课题六变频器精选文档.ppt

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1、课题六变频器本讲稿第一页，共一百二十二页 课题六 变频器【学习目标】【学习目标】【学习目标】【学习目标】了解变频器的发展和应用。了解变频器的发展和应用。了解变频器的发展和应用。了解变频器的发展和应用。掌握变频器的基本工作原理。掌握变频器的基本工作原理。掌握变频器的基本工作原理。掌握变频器的基本工作原理。初步熟悉变频器的参数设置。初步熟悉变频器的参数设置。初步熟悉变频器的参数设置。初步熟悉变频器的参数设置。掌握掌握掌握掌握IGBTIGBTIGBTIGBT器件的基本原理及常用的驱动保护电路的原理。器件的基本原理及常用的驱动保护电路的原理。器件的基本原理及常用的驱动保护电路的原理。器件的基本原理及常

2、用的驱动保护电路的原理。掌握脉宽调制（掌握脉宽调制（掌握脉宽调制（掌握脉宽调制（PWMPWMPWMPWM）型逆变电路工作原理。）型逆变电路工作原理。）型逆变电路工作原理。）型逆变电路工作原理。本讲稿第二页，共一百二十二页 课题六 变频器【课题描述】【课题描述】变频器是一种静止的频率变换器，可将电网电源的变频器是一种静止的频率变换器，可将电网电源的变频器是一种静止的频率变换器，可将电网电源的变频器是一种静止的频率变换器，可将电网电源的50Hz50Hz50Hz50Hz频率交流电变成频率频率交流电变成频率频率交流电变成频率频率交流电变成频率可调的交流电，作为电动机的电源装置，目前在国内外使用广泛。使

3、用变频可调的交流电，作为电动机的电源装置，目前在国内外使用广泛。使用变频可调的交流电，作为电动机的电源装置，目前在国内外使用广泛。使用变频可调的交流电，作为电动机的电源装置，目前在国内外使用广泛。使用变频器可以节能、提高产品质量和劳动生产率等。器可以节能、提高产品质量和劳动生产率等。器可以节能、提高产品质量和劳动生产率等。器可以节能、提高产品质量和劳动生产率等。具体介绍与变频器相关的知识具体介绍与变频器相关的知识具体介绍与变频器相关的知识具体介绍与变频器相关的知识：变频器的基本原理、变频器常用开关器件：变频器的基本原理、变频器常用开关器件：变频器的基本原理、变频器常用开关器件：变频器的基本原理

4、、变频器常用开关器件（IGBTIGBTIGBTIGBT）、脉宽调制（）、脉宽调制（）、脉宽调制（）、脉宽调制（PWMPWMPWMPWM）型逆变电路、变频调速的特点以及变频器的）型逆变电路、变频调速的特点以及变频器的）型逆变电路、变频调速的特点以及变频器的）型逆变电路、变频调速的特点以及变频器的应用。应用。应用。应用。本讲稿第三页，共一百二十二页 课题六 变频器 SIEMENS MICROMASTER 420 SIEMENS MICROMASTER 420 SIEMENS MICROMASTER 420 SIEMENS MICROMASTER 420 通用变频器通用变频器通用变频器通用变频器本讲

5、稿第四页，共一百二十二页 课题六 变频器【相关知识点】【相关知识点】【相关知识点】【相关知识点】一、变频器的基本原理一、变频器的基本原理一、变频器的基本原理一、变频器的基本原理1 1 1 1变频器组成原理变频器组成原理变频器组成原理变频器组成原理（1 1 1 1）变频器的基本结构）变频器的基本结构）变频器的基本结构）变频器的基本结构调速用变频器构成：调速用变频器构成：调速用变频器构成：调速用变频器构成：主电路主电路主电路主电路 控制电路控制电路控制电路控制电路 保护电路保护电路保护电路保护电路本讲稿第五页，共一百二十二页 课题六 变频器 典型的电压控制型通用变频器的原理框图。典型的电压控制型通

6、用变频器的原理框图。典型的电压控制型通用变频器的原理框图。典型的电压控制型通用变频器的原理框图。本讲稿第六页，共一百二十二页 课题六 变频器（2 2 2 2）变频器主电路工作原理）变频器主电路工作原理）变频器主电路工作原理）变频器主电路工作原理变压变频（变压变频（变压变频（变压变频（VVVFVVVFVVVFVVVF：Variable Voltage FrequencyVariable Voltage FrequencyVariable Voltage FrequencyVariable Voltage Frequency）装置结构框图）装置结构框图）装置结构框图）装置结构框图本讲稿第七页，共一

7、百二十二页 课题六 变频器按照不同的控制方式，交直交变频器可分成以下三种方式：按照不同的控制方式，交直交变频器可分成以下三种方式：按照不同的控制方式，交直交变频器可分成以下三种方式：按照不同的控制方式，交直交变频器可分成以下三种方式：采用可控整流器调压、逆变器调频的控制方式，其结构框图。采用可控整流器调压、逆变器调频的控制方式，其结构框图。采用可控整流器调压、逆变器调频的控制方式，其结构框图。采用可控整流器调压、逆变器调频的控制方式，其结构框图。本讲稿第八页，共一百二十二页 课题六 变频器可控整流器调压、逆变器调频的控制方式的特点：可控整流器调压、逆变器调频的控制方式的特点：可控整流器调压、逆

8、变器调频的控制方式的特点：可控整流器调压、逆变器调频的控制方式的特点：在这种装置中，调压和调频在两个环节上分别进行，在控制电路上协调配在这种装置中，调压和调频在两个环节上分别进行，在控制电路上协调配在这种装置中，调压和调频在两个环节上分别进行，在控制电路上协调配在这种装置中，调压和调频在两个环节上分别进行，在控制电路上协调配合，结构简单，控制方便。但是，由于输入环节采用晶闸管可控整流器，合，结构简单，控制方便。但是，由于输入环节采用晶闸管可控整流器，合，结构简单，控制方便。但是，由于输入环节采用晶闸管可控整流器，合，结构简单，控制方便。但是，由于输入环节采用晶闸管可控整流器，当电压调得较低时，

9、电网端功率因数较低。而输出环节多用由晶闸管组成当电压调得较低时，电网端功率因数较低。而输出环节多用由晶闸管组成当电压调得较低时，电网端功率因数较低。而输出环节多用由晶闸管组成当电压调得较低时，电网端功率因数较低。而输出环节多用由晶闸管组成多拍逆变器，每周换相六次，输出的谐波较大，因此这类控制方式现在用多拍逆变器，每周换相六次，输出的谐波较大，因此这类控制方式现在用多拍逆变器，每周换相六次，输出的谐波较大，因此这类控制方式现在用多拍逆变器，每周换相六次，输出的谐波较大，因此这类控制方式现在用的较少。的较少。的较少。的较少。本讲稿第九页，共一百二十二页 课题六 变频器 采用不控整流器整流、斩波器调

10、压、再用逆变器调频的控制方式，其结构采用不控整流器整流、斩波器调压、再用逆变器调频的控制方式，其结构采用不控整流器整流、斩波器调压、再用逆变器调频的控制方式，其结构采用不控整流器整流、斩波器调压、再用逆变器调频的控制方式，其结构框图。框图。框图。框图。本讲稿第十页，共一百二十二页 课题六 变频器 不控整流器整流、斩波器调压、再用逆变器调频的控制方式的特点：不控整流器整流、斩波器调压、再用逆变器调频的控制方式的特点：不控整流器整流、斩波器调压、再用逆变器调频的控制方式的特点：不控整流器整流、斩波器调压、再用逆变器调频的控制方式的特点：整流环节采用二极管不控整流器，只整流不调压，再单独设置斩波器，

11、整流环节采用二极管不控整流器，只整流不调压，再单独设置斩波器，整流环节采用二极管不控整流器，只整流不调压，再单独设置斩波器，整流环节采用二极管不控整流器，只整流不调压，再单独设置斩波器，用脉宽调压，这种方法克服功率因数较低的缺点；但输出逆变环节未变，用脉宽调压，这种方法克服功率因数较低的缺点；但输出逆变环节未变，用脉宽调压，这种方法克服功率因数较低的缺点；但输出逆变环节未变，用脉宽调压，这种方法克服功率因数较低的缺点；但输出逆变环节未变，仍有谐波较大的缺点。仍有谐波较大的缺点。仍有谐波较大的缺点。仍有谐波较大的缺点。本讲稿第十一页，共一百二十二页 课题六 变频器 采用不控制整流器整流、脉宽调制

12、（采用不控制整流器整流、脉宽调制（采用不控制整流器整流、脉宽调制（采用不控制整流器整流、脉宽调制（PWMPWMPWMPWM）逆变器同时调压调频的控制方式，其结）逆变器同时调压调频的控制方式，其结）逆变器同时调压调频的控制方式，其结）逆变器同时调压调频的控制方式，其结构框图。构框图。构框图。构框图。本讲稿第十二页，共一百二十二页 课题六 变频器 不控制整流器整流、脉宽调制（不控制整流器整流、脉宽调制（不控制整流器整流、脉宽调制（不控制整流器整流、脉宽调制（PWMPWMPWMPWM）逆变器同时调压调频的控制方式的特点：）逆变器同时调压调频的控制方式的特点：）逆变器同时调压调频的控制方式的特点：）逆

13、变器同时调压调频的控制方式的特点：在这类装置中，用不控整流，则输入功率因数不变；用（在这类装置中，用不控整流，则输入功率因数不变；用（在这类装置中，用不控整流，则输入功率因数不变；用（在这类装置中，用不控整流，则输入功率因数不变；用（PWMPWMPWMPWM）逆变，则输出谐波可）逆变，则输出谐波可）逆变，则输出谐波可）逆变，则输出谐波可以减小。以减小。以减小。以减小。PWMPWMPWMPWM逆变器需要全控型电力半导体器件，其输出谐波减少的程度取决于逆变器需要全控型电力半导体器件，其输出谐波减少的程度取决于逆变器需要全控型电力半导体器件，其输出谐波减少的程度取决于逆变器需要全控型电力半导体器件，

14、其输出谐波减少的程度取决于PWMPWMPWMPWM的开关频率，而开关频率则受器件开关时间的限制。采用绝缘双极型晶体管的开关频率，而开关频率则受器件开关时间的限制。采用绝缘双极型晶体管的开关频率，而开关频率则受器件开关时间的限制。采用绝缘双极型晶体管的开关频率，而开关频率则受器件开关时间的限制。采用绝缘双极型晶体管IGBTIGBTIGBTIGBT时，时，时，时，开关频率可达开关频率可达开关频率可达开关频率可达10kHz10kHz10kHz10kHz以上，输出波形已经非常逼近正弦波，因而又称为以上，输出波形已经非常逼近正弦波，因而又称为以上，输出波形已经非常逼近正弦波，因而又称为以上，输出波形已经

15、非常逼近正弦波，因而又称为SPWMSPWMSPWMSPWM逆变器，逆变器，逆变器，逆变器，成为当前最有发展前途的一种装置形式。成为当前最有发展前途的一种装置形式。成为当前最有发展前途的一种装置形式。成为当前最有发展前途的一种装置形式。本讲稿第十三页，共一百二十二页 课题六 变频器 电压型变频器结构框图：电压型变频器结构框图：电压型变频器结构框图：电压型变频器结构框图：本讲稿第十四页，共一百二十二页 课题六 变频器电压型变频器：电压型变频器：电压型变频器：电压型变频器：在交直交变频器中，当中间直流环节采用大电容滤波时，直流电压波形比在交直交变频器中，当中间直流环节采用大电容滤波时，直流电压波形比

16、在交直交变频器中，当中间直流环节采用大电容滤波时，直流电压波形比在交直交变频器中，当中间直流环节采用大电容滤波时，直流电压波形比较平直，在理想情况下是一个内阻抗为零的恒压源，输出交流电压是矩形波或较平直，在理想情况下是一个内阻抗为零的恒压源，输出交流电压是矩形波或较平直，在理想情况下是一个内阻抗为零的恒压源，输出交流电压是矩形波或较平直，在理想情况下是一个内阻抗为零的恒压源，输出交流电压是矩形波或阶梯波，这类变频器叫做电压型变频器阶梯波，这类变频器叫做电压型变频器阶梯波，这类变频器叫做电压型变频器阶梯波，这类变频器叫做电压型变频器本讲稿第十五页，共一百二十二页 课题六 变频器 电流型变频器结构

17、框图：电流型变频器结构框图：电流型变频器结构框图：电流型变频器结构框图：本讲稿第十六页，共一百二十二页 课题六 变频器电流型变频器：电流型变频器：电流型变频器：电流型变频器：当交直交变频器的中间直流环节采用大电感滤波时，直流电流波形比当交直交变频器的中间直流环节采用大电感滤波时，直流电流波形比当交直交变频器的中间直流环节采用大电感滤波时，直流电流波形比当交直交变频器的中间直流环节采用大电感滤波时，直流电流波形比较平直，因而电源内阻抗很大，对负载来说基本上是一个电流源，输出交较平直，因而电源内阻抗很大，对负载来说基本上是一个电流源，输出交较平直，因而电源内阻抗很大，对负载来说基本上是一个电流源，

18、输出交较平直，因而电源内阻抗很大，对负载来说基本上是一个电流源，输出交流电流是矩形波或阶梯波，这类变频器叫做电流型变频器。流电流是矩形波或阶梯波，这类变频器叫做电流型变频器。流电流是矩形波或阶梯波，这类变频器叫做电流型变频器。流电流是矩形波或阶梯波，这类变频器叫做电流型变频器。本讲稿第十七页，共一百二十二页 课题六 变频器几种典型的交直交变频器的主电路。几种典型的交直交变频器的主电路。几种典型的交直交变频器的主电路。几种典型的交直交变频器的主电路。交直交电压型变频电路交直交电压型变频电路交直交电压型变频电路交直交电压型变频电路常用的交常用的交常用的交常用的交直直直直交电压型交电压型交电压型交电

19、压型PWMPWMPWMPWM变频电路。变频电路。变频电路。变频电路。本讲稿第十八页，共一百二十二页 课题六 变频器交交交交直直直直交电压型交电压型交电压型交电压型PWMPWMPWMPWM变频电路变频电路变频电路变频电路采用二极管构成整流器，完成交流到直流采用二极管构成整流器，完成交流到直流采用二极管构成整流器，完成交流到直流采用二极管构成整流器，完成交流到直流的变换，其输出直流电压的变换，其输出直流电压的变换，其输出直流电压的变换，其输出直流电压U U U Ud d d d是不可控的；中间直流环节用大电容是不可控的；中间直流环节用大电容是不可控的；中间直流环节用大电容是不可控的；中间直流环节用

20、大电容C C C C滤波；滤波；滤波；滤波；电力晶体管电力晶体管电力晶体管电力晶体管V1V1V1V1V6V6V6V6构成构成构成构成PWMPWMPWMPWM逆变器，完成直流到交流的变换，并能实现逆变器，完成直流到交流的变换，并能实现逆变器，完成直流到交流的变换，并能实现逆变器，完成直流到交流的变换，并能实现输出频率和电压的同时调节，输出频率和电压的同时调节，输出频率和电压的同时调节，输出频率和电压的同时调节，VD1VD1VD1VD1VD6VD6VD6VD6是电压型逆变器所需的反馈二是电压型逆变器所需的反馈二是电压型逆变器所需的反馈二是电压型逆变器所需的反馈二极管。极管。极管。极管。本讲稿第十九

21、页，共一百二十二页 课题六 变频器交直交电流型变频电路交直交电流型变频电路交直交电流型变频电路交直交电流型变频电路常用的交直交电流型变频电路。常用的交直交电流型变频电路。常用的交直交电流型变频电路。常用的交直交电流型变频电路。本讲稿第二十页，共一百二十二页 课题六 变频器交直交电流型变频电路：交直交电流型变频电路：交直交电流型变频电路：交直交电流型变频电路：整流器采用晶闸管构成的可控整流电路，完整流器采用晶闸管构成的可控整流电路，完整流器采用晶闸管构成的可控整流电路，完整流器采用晶闸管构成的可控整流电路，完成交流到直流的变换，输出可控的直流电压成交流到直流的变换，输出可控的直流电压成交流到直流

22、的变换，输出可控的直流电压成交流到直流的变换，输出可控的直流电压U U U U，实现调压功能；中间直流环节，实现调压功能；中间直流环节，实现调压功能；中间直流环节，实现调压功能；中间直流环节用大电感用大电感用大电感用大电感L L L L滤波；逆变器采用晶闸管构成的串联二极管式电流型逆变电路，完滤波；逆变器采用晶闸管构成的串联二极管式电流型逆变电路，完滤波；逆变器采用晶闸管构成的串联二极管式电流型逆变电路，完滤波；逆变器采用晶闸管构成的串联二极管式电流型逆变电路，完成直流到交流的变换，并实现输出频率的调节。成直流到交流的变换，并实现输出频率的调节。成直流到交流的变换，并实现输出频率的调节。成直流

23、到交流的变换，并实现输出频率的调节。本讲稿第二十一页，共一百二十二页 课题六 变频器特点名称电压型变频器电流型变频器储能元件电容器电抗器输出波形的特点电压波形为矩形波电流波形近似正弦波电流波形为矩形波电压波形为近似正弦波回路构成上的特点有反馈二极管直流电源并联大容量电容（低阻抗电压源）电动机四象限运转需要再生用变流器无反馈二极管直流电源串联大电感（高阻抗电流源）电动机四象限运转容易特性上的特点负载短路时产生过电流开环电动机也可能稳定运转负载短路时能抑制过电流电动机运转不稳定需要反馈控制适用范围适用于作为多台电机同步运行时的供电电源但不要求快速加减的场合适用于一台变频器给一台电机供电的单电机传动

24、，但可以满足快速起制动和可逆运行的要求 交直交电压型变频器与电流型变频器的性能比较交直交电压型变频器与电流型变频器的性能比较交直交电压型变频器与电流型变频器的性能比较交直交电压型变频器与电流型变频器的性能比较本讲稿第二十二页，共一百二十二页 课题六 变频器二、绝缘门极晶体管（二、绝缘门极晶体管（IGBTIGBT）1 1 1 1IGBTIGBTIGBTIGBT的结构和基本工作原理的结构和基本工作原理的结构和基本工作原理的结构和基本工作原理 绝缘门极晶体管绝缘门极晶体管绝缘门极晶体管绝缘门极晶体管IGBTIGBTIGBTIGBT（Insulated Gate Bipolar TransistorI

25、nsulated Gate Bipolar TransistorInsulated Gate Bipolar TransistorInsulated Gate Bipolar Transistor）也称绝缘栅极双极型晶）也称绝缘栅极双极型晶）也称绝缘栅极双极型晶）也称绝缘栅极双极型晶体管，是一种新发展起来的复合型电力电子器件。体管，是一种新发展起来的复合型电力电子器件。体管，是一种新发展起来的复合型电力电子器件。体管，是一种新发展起来的复合型电力电子器件。由于它结合了由于它结合了由于它结合了由于它结合了MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET和和和和GTRGTRGTRGTR的特点，既具

26、有输入阻抗高、速度快、热稳定性好的特点，既具有输入阻抗高、速度快、热稳定性好的特点，既具有输入阻抗高、速度快、热稳定性好的特点，既具有输入阻抗高、速度快、热稳定性好和驱动电路简单的优点，又具有输入通态电压低，耐压高和承受电流大的优和驱动电路简单的优点，又具有输入通态电压低，耐压高和承受电流大的优和驱动电路简单的优点，又具有输入通态电压低，耐压高和承受电流大的优和驱动电路简单的优点，又具有输入通态电压低，耐压高和承受电流大的优点，这些都使点，这些都使点，这些都使点，这些都使IGBTIGBTIGBTIGBT比比比比GTRGTRGTRGTR有更大的吸引力。有更大的吸引力。有更大的吸引力。有更大的吸引

27、力。在变频器驱动电机，中频和开关电源以及要求快速、低损耗的领域，在变频器驱动电机，中频和开关电源以及要求快速、低损耗的领域，在变频器驱动电机，中频和开关电源以及要求快速、低损耗的领域，在变频器驱动电机，中频和开关电源以及要求快速、低损耗的领域，IGBTIGBTIGBTIGBT有着主有着主有着主有着主导地位。导地位。导地位。导地位。本讲稿第二十三页，共一百二十二页 课题六 变频器（1 1 1 1）IGBT IGBT IGBT IGBT的基本结构与工作原理的基本结构与工作原理的基本结构与工作原理的基本结构与工作原理1 1 1 1）基本结构）基本结构）基本结构）基本结构IGBTIGBTIGBTIGB

28、T也是三端器件，三个极为漏极（也是三端器件，三个极为漏极（也是三端器件，三个极为漏极（也是三端器件，三个极为漏极（D D D D）、栅极（）、栅极（）、栅极（）、栅极（G G G G）和源极（）和源极（）和源极（）和源极（S S S S）。）。）。）。（a)a)a)a)内部结构内部结构内部结构内部结构 （b b b b）简化等效电路）简化等效电路）简化等效电路）简化等效电路（c c c c）电气图形符号）电气图形符号）电气图形符号）电气图形符号本讲稿第二十四页，共一百二十二页 课题六 变频器2 2 2 2）工作原理）工作原理）工作原理）工作原理 IGBTIGBTIGBTIGBT的驱动原理与电力

29、的驱动原理与电力的驱动原理与电力的驱动原理与电力MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET基本相同，它是一种压控型器件。基本相同，它是一种压控型器件。基本相同，它是一种压控型器件。基本相同，它是一种压控型器件。开通和关断是由栅极和发射极间的电压开通和关断是由栅极和发射极间的电压开通和关断是由栅极和发射极间的电压开通和关断是由栅极和发射极间的电压U U U UGEGEGEGE决定的，当决定的，当决定的，当决定的，当U U U UGEGEGEGE为正且大于开启电压为正且大于开启电压为正且大于开启电压为正且大于开启电压U U U UGEGEGEGE（thththth）时，）时，）时，）时，MO

30、SFETMOSFETMOSFETMOSFET内形成沟道，并为晶体管提供基极电流使其导通。内形成沟道，并为晶体管提供基极电流使其导通。内形成沟道，并为晶体管提供基极电流使其导通。内形成沟道，并为晶体管提供基极电流使其导通。当栅极与发射极之间加反向电压或不加电压时，当栅极与发射极之间加反向电压或不加电压时，当栅极与发射极之间加反向电压或不加电压时，当栅极与发射极之间加反向电压或不加电压时，MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET内的沟道消失，内的沟道消失，内的沟道消失，内的沟道消失，晶体管无基极电流，晶体管无基极电流，晶体管无基极电流，晶体管无基极电流，IGBTIGBTIGBTIGBT关断

31、。关断。关断。关断。本讲稿第二十五页，共一百二十二页 课题六 变频器（2 2 2 2）IGBT IGBT IGBT IGBT的基本特性与主要参数的基本特性与主要参数的基本特性与主要参数的基本特性与主要参数 IGBT IGBT IGBT IGBT的转移特性和输出特性的转移特性和输出特性的转移特性和输出特性的转移特性和输出特性（a)a)a)a)转移特性转移特性转移特性转移特性 （b)b)b)b)输出特性输出特性输出特性输出特性本讲稿第二十六页，共一百二十二页 课题六 变频器1 1 1 1）IGBTIGBTIGBTIGBT的基本特性的基本特性的基本特性的基本特性 静态特性静态特性静态特性静态特性 I

32、GBTIGBTIGBTIGBT的转移特性，它描述的是集电极电流的转移特性，它描述的是集电极电流的转移特性，它描述的是集电极电流的转移特性，它描述的是集电极电流I I I IC C C C与栅射电压与栅射电压与栅射电压与栅射电压U U U UGEGEGEGE之间的关系，与功率之间的关系，与功率之间的关系，与功率之间的关系，与功率MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET的转移特性相似。的转移特性相似。的转移特性相似。的转移特性相似。开启电压开启电压开启电压开启电压U U U UGEGEGEGE（thththth）是）是）是）是IGBTIGBTIGBTIGBT能实现电导调制而导通的最低栅射电

33、压。能实现电导调制而导通的最低栅射电压。能实现电导调制而导通的最低栅射电压。能实现电导调制而导通的最低栅射电压。U U U UGEGEGEGE（thththth）随温度升高而略有下降，温度升高）随温度升高而略有下降，温度升高）随温度升高而略有下降，温度升高）随温度升高而略有下降，温度升高1C1C1C1C，其值下降，其值下降，其值下降，其值下降5mV5mV5mV5mV左右。在左右。在左右。在左右。在+25C+25C+25C+25C时，时，时，时，U U U UGEGEGEGE（thththth）的值一般为）的值一般为）的值一般为）的值一般为26V26V26V26V。IGBTIGBTIGBTIGB

34、T的输出特性，也称伏安特性，它描述的是以栅射电压为参考变量时，集电极电的输出特性，也称伏安特性，它描述的是以栅射电压为参考变量时，集电极电的输出特性，也称伏安特性，它描述的是以栅射电压为参考变量时，集电极电的输出特性，也称伏安特性，它描述的是以栅射电压为参考变量时，集电极电流流流流I I I IC C C C与集射极间电压与集射极间电压与集射极间电压与集射极间电压U U U UCECECECE之间的关系。之间的关系。之间的关系。之间的关系。本讲稿第二十七页，共一百二十二页 课 题六 变频器IGBTIGBTIGBTIGBT的开关过程的开关过程的开关过程的开关过程本讲稿第二十八页，共一百二十二页

35、课题六 变频器2 2 2 2）主要参数）主要参数）主要参数）主要参数集电极集电极集电极集电极发射极额定电压发射极额定电压发射极额定电压发射极额定电压U U U UCESCESCESCES栅极栅极栅极栅极发射极额定电压发射极额定电压发射极额定电压发射极额定电压U U U UGESGESGESGES额定集电极电流额定集电极电流额定集电极电流额定集电极电流I I I IC C C C（3 3 3 3）IGBTIGBTIGBTIGBT的擎住效应和安全工作区的擎住效应和安全工作区的擎住效应和安全工作区的擎住效应和安全工作区 从从从从IGBTIGBTIGBTIGBT的结构可以发现，的结构可以发现，的结构可

36、以发现，的结构可以发现，IGBTIGBTIGBTIGBT电流可能发生失控的现象，就像普通晶闸管被触电流可能发生失控的现象，就像普通晶闸管被触电流可能发生失控的现象，就像普通晶闸管被触电流可能发生失控的现象，就像普通晶闸管被触发以后，即使撤消触发信号晶闸管仍然因进入正反馈过程而维持导通的机理一发以后，即使撤消触发信号晶闸管仍然因进入正反馈过程而维持导通的机理一发以后，即使撤消触发信号晶闸管仍然因进入正反馈过程而维持导通的机理一发以后，即使撤消触发信号晶闸管仍然因进入正反馈过程而维持导通的机理一样，因此被称为擎住效应或自锁效应。样，因此被称为擎住效应或自锁效应。样，因此被称为擎住效应或自锁效应。样

37、，因此被称为擎住效应或自锁效应。引发擎住效应的原因，可能是集电极电流过大（静态擎住效应），也可能是最引发擎住效应的原因，可能是集电极电流过大（静态擎住效应），也可能是最引发擎住效应的原因，可能是集电极电流过大（静态擎住效应），也可能是最引发擎住效应的原因，可能是集电极电流过大（静态擎住效应），也可能是最大允许电压上升率大允许电压上升率大允许电压上升率大允许电压上升率d d d du u u uCE/dCE/dCE/dCE/dt t t t过大（动态擎住效应），温度升高也会加重发生擎住效过大（动态擎住效应），温度升高也会加重发生擎住效过大（动态擎住效应），温度升高也会加重发生擎住效过大（动态擎住

38、效应），温度升高也会加重发生擎住效应的危险。应的危险。应的危险。应的危险。本讲稿第二十九页，共一百二十二页 课题六 变频器 动态擎住效应比静态擎住效应所允许的集电极电流小，因此所允许的最大集动态擎住效应比静态擎住效应所允许的集电极电流小，因此所允许的最大集动态擎住效应比静态擎住效应所允许的集电极电流小，因此所允许的最大集动态擎住效应比静态擎住效应所允许的集电极电流小，因此所允许的最大集电极电流实际上是根据动态擎住效应而确定的。电极电流实际上是根据动态擎住效应而确定的。电极电流实际上是根据动态擎住效应而确定的。电极电流实际上是根据动态擎住效应而确定的。根据最大集电极电流、最大集电极间电压和最大集

39、电极功耗可以确定根据最大集电极电流、最大集电极间电压和最大集电极功耗可以确定根据最大集电极电流、最大集电极间电压和最大集电极功耗可以确定根据最大集电极电流、最大集电极间电压和最大集电极功耗可以确定IGBTIGBTIGBTIGBT在在在在导通工作状态的参数极限范围；根据最大集电极电流、最大集射极间电压和导通工作状态的参数极限范围；根据最大集电极电流、最大集射极间电压和导通工作状态的参数极限范围；根据最大集电极电流、最大集射极间电压和导通工作状态的参数极限范围；根据最大集电极电流、最大集射极间电压和最大允许电压上升率可以确定最大允许电压上升率可以确定最大允许电压上升率可以确定最大允许电压上升率可以

40、确定IGBTIGBTIGBTIGBT在阻断工作状态下的参数极限范围，即反在阻断工作状态下的参数极限范围，即反在阻断工作状态下的参数极限范围，即反在阻断工作状态下的参数极限范围，即反向偏置安全工作电压（向偏置安全工作电压（向偏置安全工作电压（向偏置安全工作电压（RBSOARBSOARBSOARBSOA）。）。）。）。本讲稿第三十页，共一百二十二页 2IGBT的驱动电路（1)1)1)1)对驱动电路的要求对驱动电路的要求对驱动电路的要求对驱动电路的要求IGBTIGBTIGBTIGBT是电压驱动的，具有一个是电压驱动的，具有一个是电压驱动的，具有一个是电压驱动的，具有一个2.55.0V2.55.0V2

41、.55.0V2.55.0V的阀值电压，有一个容性输入阻抗，因此的阀值电压，有一个容性输入阻抗，因此的阀值电压，有一个容性输入阻抗，因此的阀值电压，有一个容性输入阻抗，因此IGBTIGBTIGBTIGBT对栅极电荷非常敏感，故驱动电路必须很可靠，保证有一条低阻抗值的放电对栅极电荷非常敏感，故驱动电路必须很可靠，保证有一条低阻抗值的放电对栅极电荷非常敏感，故驱动电路必须很可靠，保证有一条低阻抗值的放电对栅极电荷非常敏感，故驱动电路必须很可靠，保证有一条低阻抗值的放电回路，即驱动电路与回路，即驱动电路与回路，即驱动电路与回路，即驱动电路与IGBTIGBTIGBTIGBT的连线要尽量短。的连线要尽量短

42、。的连线要尽量短。的连线要尽量短。用内阻小的驱动源对栅极电容充放电，以保证栅极控制电压用内阻小的驱动源对栅极电容充放电，以保证栅极控制电压用内阻小的驱动源对栅极电容充放电，以保证栅极控制电压用内阻小的驱动源对栅极电容充放电，以保证栅极控制电压U U U UCECECECE有足够陡的前后有足够陡的前后有足够陡的前后有足够陡的前后沿，使沿，使沿，使沿，使IGBTIGBTIGBTIGBT的开关损耗尽量小。另外，的开关损耗尽量小。另外，的开关损耗尽量小。另外，的开关损耗尽量小。另外，IGBTIGBTIGBTIGBT开通后，栅极驱动源应能提开通后，栅极驱动源应能提开通后，栅极驱动源应能提开通后，栅极驱动

43、源应能提供足够的功率，使供足够的功率，使供足够的功率，使供足够的功率，使IGBTIGBTIGBTIGBT不退出饱和而损坏。不退出饱和而损坏。不退出饱和而损坏。不退出饱和而损坏。驱动电路中的正偏压应为驱动电路中的正偏压应为驱动电路中的正偏压应为驱动电路中的正偏压应为+12+15V+12+15V+12+15V+12+15V，负偏压应为，负偏压应为，负偏压应为，负偏压应为-2-10V-2-10V-2-10V-2-10V。本讲稿第三十一页，共一百二十二页 课题六 变频器IGBTIGBTIGBTIGBT多用于高压场合，故驱动电路应整个控制电路在电位上严格隔离。多用于高压场合，故驱动电路应整个控制电路在电

44、位上严格隔离。多用于高压场合，故驱动电路应整个控制电路在电位上严格隔离。多用于高压场合，故驱动电路应整个控制电路在电位上严格隔离。驱动电路应尽可能简单实用，具有对驱动电路应尽可能简单实用，具有对驱动电路应尽可能简单实用，具有对驱动电路应尽可能简单实用，具有对IGBTIGBTIGBTIGBT的自保护功能，并有较强的抗的自保护功能，并有较强的抗的自保护功能，并有较强的抗的自保护功能，并有较强的抗干扰能力。干扰能力。干扰能力。干扰能力。若为大电感负载，若为大电感负载，若为大电感负载，若为大电感负载，IGBTIGBTIGBTIGBT的关断时间不宜过短，以限制的关断时间不宜过短，以限制的关断时间不宜过短

45、，以限制的关断时间不宜过短，以限制d d d di/i/i/i/d d d dt t t t所形成的尖所形成的尖所形成的尖所形成的尖峰电压，保证峰电压，保证峰电压，保证峰电压，保证IGBTIGBTIGBTIGBT的安全。的安全。的安全。的安全。本讲稿第三十二页，共一百二十二页 课题六 变频器（2)2)2)2)驱动电路驱动电路驱动电路驱动电路 因为因为因为因为IGBTIGBTIGBTIGBT的输入特性几乎与的输入特性几乎与的输入特性几乎与的输入特性几乎与MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET相同，所以用于相同，所以用于相同，所以用于相同，所以用于MOSFETMOSFETMOSFETMO

46、SFET的驱动电路同样可的驱动电路同样可的驱动电路同样可的驱动电路同样可以用于以用于以用于以用于IGBTIGBTIGBTIGBT。在用于驱动电动机的逆变器电路中，为使在用于驱动电动机的逆变器电路中，为使在用于驱动电动机的逆变器电路中，为使在用于驱动电动机的逆变器电路中，为使IGBTIGBTIGBTIGBT能够稳定工作，要求能够稳定工作，要求能够稳定工作，要求能够稳定工作，要求IGBTIGBTIGBTIGBT的驱的驱的驱的驱动电路采用正负偏压双电源的工作方式。动电路采用正负偏压双电源的工作方式。动电路采用正负偏压双电源的工作方式。动电路采用正负偏压双电源的工作方式。为了使驱动电路与信号电隔离，应

47、采用抗噪声能力强，信号传输时间端的光耦合为了使驱动电路与信号电隔离，应采用抗噪声能力强，信号传输时间端的光耦合为了使驱动电路与信号电隔离，应采用抗噪声能力强，信号传输时间端的光耦合为了使驱动电路与信号电隔离，应采用抗噪声能力强，信号传输时间端的光耦合器件。器件。器件。器件。基极和发射极的引线应尽量短，基极驱动电路的输入线应为绞合线基极和发射极的引线应尽量短，基极驱动电路的输入线应为绞合线基极和发射极的引线应尽量短，基极驱动电路的输入线应为绞合线基极和发射极的引线应尽量短，基极驱动电路的输入线应为绞合线 为抑制输入信号的振荡现象，基极和发射极并联一阻尼网络。为抑制输入信号的振荡现象，基极和发射极

48、并联一阻尼网络。为抑制输入信号的振荡现象，基极和发射极并联一阻尼网络。为抑制输入信号的振荡现象，基极和发射极并联一阻尼网络。驱动电路的输出级采用互补电路的形式以降低驱动源的内阻，同时加速驱动电路的输出级采用互补电路的形式以降低驱动源的内阻，同时加速驱动电路的输出级采用互补电路的形式以降低驱动源的内阻，同时加速驱动电路的输出级采用互补电路的形式以降低驱动源的内阻，同时加速IGBTIGBTIGBTIGBT的关断过的关断过的关断过的关断过程。程。程。程。本讲稿第三十三页，共一百二十二页 课题六 变频器 IGBT IGBT IGBT IGBT基极驱动电路基极驱动电路基极驱动电路基极驱动电路 （a)a)

49、a)a)阻尼滤波阻尼滤波阻尼滤波阻尼滤波 （b)b)b)b)光电隔离光电隔离光电隔离光电隔离本讲稿第三十四页，共一百二十二页 课题六 变频器（3)3)3)3)集成化驱动电路集成化驱动电路集成化驱动电路集成化驱动电路IGBTIGBTIGBTIGBT有与其配套的集成驱动电路。有与其配套的集成驱动电路。有与其配套的集成驱动电路。有与其配套的集成驱动电路。这些专用驱动电路抗干扰能力强，集成化程度高，速度快，保护功能完善，可实这些专用驱动电路抗干扰能力强，集成化程度高，速度快，保护功能完善，可实这些专用驱动电路抗干扰能力强，集成化程度高，速度快，保护功能完善，可实这些专用驱动电路抗干扰能力强，集成化程度

50、高，速度快，保护功能完善，可实现现现现IGBTIGBTIGBTIGBT的最优驱动。的最优驱动。的最优驱动。的最优驱动。本讲稿第三十五页，共一百二十二页 3IGBT的保护电路因为因为因为因为IGBTIGBTIGBTIGBT是的保护主要是栅源是的保护主要是栅源是的保护主要是栅源是的保护主要是栅源过电压保护、静电保护、采用过电压保护、静电保护、采用过电压保护、静电保护、采用过电压保护、静电保护、采用R-C-VDR-C-VDR-C-VDR-C-VD缓冲电缓冲电缓冲电缓冲电路路路路等等。等等。等等。等等。在在在在IGBTIGBTIGBTIGBT电控系统中设置过压、欠压、过流和过热保护单元，以保证安全可靠