變頻器
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變頻器主回路結(jié)構(gòu)
變頻器是一種將固定頻率的交流電轉(zhuǎn)換為頻率連續(xù)可調(diào)的交流電的一種電力電子設(shè)備。說說變頻器是怎樣變頻的?其內(nèi)部結(jié)構(gòu)按照功能可劃分為整流部分，濾波部分和逆變部分。 如下圖：
變頻器主器件部分
一、整流部分
1）概述
我們通常把將交流變換為直流的過程稱之為整流。變頻器所采用的整流方式通常是三相全橋不可控整流，整流器件為將6顆整流二極管模塊化封裝的整流橋堆，俗稱整流橋。整流橋的參數(shù)主要就是額定電流值和耐壓值。以TVFG/P9 4KW以下的機(jī)器所用的整流橋 MDS25E-16為例：25是指其額定電流值25A，16指的是其耐壓為1600V。MDS是四菱公司的產(chǎn)品型號，MDS指的是該整流橋是三相全橋整流（六顆二極管），MDC指的是單相整流（2顆二極管封裝）。
三相整流橋
2）整流橋的使用情況
1、QL12B-10 四引腳，正方型封裝，主要用在220V/2.2KW及其以下功率段機(jī)器上。2、MDS25E/16 五引腳，三相全橋整流器，25A，1600V，380V 4KW以下機(jī)器使用。
3、MDS35E/16 五引腳，三相全橋整流器，35A，1600V，380V 5.5KW-7.5KW機(jī)器使用。
4、MDS90/16 三相全橋整流器，90A，1600V，380V 11KW-22KW機(jī)器使用 。
5、MDS160/16 三相全橋整流器，160A，1600V,80V,30KW機(jī)器使用。
6、MDS200/16 三相全橋整流器，200A，1600V，380V 37-45KW機(jī)器使用。 7、MDC160/16 單相整流橋，160A，1600V，多個并聯(lián)使用于55KW以上機(jī)器。
二、逆變部分
1）概述
將直流轉(zhuǎn)換為交流的過程稱之為逆變。當(dāng)前低壓變頻器所采用的逆變器件大部分為IGBT。在通用變頻器中使用的IGBT一般都是模塊型結(jié)構(gòu)，根據(jù)變頻器的使用特點(diǎn)，在IGBT單管旁反并了一個續(xù)流二極管。通常IGBT模塊有一單元，二單元，和六單元三種封裝方式。根據(jù)變頻器的電壓等級的不同，又分 為1200V（用于380V電壓等級）和600V（用于220V電壓等級）兩種不同的規(guī)格。其實(shí)物的示意圖如下：
單管IGBT
簡圖
實(shí)物圖
２單元封裝的ＩＧＢＴ模塊
原理圖
22KW以上的機(jī)器全部采用的是二單元封裝IGBT模塊。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示意圖中可以看出，3應(yīng)該接直流母線的正極，2接直流母線的負(fù)極，1為逆變模塊的輸出，連接變頻器的輸出端子U、V或者W。3、4、5構(gòu)成了逆變的上橋橋臂，1、6、7構(gòu)成了逆變的下橋橋臂。其中4和6是所對應(yīng)的IGBT的G極，7和5是所對應(yīng)的IGBT的E極。由于IGBT是在電力MOSFET工藝基礎(chǔ)上所衍生的復(fù)合管，屬于電壓驅(qū)動的器件，所以接觸IGBT器件時要注意防靜電措施，并且要盡量避免手觸及IGBT模塊的控制極。
2）安裝方法
在模塊底部散熱器的表面均勻地抹上一層導(dǎo)熱膏，以鎖緊模塊的散熱器固定螺絲而導(dǎo)熱膏不溢出為佳。按照上圖的數(shù)字標(biāo)示的順序?qū)⒛K散熱器對角螺孔的螺絲帶上，等所需安裝的螺絲全部帶上之后再一一鎖緊，否則會造成模塊的機(jī)械損壞。
安裝方法 安裝圖
3）ＩＧＢＴ模塊的命名規(guī)則
1.單管 單顆的IGBT是德國西門子旗下的INFINEON品牌：
２.EUPEC模塊
規(guī)格型號
說明：１. GB為２單元封裝 GD為６單元封裝
２.DN2用于區(qū)別IGBT芯片的類型．類似的尾綴還有DLC,DLCK,DN2B
三、濾波部分
1）主電容
這里所說的主電容指的是并聯(lián)在直流母線兩端的電解電容，其在變頻器內(nèi)所起的作用就是儲能和濾波，可以緩沖由泵升電壓帶給整流器件和逆變器件的沖擊。與其相關(guān)的主要參數(shù)就是容值和耐壓值。我們所采用的主電容的耐壓值為400VDC。對于220V電壓等級的變頻器而言，我們將高于電網(wǎng)電壓20%視為過電壓，而此時折算到直流母線上的直流電壓為：V=220V*1.2*1.414=373.3V〈400V所以對于該電壓等級的變頻器耐壓400V的電容已足以滿足耐壓標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)容值不夠可以采取并聯(lián)電容的方法以增大容值。同理，對于380V電壓等級的變頻器電容所要承受的電壓為：V=380*1.2*1.414=644.8V〉400V，所以為了滿足耐壓要求就得采取串接的方式；但是由于每個電容都有等效的內(nèi)阻，而且該等效內(nèi)阻的阻值差異較大，若電容直接串聯(lián)則必然會帶來電容兩端的分壓不平均導(dǎo)致內(nèi)阻較大的電容兩端所分擔(dān)的電壓過高，甚至高于其耐壓值而損壞。為了避免該現(xiàn)象，每個串聯(lián)的電容兩端并接一個較大阻值的電阻以減小內(nèi)阻差異帶來的分壓不均。該電阻稱為均壓電阻。這里要提一下的是同型號電容并聯(lián)耐壓值保持不便，但其容值隨并聯(lián)的電容的個數(shù)倍增；同型號電容串聯(lián)，耐壓值隨所串接的電容的個數(shù)倍增，但其容值隨之成倍遞減。主電容是采用電解電容，通常電解電容是有極性的，電容并聯(lián)時要注意保持極性一致，串聯(lián)時要注意串接電容的極性正負(fù)相連。
電容標(biāo)識圖示 主電容
2）吸收電容
這里所說的吸收電容就是夾在模塊P、N之間的無極性無感電容。其實(shí)質(zhì)就是緩沖電路，主要是根據(jù)電容兩端的電壓不能突變的原理用來控制IGBT的關(guān)斷浪涌電壓和續(xù)流二極管恢復(fù)浪涌電壓，減少開關(guān)損耗。
根據(jù)變頻器的電壓等級的不同其選用的吸收電容的耐壓值也不同。一般380V變頻器選用的吸收電容的耐壓為1200V，220V所選用的耐壓值為600V，這與他們所對應(yīng)的逆變模塊的耐壓值一致。吸收電容的容值根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般是每100A對應(yīng)1UF。
吸收電容的安裝值得注意一下，應(yīng)該盡可能的使吸收電容靠近模塊，并且采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧?，避免由于震動造成吸收電容斷腳，從而引發(fā)模塊損壞。
吸收電容
四、其他部件
1）霍爾傳感器
霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)工作的一種電流檢測裝置。當(dāng)電流垂直于外磁場方向通過導(dǎo)體時，在垂直于電流和磁場的方向的導(dǎo)體兩側(cè)產(chǎn)生電勢差的現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。我們可以簡單的理解為當(dāng)有電流流經(jīng)霍爾傳感器時，霍爾傳感器輸出一個正比于電流大小的模擬量（電壓或者電流）。安裝霍爾傳感器時要保持霍爾的安裝方向一致，否則會導(dǎo)致信號檢測異常；還要注意電源的極性，否則會導(dǎo)致霍爾器件的損壞?；魻杺鞲衅鞯倪x用僅與被檢測的電流大小有關(guān)系。
霍爾傳感器
2）風(fēng)機(jī)
由于模塊的開關(guān)損耗會導(dǎo)致發(fā)熱，而過高的環(huán)境溫度會加速器件的老化，甚至?xí)?dǎo)致模塊的損壞，所以變頻器要采取散熱措施，而變頻器最常采用的散熱方式就是強(qiáng)迫風(fēng)冷即在散熱器上加裝風(fēng)機(jī)加速熱空氣流通而到達(dá)加強(qiáng)散熱作用。我們的小功率的機(jī)器所采用直流風(fēng)機(jī)散熱，分別是6025/24V和8025/24V兩種風(fēng)機(jī)。6025指的是風(fēng)機(jī)的長和寬是60㎜，厚度為25㎜，同樣8025指的是風(fēng)機(jī)的長和寬是80㎜，厚度為25㎜。中大功率的散熱風(fēng)機(jī)是單相220V交流風(fēng)機(jī).由于熱空氣是向上流通的所以風(fēng)機(jī)的安裝方向要保證空氣是向上流通的，這一點(diǎn)在裝配的過程中值得注意一下。
3）壓敏電阻
壓敏電阻是一種對電壓敏感的非線性過電壓保護(hù)元器件，在一定電壓電流范圍內(nèi)電阻阻值隨電壓而改變：當(dāng)壓敏電阻兩端所加電壓低于標(biāo)稱的額定電壓時，電阻阻值接近無窮大，內(nèi)部幾乎無電流流過；當(dāng)壓敏電阻兩端的電壓略高于額定電壓時 ，壓敏電阻將被迅速擊穿導(dǎo)通呈低阻狀態(tài)，工作電流也急劇增大，當(dāng)電流低于標(biāo)稱的額定電壓時，壓敏電阻又恢復(fù)為高阻狀態(tài)。當(dāng)壓敏電阻兩端電壓超過其限制電壓時，壓敏電阻將被完全擊穿損壞，無法自行恢復(fù)。
壓敏電阻
4）溫度開關(guān)和溫度電阻
為了防止過高的溫度導(dǎo)致變頻器的主器件的損壞，通常要采用一些檢測溫度的器件來檢測散熱器表面的溫度，當(dāng)其溫度超過所允許的范圍則報“過熱”故障停機(jī)。我們所采用檢測溫度的器件是NTC溫度電阻，常溫下阻值為5K左右，其阻值會隨模塊散熱器的溫度而做線性改變。根據(jù)當(dāng)前的阻值可換算出當(dāng)前的溫度值。而溫度開關(guān)的工作原理是利用其內(nèi)部的雙金屬片的材質(zhì)的比熱特性，即在相同的溫度環(huán)境下，兩種不同的金屬的所產(chǎn)生的形變不一樣導(dǎo)致雙金屬片彎曲，使接點(diǎn)的邏輯狀態(tài)發(fā)生改變，常開的觸點(diǎn)閉合，常閉的觸頭斷開。變頻器根據(jù)其動作導(dǎo)致觸點(diǎn)的通斷狀態(tài)的改變而報出相對應(yīng)的故障。變頻器所采用的溫度開關(guān)的動作溫度一般是在85℃左右。
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