方式工作。 四、控制电源四、控制电源 lIGBTlIGCT IGBT（IPM）已经全面取代了）已经全面取代了GTR成为通成为通用变频器逆变电路的主流开关器件，而综合了用变频器逆变电路的主流开关器件，而综合了IGBT和和GTO优点的优点的IGCT则在与则在与IGBT在高压在高压领域的竞争中占了上风

19、。领域的竞争中占了上风。 具有工作速度快、输入阻抗高、具有工作速度快、输入阻抗高、驱动电路简单驱动电路简单的优点的优点，又包含了，又包含了GTR的载流量大、阻断电压的载流量大、阻断电压高等多项优点。高等多项优点。 智能型智能型IGBT功率模块功率模块IPM，内部集成了驱，内部集成了驱动和保护电路，使用更方便、体积更小、可靠动和保护电路，使用更方便、体积更小、可靠性更高。性更高。 1） 驱动参数要求驱动参数要求 IGBT的栅电容较大，所以要提高其开关速度，就的栅电容较大，所以要提高其开关速度，就要有合适的栅极正反向偏置电压和栅极串联电阻。要有合适的栅极正反向偏置电压和栅极串联电阻。 （1）栅极电

20、压）栅极电压 任何情况下，开通状态的栅极驱动电压都不能超任何情况下，开通状态的栅极驱动电压都不能超过参数表给出的限定值（一般为过参数表给出的限定值（一般为20V），最佳栅极正向），最佳栅极正向偏置电压为偏置电压为15V10。 虽然栅极电压为零就可使虽然栅极电压为零就可使IGBT处于截止状态，但处于截止状态，但为了减小关断时间，提高为了减小关断时间，提高IGBT的耐压、的耐压、dv/dt耐量和抗耐量和抗干扰能力，一般在使干扰能力，一般在使IGBT处于阻断状态时，可在栅极处于阻断状态时，可在栅极加一个加一个-5V-15V的反向电压。的反向电压。 （2）栅极串联电阻）栅极串联电阻RG 选择合适的栅极

21、串联电阻选择合适的栅极串联电阻RG对对IGBT的驱动相当重要。的驱动相当重要。RG太小会使栅极电压产生振荡，同时会使太小会使栅极电压产生振荡，同时会使IGBT的的dv/dt耐量减小。具体选择耐量减小。具体选择RG时，要参考器件的使用时，要参考器件的使用手册。手册。（3）驱动功率的要求）驱动功率的要求IGBT的开关过程要消耗一定的来自驱动电源的功耗。的开关过程要消耗一定的来自驱动电源的功耗。 栅极驱动电路分为直接驱动、变压器隔离式和光栅极驱动电路分为直接驱动、变压器隔离式和光耦隔离式三种形式，如图耦隔离式三种形式，如图4-11所示。所示。为了减小体积，降低噪音，改善驱动性能，实现快速保为了减小体

22、积，降低噪音，改善驱动性能，实现快速保护，现在已经有一系列的护，现在已经有一系列的IGBT集成驱动器集成驱动器用于各种用于各种IGBT模块。模块。常用的集成驱动器有常用的集成驱动器有富士公司的富士公司的EXB840、841、850、851系列，系列，IR公司的公司的IR2100IR2100系列，系列，MotorolaMotorola公司的公司的MC35153MC35153，U n i t r o d eU n i t r o d e 公 司 的公 司 的 U CU C 7 0 5 7 0 5 7 1 57 1 5 、 H R 0 6 5H R 0 6 5 、M57957M57963M57957

23、M57963系列等等。系列等等。 l主要包括主要包括dv/dt保护、过流保护（包括短保护、过流保护（包括短路保护）、热保护和非工作状态保护路保护）、热保护和非工作状态保护等。等。 l（1）dv/dt保护保护l IGBT的的C、E之间能承受的电压上升之间能承受的电压上升率率dv/dt是有限的。为了保证是有限的。为了保证dv/dt产生的产生的位移电流不至于使位移电流不至于使IGBT误导通，有必要误导通，有必要限制限制C、E之间的之间的dv/dt。l保护措施：加保护措施：加缓冲电路缓冲电路l（2）过流和负载短路保护）过流和负载短路保护 当当IGBT集电极或负载短路时，由其输出集电极或负载短路时，由其

24、输出特性可知，其饱和压降会显著上升。通过检测特性可知，其饱和压降会显著上升。通过检测IGBT的导通压降就可以判定它是否过流和短的导通压降就可以判定它是否过流和短路。路。 如果过流，首先削弱驱动约如果过流，首先削弱驱动约810s，再加，再加反向驱动电压，关断反向驱动电压，关断IGBT，以免因产生过高，以免因产生过高的的dv/dt和浪涌电压导致和浪涌电压导致IGBT关断失败而造成关断失败而造成损坏。损坏。l（3）非工作状态保护）非工作状态保护l 由于由于IGBT的栅极是薄的绝缘栅，在运输、的栅极是薄的绝缘栅，在运输、贮存、测量、装焊等方面都应采取相应的保护贮存、测量、装焊等方面都应采取相应的保护措

25、施。在任何时候都要小心，防止栅极静电击措施。在任何时候都要小心，防止栅极静电击穿。穿。IGBT模块在出厂时一般都在控制极与发模块在出厂时一般都在控制极与发射极上装有导电泡沫塑料或粘有导电铜箔，要射极上装有导电泡沫塑料或粘有导电铜箔，要一直保留到往栅极上压线或进行无静电焊线时一直保留到往栅极上压线或进行无静电焊线时再拿下来。再拿下来。l特点：特点：保护功能齐全，使用方便保护功能齐全，使用方便l1 1）开关速度快）开关速度快l2 2）低功耗）低功耗l3 3）快速过流保护）快速过流保护l4 4）过热保护）过热保护l5 5）桥臂对管互锁保护）桥臂对管互锁保护l6）优化的栅极驱动电路和保护电路）优化的栅

26、极驱动电路和保护电路l7 7）驱动电源欠压保护。）驱动电源欠压保护。l l 9090年代中期，年代中期，ABBABB公司通过优化公司通过优化GTOGTO门极驱动单元和门极驱动单元和器件外壳设计，采用集成门极等技术，大大降低了门极器件外壳设计，采用集成门极等技术，大大降低了门极驱动回路中的电感，并采用负门极电流上升率的方法来驱动回路中的电感，并采用负门极电流上升率的方法来缩短贮存时间，这就是所谓的缩短贮存时间，这就是所谓的GTOGTO“硬驱动硬驱动”技术技术，从而，从而产生了新型功率器件产生了新型功率器件集成门极换流晶闸管集成门极换流晶闸管Integrated Gate-Commutated T

27、hyristorIGCT），），它将门极换它将门极换流晶闸管通过印刷电路板与门极驱动装置连成一个整体流晶闸管通过印刷电路板与门极驱动装置连成一个整体l。l 它不仅有与它不仅有与GTO相同的高阻断能力和低通态压降，相同的高阻断能力和低通态压降，而且有与而且有与IGBT相同的开关性能，即它综合了相同的开关性能，即它综合了GTO和和IGBT两者的优点。两者的优点。 l 目前，目前，IGBT 和和IGCT占领了大功率器件的占领了大功率器件的应用领域。就功率装置的电流和电压而言，这应用领域。就功率装置的电流和电压而言，这两种器件具有很大的互补性。两种器件具有很大的互补性。l 在实际应用中：电压较低时选用

28、在实际应用中：电压较低时选用IGBT，电，电压较高时选用压较高时选用IGCT。根据应用和设计的标准。根据应用和设计的标准不同，在不同，在18003300V之间，两种器件交叉使用，之间，两种器件交叉使用，IGBT较适于功率较小的装置，而较适于功率较小的装置，而IGCT则更适则更适用于功率较大的装置。用于功率较大的装置。 l一、变频调速系统设计的一般性一、变频调速系统设计的一般性方法方法 l（1）控制系统总体方案设计，明确系）控制系统总体方案设计，明确系统的总体要求。统的总体要求。l（2 2）设计主电路拓扑结构，选定逆变）设计主电路拓扑结构，选定逆变器件类型；器件类型；l（3 3）确定控制策略和控

29、制方式；）确定控制策略和控制方式；（4 4）选择主控制芯片；）选择主控制芯片；（5 5）选择各物理量的传感器和检测电路；）选择各物理量的传感器和检测电路； （6 6）系统硬件设计，软件设计）系统硬件设计，软件设计 l（1 1）普通三相变频器）普通三相变频器 通常也称为二电平变通常也称为二电平变频器，即第二章中所讲的交频器，即第二章中所讲的交- -直直- -交型变频器，交型变频器，这种拓扑结构比较简单，为了获得大功率可采这种拓扑结构比较简单，为了获得大功率可采用器件的串并联的方法来实现。用器件的串并联的方法来实现。 l根据系统容量的大小以及实际要求选择合理的根据系统容量的大小以及实际要求选择合理

30、的变频调速系统主电路拓扑结构。变频调速系统主电路拓扑结构。l（2）交）交-交变频电路交变频电路 主要用于主要用于500kW或或1000kW以以上的大功率、低转速的交流调速电路中。上的大功率、低转速的交流调速电路中。l（3 3）高）高- -低低- -高电路高电路 这是高压变频器的典型结构这是高压变频器的典型结构之一。之一。 l（4）直接高压变频调速）直接高压变频调速 l 在高压大功率的场合，采用三电平技术直接获得在高压大功率的场合，采用三电平技术直接获得高压输出，或采用多重化技术将多个低压逆变桥并联高压输出，或采用多重化技术将多个低压逆变桥并联/串联起来获得大电流串联起来获得大电流/高电压，再加

31、上一定的相移，可高电压，再加上一定的相移，可得到接近正弦的电压输出。得到接近正弦的电压输出。 l确定控制系统方案确定控制系统方案 根据系统的要求根据系统的要求: :l首先首先确定系统是通用型的，还是高性能的，还是有特确定系统是通用型的，还是高性能的，还是有特殊要求的；殊要求的；l其次其次要确定系统的控制策略，是采用要确定系统的控制策略，是采用U/f控制、矢量控控制、矢量控制，还是采用直接转矩控制等；制，还是采用直接转矩控制等；l第三第三要确定是采用单机控制系统还是主从控制系统等。要确定是采用单机控制系统还是主从控制系统等。 l在确定总体方案时，必须首先选择好传在确定总体方案时，必须首先选择好传

32、感器和检测电路，它是影响控制精度的感器和检测电路，它是影响控制精度的重要因素之一。主要测量电压、电流、重要因素之一。主要测量电压、电流、温度、速度等物理量。温度、速度等物理量。 l4. 4. 选择选择CPU和输入和输入/输出通道及外输出通道及外围设备围设备 l5.5.画出整个系统原理图画出整个系统原理图 l整流器输出接滤波电容，稳整流器输出接滤波电容，稳定工作时流过变压器副边的定工作时流过变压器副边的相电流如图相电流如图4-24所示。所示。整流二极管（整流二极管（VD1VD6）的选择）的选择 通过三相整流桥的每个整流通过三相整流桥的每个整流二极管的电流波形近似为方二极管的电流波形近似为方波，如

33、图波，如图4-254-25所示。所示。l则流过二极管的电流有效值为则流过二极管的电流有效值为m3202mVD31)d(21ItIIl故二极管的电流定额值为故二极管的电流定额值为 mVDed72. 2157. 1/III二极管的耐压二极管的耐压 ml2DV)32(UU式中，式中，U2lm整流器输入线电压峰值。整流器输入线电压峰值。 l平滑滤波电容（平滑滤波电容（C）的选择）的选择l考虑电解电容用作滤波时，和负载的等效电阻考虑电解电容用作滤波时，和负载的等效电阻的乘积（时间常数）应远远大于三相整流桥输的乘积（时间常数）应远远大于三相整流桥输出电压的脉动周期出电压的脉动周期T T=0.0033s=0

34、.0033s（即为（即为3.3ms3.3ms），），则则 )F(100033. 0*36fRC其中其中Rf为负载等效电阻。为负载等效电阻。 l考虑将用作吸收异步电动机的回馈能量时，其容量只考虑将用作吸收异步电动机的回馈能量时，其容量只能按能量关系来近似估计。电动机骤停时，机械储能能按能量关系来近似估计。电动机骤停时，机械储能与漏感储能之和等于电容上的储能，即与漏感储能之和等于电容上的储能，即 l设过压系数设过压系数K=u1/u0（K1），则），则 22D20212121)(21LIJuuC20222D1uKLIJC上式表明，上式表明，当电压泵升值一定时，负载侧储能越大，当电压泵升值一定时，负载

35、侧储能越大，滤波电容的容量也越大。而当储能一定时，泵升电压滤波电容的容量也越大。而当储能一定时，泵升电压值越低，值越低，K越小，所需的电容量也就越大。越小，所需的电容量也就越大。 lIGBT（VT1VT6）的选择）的选择l（1 1）要根据负载的最严重情况选择）要根据负载的最严重情况选择IGBTIGBT，如要适当考，如要适当考虑异步电动机的启动电流，要考虑交流电流的峰值。虑异步电动机的启动电流，要考虑交流电流的峰值。因此，通过因此，通过IGBTIGBT的集电极电流的集电极电流l（2）IGBT的耐压的耐压Uceo至少应为实际承担的最大峰值电至少应为实际承担的最大峰值电压的压的1.2倍以上，即倍以上

36、，即 l mc22 . 1II）（dceo22 . 1UU）（l某双面铣组合机床的机械滑台，由原来的齿轮变速改某双面铣组合机床的机械滑台，由原来的齿轮变速改造成变频调速。要求速度变化范围为造成变频调速。要求速度变化范围为16750r/min，以，以满足工作进给和快速返回的加工工艺要求。试设计变满足工作进给和快速返回的加工工艺要求。试设计变频器。频器。l已知被控对象的原始数据：已知被控对象的原始数据：l 异步电动机型号：异步电动机型号：Y132M2Y132M26 6l 额定功率：额定功率：5.5kW5.5kWl 额定电压：额定电压：380V380Vl 额定电流：额定电流：12.6A12.6Al

37、额定转速：额定转速：960r/min960r/minl 系统能提供系统能提供2 2倍的额定转矩。倍的额定转矩。 l决定变频器的工作方式决定变频器的工作方式 由设计要求可知，调速范围为由设计要求可知，调速范围为1:47，低速性能要求高，故，低速性能要求高，故选用双极性选用双极性IGBT-SPWM工作方式。工作方式。l设计变频器的主电路设计变频器的主电路 由于采用双极性由于采用双极性IGBT-SPWM变频器，变频器的主电路如变频器，变频器的主电路如图图2-18所示。所示。变频器的功率开关管的计算变频器的功率开关管的计算（1）计算通过）计算通过IGBT的峰值电流的峰值电流Im Im由系统工作的最严重

38、情况决定。由题意要求可知，系统由系统工作的最严重情况决定。由题意要求可知，系统要具有要具有2倍额定电流的电磁转矩，再考虑交流电流的峰值，倍额定电流的电磁转矩，再考虑交流电流的峰值，则则（2）选用IGBT的电流定额值 由式（4-26）得出IGBT的集电极电流 选用Ic50A的电流定额值。35.63AA6 .122222nmII42.7AA63.352 . 12 . 1mcIIl（3）选用）选用IGBT的电压定额值的电压定额值 变频器输出交流电压为变频器输出交流电压为380V。为此，必须用线电压为。为此，必须用线电压为380V的交流电直接整流，直流侧整流电压的交流电直接整流，直流侧整流电压 Ud=

39、1.35380V=513V 由式（由式（4-27），），IGBT的耐压的耐压 选用选用Uceo1200V的的IGBT。V0261V51322dceo UUl4）由）由Uceo，Ic决定决定IGBT的型号的型号 由由Ic50A，Uceo1200V，选用日本富士公司生产的两单，选用日本富士公司生产的两单元元IGBT模块组件，型号为模块组件，型号为2MBI50L/N-120。变频器的容量变频器的容量变频器的额定电流变频器的额定电流Ie应大于异步电动机的额定电流。应大于异步电动机的额定电流。11.2kVAA17V38033eeIUS（1）计算整流二极管的电流定额）计算整流二极管的电流定额Ied 由式（

40、由式（4-17）得）得 考虑滤波电容的充电电流的影响，需留有较大的电流余考虑滤波电容的充电电流的影响，需留有较大的电流余量，选用量，选用Ied60A。（2）计算整流二极管的电压定额）计算整流二极管的电压定额UVD 由式（由式（4-18）得：）得： 则，选用则，选用UVD1600V。13AA63.3572.2172.21medIIemVD)32(UU537.4VV3802emU1612.2VV4 .53732emVD UU（3）决定整流二极管型号）决定整流二极管型号 由由Ied60A和和UVD1600V选用整流二极管。考虑减小变频选用整流二极管。考虑减小变频器体积，故选用三相整流桥模块组件（器体

41、积，故选用三相整流桥模块组件（DF60AA160）。）。5、平波滤波电容器的计算平波滤波电容器的计算 由式（由式（4-19），取负载等效电阻），取负载等效电阻Rf45得：得：6f0.00333*10 (F)220(F)CR 由于直流电压由于直流电压Ud513V，而，而220F的理想电容的最高耐的理想电容的最高耐压为压为450V，实际中电解电容值应考虑，实际中电解电容值应考虑10倍的余量，选用四倍的余量，选用四只只2200F/450V电容两两并联再串联，以提高耐压，获得电容两两并联再串联，以提高耐压，获得大容量。大容量。l交流电网侧阻容吸收环节的设计交流电网侧阻容吸收环节的设计由式（由式（4-12）决定电容）决定电容C的大小：的大小：电容的耐压，取电容的耐压，取UC=630V。阻尼电阻由式（阻尼电阻由式（4-14）决定：）决定：电阻的功率计算，由式（电阻的功率计算，由式（4-15）得：）得：取功率为取功率为25W。