第1講-變頻器原理及應(yīng)用

1、變頻器原理與應(yīng)用（第2版）1孫孫 穎穎變頻器原理與應(yīng)用（第2版）2 變頻器原理及應(yīng)用變頻器原理及應(yīng)用課課 程程變頻器原理與應(yīng)用（第2版）3課程名稱課程名稱: :變頻器原理及應(yīng)用變頻器原理及應(yīng)用學(xué)學(xué) 時(shí)：時(shí)：26h=20h+6h26h=20h+6h （理論學(xué)時(shí)（理論學(xué)時(shí)20h20h；實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)；實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)6h6h）學(xué)學(xué) 分：分：1.51.5學(xué)分學(xué)分先修課程：先修課程：電路分析電路分析、電機(jī)與拖動(dòng)電機(jī)與拖動(dòng) 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)等等適用專業(yè)：自動(dòng)化適用專業(yè)：自動(dòng)化考核方法：平時(shí)考核方法：平時(shí)+ + 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)+ + 試卷試卷變頻器原理與應(yīng)用（第2版）41 1、課程性質(zhì)：、課程性質(zhì)： 必修課、是一門應(yīng)

2、用性極強(qiáng)的必修課、是一門應(yīng)用性極強(qiáng)的專業(yè)課程專業(yè)課程；與；與PLCPLC控制技術(shù)、交直流調(diào)速系統(tǒng)等專業(yè)課有橫向聯(lián)系?？刂萍夹g(shù)、交直流調(diào)速系統(tǒng)等專業(yè)課有橫向聯(lián)系。2 2、課程任務(wù)、課程任務(wù)： 掌握變頻器結(jié)構(gòu)、功能和工作原理；掌握變頻器結(jié)構(gòu)、功能和工作原理； 掌握變頻器參數(shù)選擇，安裝調(diào)試的基本技能；掌握變頻器參數(shù)選擇，安裝調(diào)試的基本技能； 掌握設(shè)計(jì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本方法；掌握設(shè)計(jì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本方法；課程的性質(zhì)和任務(wù)：課程的性質(zhì)和任務(wù)：變頻器原理與應(yīng)用（第2版）5本課程的主要內(nèi)容本課程的主要內(nèi)容第第1 1章章 概述概述第第2 2章章 變頻器常用電力電子器件變頻器常用電力電子器件第第3 3章章 交

3、交- -直直- -交變頻技術(shù)交變頻技術(shù)第第4 4章交章交- -交變頻技術(shù)交變頻技術(shù)第第5 5章章 高（中）壓變頻器高（中）壓變頻器第第6 6章章 變頻器的組成與功能變頻器的組成與功能第第7 7章章 變頻器拖動(dòng)系統(tǒng)變頻器拖動(dòng)系統(tǒng)第第8 8章章 變頻器的控制方法變頻器的控制方法第第9 9章章 變頻調(diào)速系統(tǒng)的選擇與操作變頻調(diào)速系統(tǒng)的選擇與操作第第1010章章 變頻器的安裝與維護(hù)變頻器的安裝與維護(hù)第第1111章章 變頻器應(yīng)用實(shí)例變頻器應(yīng)用實(shí)例變頻器原理與應(yīng)用（第2版）6主要參考書主要參考書教材：教材：變頻器原理及應(yīng)用變頻器原理及應(yīng)用 （第（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社，版）機(jī)械工業(yè)出版社，2009.7參考書

4、：參考書：1. 何超何超 交流變頻調(diào)速技術(shù)交流變頻調(diào)速技術(shù)（第（第2版）北京航空航天大學(xué)版）北京航空航天大學(xué)出版社，出版社，20122. 魏召剛魏召剛 工業(yè)變頻器原理及應(yīng)用工業(yè)變頻器原理及應(yīng)用 電子工業(yè)出版社，電子工業(yè)出版社，2006。3原魁，劉偉強(qiáng)原魁，劉偉強(qiáng) 變頻器基礎(chǔ)及應(yīng)用變頻器基礎(chǔ)及應(yīng)用 冶金工業(yè)出版社，冶金工業(yè)出版社，2004。4張燕賓張燕賓 SPWM變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù)變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社，機(jī)械工業(yè)出版社，2003。5李良仁李良仁 變頻調(diào)整技術(shù)與應(yīng)用變頻調(diào)整技術(shù)與應(yīng)用 電子工業(yè)出版社，電子工業(yè)出版社，2004。變頻器原理與應(yīng)用（第2版）7第一章第一章 概述概述 變頻器原理與

5、應(yīng)用（第2版）8什么是變頻器？交流調(diào)速什么是變頻器？交流調(diào)速變頻器變頻器是將固定頻率的交流電變換成連續(xù)可是將固定頻率的交流電變換成連續(xù)可調(diào)的交流電的裝置。調(diào)的交流電的裝置。英文簡稱英文簡稱VVVF ( Variable VVVF ( Variable Voltage Variable FrequencyVoltage Variable Frequency），），可以是交可以是交- -直直- -交，也可交，也可以是交以是交- -交變頻技術(shù)。交變頻技術(shù)。變頻器的控制對象：三相交流異步電機(jī)和三變頻器的控制對象：三相交流異步電機(jī)和三相交流同步電機(jī)。相交流同步電機(jī)。無論哪種形式都是電能不變化為其他形式的

6、無論哪種形式都是電能不變化為其他形式的能量，而只是頻率的變化。能量，而只是頻率的變化。變頻器的問世，使變頻器的問世，使電氣傳動(dòng)電氣傳動(dòng)（傳動(dòng)方式的一種，有機(jī)傳動(dòng)方式的一種，有機(jī)械式如搖臂之類，有壓力如液壓傳動(dòng)，而通過控制電機(jī)來傳動(dòng)的方式械式如搖臂之類，有壓力如液壓傳動(dòng)，而通過控制電機(jī)來傳動(dòng)的方式就是電氣傳動(dòng)就是電氣傳動(dòng) ）發(fā)生了一場技術(shù)革命，使交流調(diào)）發(fā)生了一場技術(shù)革命，使交流調(diào)速取代了直流調(diào)速速取代了直流調(diào)速變頻器原理與應(yīng)用（第2版）9電氣傳動(dòng)系統(tǒng)概述電氣傳動(dòng)系統(tǒng)概述定義定義 以交流（直流）電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械的系統(tǒng)以交流（直流）電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械的系統(tǒng)稱之為交流（直流）電

7、氣傳動(dòng)系統(tǒng)，也稱交流（直流）稱之為交流（直流）電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，也稱交流（直流）電氣拖動(dòng)系統(tǒng)電氣拖動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成構(gòu)成中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)交流電源輸入終端機(jī)械交流電機(jī)直流調(diào)速裝置直流輸出皮帶輪、齒輪箱等風(fēng)機(jī)、泵等直流電機(jī)交流調(diào)速裝置交流輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)變頻器變頻器原理與應(yīng)用（第2版）10 1.1 1.1 變頻器的發(fā)展變頻器的發(fā)展 第一代第一代是由是由SCRSCR（晶閘管晶閘管）組成的變頻器功能差、頻率低。）組成的變頻器功能差、頻率低。 第二代第二代是是GTOGTO和和GTRGTR ，變頻器開關(guān)頻率在變頻器開關(guān)頻率在2 2kHzkHz以下，以下，PWMPWM技術(shù)技術(shù)開始應(yīng)用，可輸出正弦波電壓和電流，但載波頻率和最小脈

8、開始應(yīng)用，可輸出正弦波電壓和電流，但載波頻率和最小脈寬受限，噪聲大。寬受限，噪聲大。 第三代第三代是是MOSFETMOSFET和和IGBTIGBT，開關(guān)頻率可達(dá)開關(guān)頻率可達(dá)2020kHzkHz以上，以上，PWMPWM調(diào)制調(diào)制的逆變器諧波噪聲大大降低。變頻器功率大，的逆變器諧波噪聲大大降低。變頻器功率大， 應(yīng)用廣泛。應(yīng)用廣泛。第四代第四代是是IPMIPM，具有保護(hù)功能有過流、短路、過壓、欠壓和具有保護(hù)功能有過流、短路、過壓、欠壓和過熱等，還可以實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)。使變頻器的體積、重量和連過熱等，還可以實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)。使變頻器的體積、重量和連線大為減少，而功能和可靠性大為提高。線大為減少，而功能和可靠性大

9、為提高。1.1.1 1.1.1 電力電子電力電子器件器件是變頻器發(fā)展的是變頻器發(fā)展的基礎(chǔ)基礎(chǔ)變頻器原理與應(yīng)用（第2版）11 1.1.2 1.1.2 計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制理論是變頻器計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制理論是變頻器發(fā)展的發(fā)展的支柱支柱 1. 1. 沒有采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，由分立電子元件組成變頻電路，沒有采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，由分立電子元件組成變頻電路，可靠性差、頻率低，輸出的電壓和電流的波形是方波?？煽啃圆?、頻率低，輸出的電壓和電流的波形是方波。 2. 2. 采用采用8 8位位微處理器，壓頻比微處理器，壓頻比U U/ /F F控制原理：逆變電路能夠控制原理：逆變電路能夠得到相當(dāng)接近正弦波的輸出電壓和電流，工作性能

10、有了很大得到相當(dāng)接近正弦波的輸出電壓和電流，工作性能有了很大提高。提高。 3. 3. 采用采用1616位甚至位甚至3232位位微處理器微處理器 ，推出了矢量控制、直接轉(zhuǎn)，推出了矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、模糊控制和自適應(yīng)控制等多種模式理論：變頻器已矩控制、模糊控制和自適應(yīng)控制等多種模式理論：變頻器已經(jīng)內(nèi)置有參數(shù)辨識(shí)系統(tǒng)、經(jīng)內(nèi)置有參數(shù)辨識(shí)系統(tǒng)、PIDPID調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)器、PLCPLC控制器和通訊單元控制器和通訊單元等，根據(jù)需要可實(shí)現(xiàn)拖動(dòng)不同負(fù)載、寬調(diào)速和伺服控制等多等，根據(jù)需要可實(shí)現(xiàn)拖動(dòng)不同負(fù)載、寬調(diào)速和伺服控制等多種應(yīng)用。種應(yīng)用。 變頻器原理與應(yīng)用（第2版）12 1.1.3 1.1.3 市場需求是

11、變頻器發(fā)展的市場需求是變頻器發(fā)展的動(dòng)力動(dòng)力變頻器原理與應(yīng)用（第2版）13變頻器原理與應(yīng)用（第2版）14變頻器原理與應(yīng)用（第2版）15 1.1.4 1.1.4 變頻器的發(fā)展趨勢變頻器的發(fā)展趨勢變頻器原理與應(yīng)用（第2版）16變頻器原理與應(yīng)用（第2版）17 1.2 1.2 變頻器的分類變頻器的分類1.2.1 1.2.1 按變頻的原理分類按變頻的原理分類 1 1）交）交- -交變頻器交變頻器 2 2）交）交- -直直- -交變頻器交變頻器 1.2.2 1.2.2 按變頻器的控制方式分類按變頻器的控制方式分類 1 1）壓頻比壓頻比控制變頻器控制變頻器 （ V V/ /f f ） 2 2）轉(zhuǎn)差頻率轉(zhuǎn)差頻率

12、控制變頻器控制變頻器 （SFSF） 3 3）矢量矢量控制控制 （VCVC） 4 4）直接轉(zhuǎn)矩直接轉(zhuǎn)矩控制控制 變頻器原理與應(yīng)用（第2版）18 1.2 1.2 變頻器的分類變頻器的分類1.2.3 1.2.3 按用途分類按用途分類 1 1） 通用變頻器通用變頻器 簡易簡易型通用變頻器是一種以型通用變頻器是一種以節(jié)能為主要目的節(jié)能為主要目的而而簡化簡化了了一些系統(tǒng)功能的通用變頻器。它主要一些系統(tǒng)功能的通用變頻器。它主要應(yīng)用應(yīng)用于水泵、風(fēng)扇、鼓于水泵、風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)等對于系統(tǒng)風(fēng)機(jī)等對于系統(tǒng)調(diào)速性能調(diào)速性能要求不高的場合，并具有體積小、要求不高的場合，并具有體積小、價(jià)格低等方面的優(yōu)勢。價(jià)格低等方面的優(yōu)勢。

13、 高性能高性能通用變頻器在設(shè)計(jì)過程中充分考慮了在變頻器應(yīng)通用變頻器在設(shè)計(jì)過程中充分考慮了在變頻器應(yīng)用中可能出現(xiàn)的各種需要，并為滿足這些需要在系統(tǒng)用中可能出現(xiàn)的各種需要，并為滿足這些需要在系統(tǒng)軟件軟件和和硬件硬件方面都做了相應(yīng)的準(zhǔn)備。方面都做了相應(yīng)的準(zhǔn)備。 2 2）專用變頻器）專用變頻器 高性能專用變頻器高性能專用變頻器 高頻變頻器高頻變頻器 高壓變頻器高壓變頻器 變頻器原理與應(yīng)用（第2版）19 1.3 1.3 變頻器的應(yīng)用變頻器的應(yīng)用 1.3.1 1.3.1 變頻器在變頻器在節(jié)能節(jié)能方面的應(yīng)用方面的應(yīng)用 風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載采用變頻調(diào)速后，節(jié)電率可以達(dá)到風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載采用變頻調(diào)速后，節(jié)電率可以達(dá)到2

14、0%20%60%60% 1.3.2 1.3.2 變頻器在變頻器在自動(dòng)化自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用 化纖工業(yè)中的卷繞、拉伸、計(jì)量、導(dǎo)絲；玻璃工業(yè)中的化纖工業(yè)中的卷繞、拉伸、計(jì)量、導(dǎo)絲；玻璃工業(yè)中的平板玻璃退火爐、玻璃窯攪拌、拉邊機(jī)、制瓶機(jī)；電弧爐自平板玻璃退火爐、玻璃窯攪拌、拉邊機(jī)、制瓶機(jī)；電弧爐自動(dòng)加料、配料系統(tǒng)以及電梯的智能控制等。動(dòng)加料、配料系統(tǒng)以及電梯的智能控制等。1.3.3 1.3.3 變頻器在提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量方面的應(yīng)用變頻器在提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量方面的應(yīng)用 物料傳送、起重、擠壓和機(jī)床等各種機(jī)械設(shè)備控制領(lǐng)域，物料傳送、起重、擠壓和機(jī)床等各種機(jī)械設(shè)備控制領(lǐng)域，它可以提高工藝水

15、平和產(chǎn)品質(zhì)量，減少設(shè)備的沖擊和噪聲，它可以提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量，減少設(shè)備的沖擊和噪聲，延長設(shè)備的使用壽命。延長設(shè)備的使用壽命。 變頻器原理與應(yīng)用（第2版）20 例例1 .1 . 水泵節(jié)能恒壓供水水泵節(jié)能恒壓供水圖圖10101 1 供水系統(tǒng)示意圖供水系統(tǒng)示意圖壓力變送器壓力變送器生生 活活 小小 區(qū)區(qū)變頻器原理與應(yīng)用（第2版）21 P I DP I D調(diào)調(diào) 節(jié)節(jié) 器器壓力變送器壓力變送器0 20mA儲(chǔ)儲(chǔ) 氣氣 罐罐高高 壓壓 氮氮 氣氣放放 氣氣 手手 動(dòng)動(dòng) 閥閥壓力控制器壓力控制器壓力控制器壓力控制器電控電控安全閥安全閥電控電控安全閥安全閥1# 壓壓 氮氮 機(jī)機(jī)2# 壓壓 氮氮 機(jī)機(jī)1#電機(jī)

16、電機(jī)2#電機(jī)電機(jī)F U U V WR S T接觸器接觸器接觸器接觸器常常壓氮?dú)鈮旱獨(dú)?例例2 . 冶煉廠氮?dú)庠鰤鹤冾l調(diào)速工藝圖冶煉廠氮?dú)庠鰤鹤冾l調(diào)速工藝圖GND II- +變頻器原理與應(yīng)用（第2版）22例例3 3. 中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)工藝圖中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)工藝圖盤管盤管盤管盤管風(fēng)扇風(fēng)扇溫度變送器溫度變送器TP4 20 mA冷凍機(jī)組冷凍機(jī)組水泵水泵電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)UVWIIGNDV+VI1R S TU FRP變頻器原理與應(yīng)用（第2版）23例例4. 中央空調(diào)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)工藝圖中央空調(diào)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)工藝圖水水 泵泵電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)制制 冷冷 機(jī)機(jī) 組組冷冷 卻卻 塔塔溫度變送器溫度變送器冷卻風(fēng)扇冷卻風(fēng)扇

17、U V WR S TGNDIIV+VI1RP4 20mAQQQU F變頻器原理與應(yīng)用（第2版）24S T張力控制器張力控制器直直 流流 電電 源源 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)紙紙 卷卷+-RPU V WR S TGND VI1 V+GND IIU FFV4 20mA例例5. 卷繞機(jī)械恒張力控制示意圖卷繞機(jī)械恒張力控制示意圖變頻器原理與應(yīng)用（第2版）25 本章小結(jié)本章小結(jié) 1. 1.變頻器的發(fā)展變頻器的發(fā)展 電力電子器件電力電子器件是變頻器發(fā)展的是變頻器發(fā)展的基礎(chǔ)基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制理論計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制理論是變頻器發(fā)展的是變頻器發(fā)展的支柱支柱。電力電子器件由最初的半控器件。電力電子器件由最初的半控器

18、件SCRSCR，發(fā)展為全發(fā)展為全控器件控器件GTOGTO、GTRGTR、MOSFETMOSFET、IGBTIGBT，近年來又研制出智能功率模塊近年來又研制出智能功率模塊IPMIPM，單個(gè)器件的電壓和電流的單個(gè)器件的電壓和電流的定額定額越來越越來越大大，工作，工作速度速度越來越越來越高高，驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)功率功率和和管耗管耗越來越越來越小小。變頻器內(nèi)部的核心控制由。變頻器內(nèi)部的核心控制由CPUCPU完成，最初是完成，最初是8 8位機(jī)位機(jī)，后，后來發(fā)展為來發(fā)展為1616位位機(jī)甚至機(jī)甚至3232位位機(jī)和機(jī)和DSPDSP控制，這些新技術(shù)和自動(dòng)控制新理論控制，這些新技術(shù)和自動(dòng)控制新理論使變頻器的使變頻器的容量容

19、量越來越大，越來越大，功能功能越來越強(qiáng)。越來越強(qiáng)。 市場需求也是變頻器發(fā)展的動(dòng)力，據(jù)測算我國潛在變頻調(diào)速市場在市場需求也是變頻器發(fā)展的動(dòng)力，據(jù)測算我國潛在變頻調(diào)速市場在1 1億億kW kW 以上。以上。 變頻器技術(shù)的發(fā)展趨勢為：智能化變頻器技術(shù)的發(fā)展趨勢為：智能化 、專門化、專門化 、一體化、一體化 、環(huán)保低噪、環(huán)保低噪。 變頻器原理與應(yīng)用（第2版）26 2.2.變頻器變頻器的基本類型的基本類型 1) 1) 按變頻的按變頻的原理原理分類分類 : : 交交- -交變頻器交變頻器 交交- -直直- -交變頻器。交變頻器。 2) 2) 按變頻器的按變頻器的控制方式控制方式分類分類 ： 壓頻比控制變頻

20、器壓頻比控制變頻器 （ V V/ /f f ）、）、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器 （SFSF）、）、矢量控制矢量控制 （VCVC）、）、直接轉(zhuǎn)矩控制。直接轉(zhuǎn)矩控制。 3 3）按）按用途用途分類：分類： 通用變頻器、專用變頻器。通用變頻器、專用變頻器。 3. 3. 變頻器的應(yīng)用變頻器的應(yīng)用 變頻調(diào)速已被公認(rèn)為最理想、最有發(fā)展前途的調(diào)速方變頻調(diào)速已被公認(rèn)為最理想、最有發(fā)展前途的調(diào)速方式之一，它的應(yīng)用主要在式之一，它的應(yīng)用主要在節(jié)能節(jié)能、自動(dòng)化自動(dòng)化系統(tǒng)及提高工藝水平系統(tǒng)及提高工藝水平和產(chǎn)品和產(chǎn)品質(zhì)量質(zhì)量等方面。等方面。變頻器原理與應(yīng)用（第2版）27 電力電子電力電子器件器件是電力電子技術(shù)的

21、物質(zhì)是電力電子技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)基礎(chǔ)和和技術(shù)關(guān)鍵，也是變頻技術(shù)技術(shù)發(fā)展的技術(shù)關(guān)鍵，也是變頻技術(shù)技術(shù)發(fā)展的“龍頭龍頭”。 可以說，電力電子技術(shù)可以說，電力電子技術(shù)起步起步于于晶閘管晶閘管，普及普及于于GTRGTR，提高提高于于IGBTIGBT。新型電力電子器件的涌現(xiàn)與。新型電力電子器件的涌現(xiàn)與發(fā)展，促進(jìn)了電力電子電路的結(jié)構(gòu)、控制方式、發(fā)展，促進(jìn)了電力電子電路的結(jié)構(gòu)、控制方式、裝置性能的提高。本章從應(yīng)用的角度出發(fā)，對電裝置性能的提高。本章從應(yīng)用的角度出發(fā)，對電力電子器件的種類、性能及應(yīng)用等加以力電子器件的種類、性能及應(yīng)用等加以介紹介紹。第二章第二章 變頻器常用電力電子器件變頻器常用電力電子器件變頻器原

22、理與應(yīng)用（第2版）28第二章第二章 變頻器常用電力電子器件變頻器常用電力電子器件變頻器原理與應(yīng)用（第2版）29思考題思考題按工作原理變頻器分為那些類型？按工作原理變頻器分為那些類型？按用途變頻器分為那些類型？按用途變頻器分為那些類型？按控制方式分為哪幾種類型？按控制方式分為哪幾種類型？變頻器原理與應(yīng)用（第2版）30n 功率二極管（功率二極管（D D）n 晶閘管（晶閘管（SCRSCR）n 門極可關(guān)斷晶閘管（門極可關(guān)斷晶閘管（GTOGTO）n 電力晶體管（電力晶體管（GTRGTR）n 功率場效應(yīng)晶體管（功率場效應(yīng)晶體管（P-MOSFETP-MOSFET）n 絕緣柵雙極晶體管（絕緣柵雙極晶體管（IG

23、BTIGBT） ）n 集成門極換流晶閘管（集成門極換流晶閘管（IGCTIGCT）n 智能功率模塊智能功率模塊(1(1PM)PM)第二章第二章 變頻器常用電力電子器件變頻器常用電力電子器件本章要點(diǎn)本章要點(diǎn)變頻器原理與應(yīng)用（第2版）第2章 1 1、結(jié)構(gòu)：、結(jié)構(gòu)： 功率二極管的內(nèi)部是功率二極管的內(nèi)部是P-NP-N或或P-I-NP-I-N結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) ，圖示為功，圖示為功率二極管的電路符號(hào)和外形。率二極管的電路符號(hào)和外形。 2 2、符號(hào)：、符號(hào)： a) b) c) 圖2-1 功率二極管的符號(hào)和外形 a) 功率二極管的符號(hào) b) 螺旋式二極管的外形 c) 平板式二極管的外形 2.1 2.1 功率二極管（功率

24、二極管（D D） 2.1.12.1.1率二極管功結(jié)構(gòu)與率二極管功結(jié)構(gòu)與V-AV-A特性特性變頻器原理與應(yīng)用（第2版）32 3 3、 伏安特性伏安特性 功率二極管的陽極和陰極間的電壓和流過管子的電流之間的關(guān)系稱功率二極管的陽極和陰極間的電壓和流過管子的電流之間的關(guān)系稱為伏安特性，其伏安特性曲線如圖所示。為伏安特性，其伏安特性曲線如圖所示。 正向特性：正向特性：當(dāng)從零逐漸增大正向電壓時(shí)，開始陽極電流很小，當(dāng)正當(dāng)從零逐漸增大正向電壓時(shí)，開始陽極電流很小，當(dāng)正向電壓大于向電壓大于0.50.5V V時(shí)，正向陽極電流急劇上升，管子正向?qū)ār(shí)，正向陽極電流急劇上升，管子正向?qū)ā?反向特性反向特性：當(dāng)二極

25、管加上反向電壓：當(dāng)二極管加上反向電壓 時(shí)，起始段的反向漏電流也很小，而且時(shí)，起始段的反向漏電流也很小，而且 隨著反向電壓增加，反向漏電流只略有隨著反向電壓增加，反向漏電流只略有 增大，但當(dāng)反向電壓增加到反向不重復(fù)增大，但當(dāng)反向電壓增加到反向不重復(fù) 峰值電壓值時(shí)，反向漏電流開始急劇增峰值電壓值時(shí)，反向漏電流開始急劇增 加。加。 變頻器原理與應(yīng)用（第2版）33 2.1.2 2.1.2 功率二極管的主要參數(shù)功率二極管的主要參數(shù)1. 1. 額定正向平均電流額定正向平均電流I IF F 在規(guī)定的環(huán)境溫度和標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，元件所允許長時(shí)間連續(xù)流過在規(guī)定的環(huán)境溫度和標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，元件所允許長時(shí)間連續(xù)流過5

26、050HzHz正弦半波的電流平均值。正弦半波的電流平均值。 2. 2. 反向重復(fù)峰值電壓反向重復(fù)峰值電壓U URRMRRM 在額定結(jié)溫條件下，取元件反向伏安特性在額定結(jié)溫條件下，取元件反向伏安特性不重復(fù)峰值電壓值不重復(fù)峰值電壓值U URSMRSM的的80%80%稱為反向重復(fù)峰值電壓稱為反向重復(fù)峰值電壓U URRMRRM。 3. 3. 正向平均電壓正向平均電壓U UF F （管壓降）（管壓降） 在規(guī)定環(huán)境溫度和標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，元件通過在規(guī)定環(huán)境溫度和標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，元件通過5050HzHz正弦半波額定正正弦半波額定正向平均電流時(shí)，元件陽極和陰極之間的電壓的平均值向平均電流時(shí)，元件陽極和陰極之間的

27、電壓的平均值, ,通常為通常為0.45-1V0.45-1V。 變頻器原理與應(yīng)用（第2版）34 2.1.3 2.1.3 功率二極管的選用功率二極管的選用 1. 1. 選擇額定選擇額定正向平均電流正向平均電流I IF F 的原則的原則 I IDnDn = 1.57 = 1.57 I IF F =(1.5 =(1.52)2) I IDM DM 2. 2. 選擇選擇額定電壓額定電壓U URRMRRM 的原則的原則 U URRMRRM = =（2 23 3）U UDMDM 57. 1)25 . 1 (DMFII變頻器原理與應(yīng)用（第2版）35 2.1.2.1.4 4 功率二極管的分類功率二極管的分類 功率

28、二極管一般分為功率二極管一般分為三類三類： (1)(1)標(biāo)準(zhǔn)或慢速恢復(fù)二極管；（工頻整流）標(biāo)準(zhǔn)或慢速恢復(fù)二極管；（工頻整流） (2)(2)快速恢復(fù)二極管；（中、高頻電路）快速恢復(fù)二極管；（中、高頻電路） (3)(3)肖特基二極管。（高頻電路）肖特基二極管。（高頻電路）變頻器原理與應(yīng)用（第2版）36 2.2 2.2 晶閘管（晶閘管（SCRSCR） 2.2.1 2.2.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管的結(jié)構(gòu) 1 1、結(jié)構(gòu)：、結(jié)構(gòu)：晶閘管是四層（晶閘管是四層（P P1 1N N1 1P P2 2N N2 2）三端（三端（A A、K K、G G）器件，器件，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和等效電路如圖所示。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和等效電路如圖

29、所示。 a) b) c)a) b) c) 圖圖2-3 2-3 晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及等效電路晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及等效電路 a) a) 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu) b) b) 以三個(gè)以三個(gè)PNPN結(jié)等效結(jié)等效 c) c) 以互補(bǔ)三極管等效以互補(bǔ)三極管等效變頻器原理與應(yīng)用（第2版）372 2、晶閘管的外形及符號(hào)、晶閘管的外形及符號(hào) a) b) c)a) b) c) 圖圖2-4 2-4 晶閘管的外形及符號(hào)晶閘管的外形及符號(hào) a) a) 晶閘管的符號(hào)晶閘管的符號(hào) b b）螺栓式外形螺栓式外形 b b）帶有散熱器平板式外形帶有散熱器平板式外形A A 陽極陽極 KK陰極陰極 GG門極門極 變頻器原理與應(yīng)用（第2版

30、）38 2.2.2 2.2.2 晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷控制晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷控制 晶閘管的晶閘管的導(dǎo)通控制導(dǎo)通控制： 在晶閘管的陽極和陰極間加正向電壓，同時(shí)在它的門極在晶閘管的陽極和陰極間加正向電壓，同時(shí)在它的門極和陰極間也加正向電壓形成觸發(fā)電流，即可使晶閘管導(dǎo)通。和陰極間也加正向電壓形成觸發(fā)電流，即可使晶閘管導(dǎo)通。導(dǎo)通的晶閘管的導(dǎo)通的晶閘管的關(guān)斷控制關(guān)斷控制： 令門極電流為零，且將陽極電流降低到一個(gè)稱為維持電令門極電流為零，且將陽極電流降低到一個(gè)稱為維持電流的流的臨界極限值以下臨界極限值以下。 變頻器原理與應(yīng)用（第2版）39 2.2.3 2.2.3 晶閘管的陽極伏安特性晶閘管的陽極伏安特性 晶閘

31、管的陽極與陰極間的電壓和陽極電流之間的關(guān)系，晶閘管的陽極與陰極間的電壓和陽極電流之間的關(guān)系，稱為稱為陽極伏安特性。陽極伏安特性。 圖圖2-5 2-5 晶閘管的陽極伏安特性晶閘管的陽極伏安特性 變頻器原理與應(yīng)用（第2版）40 2.2.4 2.2.4 晶閘管的參數(shù)晶閘管的參數(shù) 1. 1. 正向斷態(tài)重復(fù)峰值電壓正向斷態(tài)重復(fù)峰值電壓DRMDRM 2. 2. 反向重復(fù)峰值電壓反向重復(fù)峰值電壓RRMRRM 3. 3. 通態(tài)平均電壓通態(tài)平均電壓T(AV)T(AV) 4. 4. 晶閘管的額定電流晶閘管的額定電流T(T(v)v) 變頻器原理與應(yīng)用（第2版）412.2.5 2.2.5 晶閘管的門極伏安特性及主要參

32、數(shù)晶閘管的門極伏安特性及主要參數(shù) 1. 1. 門極伏安特性門極伏安特性 門極門極伏安特性是指伏安特性是指門極門極電壓與電流的關(guān)系，晶閘管的電壓與電流的關(guān)系，晶閘管的門極和陰極之間只有一個(gè)門極和陰極之間只有一個(gè)PNPN結(jié)，所以電壓與電流的關(guān)系和結(jié)，所以電壓與電流的關(guān)系和普通二極管的伏安特性相似。門極伏安特性曲線如圖普通二極管的伏安特性相似。門極伏安特性曲線如圖2-62-6所示。所示。 圖2-6變頻器原理與應(yīng)用（第2版）42 2. 2. 門極主要參數(shù)門極主要參數(shù) （1 1）門極不觸發(fā)電壓）門極不觸發(fā)電壓GDGD和門極不觸發(fā)電流和門極不觸發(fā)電流GDGD （2 2）門極觸發(fā)電壓）門極觸發(fā)電壓GTGT和

33、門極觸發(fā)電流和門極觸發(fā)電流GTGT （3 3）門極正向峰值電壓）門極正向峰值電壓GMGM、門極正向峰值電流、門極正向峰值電流 GMGM和門極峰值功率和門極峰值功率GMGM變頻器原理與應(yīng)用（第2版）43 2.2.6 2.2.6 晶閘管觸發(fā)電路晶閘管觸發(fā)電路1.1.晶閘管對觸發(fā)電路的要求晶閘管對觸發(fā)電路的要求 觸發(fā)脈沖應(yīng)具有足夠的功率和一定的寬度；觸發(fā)脈沖應(yīng)具有足夠的功率和一定的寬度； 觸發(fā)脈沖與主電路電源電壓必須同步；觸發(fā)脈沖與主電路電源電壓必須同步； 觸發(fā)脈沖的移相范圍應(yīng)滿足變流裝置提出的要求。觸發(fā)脈沖的移相范圍應(yīng)滿足變流裝置提出的要求。2. 2. 觸發(fā)電路的分類觸發(fā)電路的分類 依控制方式可分

34、為相控式、斬控式觸發(fā)電路；依控制方式可分為相控式、斬控式觸發(fā)電路； 依控制信號(hào)性質(zhì)可分為模擬式、數(shù)字式觸發(fā)電路；依控制信號(hào)性質(zhì)可分為模擬式、數(shù)字式觸發(fā)電路； 依同步電壓形成可分為正弦波同步、鋸齒波同步觸發(fā)電路依同步電壓形成可分為正弦波同步、鋸齒波同步觸發(fā)電路等。等。 變頻器原理與應(yīng)用（第2版）44 2.2.7 2.2.7 晶閘管的保護(hù)晶閘管的保護(hù) 1. 1.晶閘管的過晶閘管的過電流電流保護(hù)保護(hù) 1) 1) 快速熔斷器保護(hù)快速熔斷器保護(hù) ( (見下圖）見下圖） 2 2）過電流繼電器保護(hù)。過電流繼電器可安裝在交流側(cè)或）過電流繼電器保護(hù)。過電流繼電器可安裝在交流側(cè)或直流側(cè)。直流側(cè)。 3 3）限流與脈

35、沖移相保護(hù)。）限流與脈沖移相保護(hù)。變頻器原理與應(yīng)用（第2版）45 工作原理：當(dāng)主電路過電工作原理：當(dāng)主電路過電流時(shí)，電流反饋信號(hào)電壓流時(shí)，電流反饋信號(hào)電壓U Ufifi增增大，穩(wěn)壓管大，穩(wěn)壓管VSVS被擊穿，晶體管被擊穿，晶體管V V導(dǎo)通，直流快速靈敏繼電器導(dǎo)通，直流快速靈敏繼電器KAKA得電并自鎖，并斷開了電源接得電并自鎖，并斷開了電源接觸器觸器KM KM 吸引線圈電壓，使吸引線圈電壓，使KMKM失失電切斷主電路交流電源，以達(dá)電切斷主電路交流電源，以達(dá)到過電流保護(hù)的目的。過電流到過電流保護(hù)的目的。過電流故障排除后，想要恢復(fù)供電，故障排除后，想要恢復(fù)供電，先按下復(fù)位按鈕先按下復(fù)位按鈕SBSB，

36、KAKA失電，失電，其其KAKA常閉觸點(diǎn)閉合，按下主電常閉觸點(diǎn)閉合，按下主電路起動(dòng)按鈕路起動(dòng)按鈕SBSB2 2，KM KM 得電接通得電接通主電路交流電源，恢復(fù)正常供主電路交流電源，恢復(fù)正常供電。調(diào)節(jié)電位器電。調(diào)節(jié)電位器RPRP，可以很方，可以很方便地調(diào)節(jié)過電流跳閘動(dòng)作電流便地調(diào)節(jié)過電流跳閘動(dòng)作電流的大小。的大小。 2 2）過電流繼電器保護(hù)）過電流繼電器保護(hù)變頻器原理與應(yīng)用（第2版）463 3）限流與脈沖移相保護(hù)）限流與脈沖移相保護(hù) 工作原理：與電子工作原理：與電子過電流跳閘電路相似，過電流跳閘電路相似，當(dāng)主電路出現(xiàn)過電流時(shí)，當(dāng)主電路出現(xiàn)過電流時(shí)，電流反饋信號(hào)電壓電流反饋信號(hào)電壓U Ufifi

37、增增大，穩(wěn)壓管大，穩(wěn)壓管V V1 1被擊穿，被擊穿，V V2 2晶體管注入基極電流，晶體管注入基極電流，使晶體管使晶體管V V2 2輸出電壓輸出電壓U U0 0降降低，于是觸發(fā)電路的觸低，于是觸發(fā)電路的觸發(fā)脈沖迅速右移發(fā)脈沖迅速右移( (即移相即移相角角增大增大) )，使主電路輸，使主電路輸出整流電壓迅速減小，出整流電壓迅速減小，負(fù)載電流也迅速減小，負(fù)載電流也迅速減小，達(dá)到限流目的。達(dá)到限流目的。 變頻器原理與應(yīng)用（第2版）472. 2. 晶閘管過電壓保護(hù)晶閘管過電壓保護(hù) 晶閘管過電晶閘管過電壓產(chǎn)生的原因主要壓產(chǎn)生的原因主要有：關(guān)斷過電壓、有：關(guān)斷過電壓、操作過電壓和浪涌操作過電壓和浪涌過電壓

38、等。過電壓等。對過電對過電壓的保護(hù)方式主要壓的保護(hù)方式主要是接入阻容吸收電是接入阻容吸收電路、硒堆或壓敏電路、硒堆或壓敏電阻等。阻等。圖圖2-82-8為交為交流側(cè)接入阻容吸收流側(cè)接入阻容吸收電路的幾種方法。電路的幾種方法。硒堆或壓敏電阻的硒堆或壓敏電阻的聯(lián)結(jié)方法與此相聯(lián)結(jié)方法與此相同。同。變頻器原理與應(yīng)用（第2版）48交流側(cè)接入阻容吸收電路的幾種方法交流側(cè)接入阻容吸收電路的幾種方法 圖圖2-82-8 變頻器原理與應(yīng)用（第2版）49 2.3 2.3 門極可關(guān)斷晶閘管（門極可關(guān)斷晶閘管（GTOGTO） 2.3.1 GTO的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) GTOGTO的結(jié)構(gòu)也是四層三端器件的結(jié)構(gòu)也是四層三端器件 a)

39、a) b) b) 圖圖2-9 2-9 GTOGTO的結(jié)構(gòu)與符號(hào)的結(jié)構(gòu)與符號(hào) a) GTOa) GTO的結(jié)構(gòu)剖面的結(jié)構(gòu)剖面 b) b) 圖形符號(hào)圖形符號(hào)變頻器原理與應(yīng)用（第2版）502.3.2 2.3.2 GTOGTO的主要參數(shù)的主要參數(shù) 1. 1. 最大可最大可關(guān)斷關(guān)斷陽極電流陽極電流TOTO 通常將最大可關(guān)斷陽極電流通常將最大可關(guān)斷陽極電流TOTO作為作為GTOGTO的額定電流。的額定電流。2. 2. 關(guān)斷增益關(guān)斷增益offoff 關(guān)斷增益關(guān)斷增益offoff為最大可關(guān)斷陽極電流為最大可關(guān)斷陽極電流ATOATO與門極負(fù)電流與門極負(fù)電流最大值最大值GMGM之比，其表達(dá)式為之比，其表達(dá)式為 of

40、f off ATOATO/GMGM offoff比晶體管的電流放大系數(shù)比晶體管的電流放大系數(shù)小得多，一般只有左小得多，一般只有左右。右。 變頻器原理與應(yīng)用（第2版）51 2.3.3 2.3.3 GTOGTO的門極控制的門極控制開通控制：開通控制：當(dāng)當(dāng)V1V1與與V2V2飽和導(dǎo)通時(shí)，形成門極正向觸發(fā)電流，使飽和導(dǎo)通時(shí)，形成門極正向觸發(fā)電流，使 GTO GTO導(dǎo)通；導(dǎo)通；斷開控制：斷開控制：當(dāng)觸發(fā)當(dāng)觸發(fā)VT1VT1、VT2VT2這兩只普通晶閘管導(dǎo)通時(shí)，形成較這兩只普通晶閘管導(dǎo)通時(shí)，形成較 大的門大的門極反向電流極反向電流，使，使GTOGTO關(guān)斷。關(guān)斷。 GTO橋式門極驅(qū)動(dòng)電路橋式門極驅(qū)動(dòng)電路 變頻

41、器原理與應(yīng)用（第2版）52 2.4 2.4 電力晶體管（電力晶體管（GTRGTR） 2.4.1 2.4.1 GTRGTR的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) a) b) c) a) b) c)圖圖2-14 2-14 GTR GTR 摸塊摸塊a) GTRa) GTR的結(jié)構(gòu)示意圖的結(jié)構(gòu)示意圖 b)GTRb)GTR摸塊的外形摸塊的外形c) GTRc) GTR摸塊的等效電路摸塊的等效電路變頻器原理與應(yīng)用（第2版）53 2.4 2.4 電力晶體管（電力晶體管（GTRGTR） 變頻器原理與應(yīng)用（第2版）54 2.4.2 2.4.2 GTRGTR的參數(shù)的參數(shù) (1) (1) U UCEOCEO：既基極開路既基極開路CECE間能承受的電壓。間能承受的電壓。 (2) (2) 最大電流額定值最大電流額