西門子變頻器原理

交流驅(qū)動(dòng)器主要組成部分

功率元件的種類二極管Diode晶閘管Thyristor絕緣柵極雙極晶體管IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)可關(guān)斷晶閘管GTO(GateTurn-OFF

Thyristor)符號(hào)特性應(yīng)用非控可開通可開通,可關(guān)斷電流控制電壓控制作為電壓源型變頻器的整流單元電壓源型變頻器的整流電流源型變頻器的整流

直流驅(qū)動(dòng)器電壓源型變頻器一個(gè)導(dǎo)電方向

半導(dǎo)體器件可控電壓源型變頻器電流源型變頻器IGBTs簡單的門極控制(可控觸發(fā))

不需要緩沖電路所需的門極控制功率低低損耗開關(guān)頻率高電流限制所需的功率控制元件少短路保護(hù)不需要其它的輔助元件InsulatedGateBipolarTransistors電壓電流1微秒開關(guān)損耗開通 關(guān)斷IGBTs是可靠的，高效率的，快速（不是最快）的電子開關(guān)。

功率元件的發(fā)展對(duì)稱

GTOIGCT絕緣門極整流晶閘管二極管低壓IGBT未來的發(fā)展方向:IGBT!(中,高壓)汞弧整流不對(duì)稱GTO高壓-IGBTMOS-FET金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管晶體管雙極晶體管半導(dǎo)體閘流管快速開關(guān)二極管IGBT: InsulatedGateBipolarTransistor

AsymmetricalGTO:Forward-conductinggateturn-offthyristor,blocksinthereversedirectionSymmetricalGTO:Forward-andreverseconductingGTO(adiodeis integratedinthereversedirection)IGCT:InsulatedGateCommutatedThyristor

=hard-driveGTO(turns-offin1s,GTO40-60s)MOS-FET: MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor

功率元件的發(fā)展變頻器的種類

(根據(jù)功率元件的構(gòu)成方式)

電壓源型直流母線變頻器電流源型直流母線變頻器三相變頻器示例特點(diǎn)西門子產(chǎn)品中間直流電壓恒定SIMOVERTMASTERDRIVESSIMOVERTMVSIMOVERTML中間直流電流恒定SIMOVERTASIMOVERTISIMOVERTS三相整流,無中間回路SIMOVERTD~==~M

3~~=M

3~~=~=~==~M

3~變頻器的種類

電壓源型變頻器M

3~變頻器整流單元Motor直流環(huán)節(jié)(DC母排):

電容器及恒定的直流母線電壓1.35·400V=540V進(jìn)線電源:e.g.3-ph.400VAC可變電壓及頻率

0￡

V2

￡

V1,0

￡f2

￡

fmax?2?1逆變器?2

變頻器的幾種整流方式整流單元EE整流回饋單元ERE主動(dòng)前端AFE(ActiveFrontEnd)能量-電動(dòng)能量-發(fā)電特點(diǎn):元件:應(yīng)用簡單設(shè)計(jì)無能量反饋需制動(dòng)單元及制動(dòng)電阻以消耗反饋能量能量可反饋回電網(wǎng)當(dāng)電網(wǎng)故障時(shí)不會(huì)產(chǎn)生換向故障正弦波整流及反饋可調(diào)的功率因素能量可反饋回電網(wǎng)2個(gè)可控的整流橋自整流-IGBT元件不可控二極管或可控晶閘管單象限驅(qū)動(dòng)非頻繁制動(dòng)VDClinkVDClinkVsupply

1.2·Vsupply

VDClink4-象限運(yùn)行頻繁制動(dòng)

(e.g.反向運(yùn)行)脈沖寬度調(diào)制.0VTime逆變器輸出電流逆變器輸出電壓空間矢量調(diào)制.0VTime逆變器輸出電壓VRZMMax=0.95VLine邊緣調(diào)制.逆變器輸出電壓0VTimeVFLMMax=1.05VLine調(diào)制深度%f(Hz)6070808894100965010015020050HzcharacteristicRZM1KHzFLM23FLM19RZM2KHzRZM2.5KHzFLM17FLM9RZM4KHzRZMwithselectedpulsefrequency2.5KHzUdrivemax=UlineforVC(96%modulationlevel

100%linevoltage)(P342).

逆變器的工作模式

矢量表示法

控制原理變頻器的種類

(根據(jù)運(yùn)算控制方式)

V/f控制轉(zhuǎn)差頻率控制矢量控制調(diào)速范圍急加減速控制有限制,4象限運(yùn)行時(shí)在零速附近有空載時(shí)間,過電流限制能力小.急加減速控制有限制(比V/f有提高),4象限運(yùn)行時(shí)在零速附近有空載時(shí)間,過電流限制能力中.急加減速控制無限制;可進(jìn)行連續(xù)4象限運(yùn)行;過電流抑制能力強(qiáng).特性1:10調(diào)速精度根據(jù)負(fù)載條件及轉(zhuǎn)差頻率發(fā)生變動(dòng)應(yīng)用場合1:201:100以上與速度檢出精度,控制運(yùn)算精度有關(guān)運(yùn)算

SIMOVERT<3%<0.05%

SIMOVERTVC,<0.001%

可控制靜止轉(zhuǎn)矩泵,風(fēng)扇,簡單的驅(qū)動(dòng)泵,風(fēng)扇,紡織機(jī)械等簡單的驅(qū)動(dòng)起重機(jī),冶金,造紙等復(fù)雜驅(qū)動(dòng)西門子SIMOVERTMASTER-DRIVE可提供:V/f,轉(zhuǎn)差頻率,閉環(huán)頻率,閉環(huán)速度,閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制 (可參數(shù)選擇)

帶滑差補(bǔ)償?shù)腣/f控制Uf+–++電流限制調(diào)節(jié)器I*max+–在f>

fs時(shí)有效Iact在f<

fs時(shí)有效V/f特性+–UmU*UStVd

校正Vd

IM滑差補(bǔ)償I*R

補(bǔ)償電流實(shí)際值檢測(cè)

n*from:SiemensDA65.10?1998/99RFGfSt

磁場定向矢量控制-(帶)測(cè)速反饋速度調(diào)節(jié)器f<fs具有矢量變換的電機(jī)模型負(fù)載調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置變頻器Vd-校正坐標(biāo)變換器用于預(yù)控的EMF計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)器f>fs在f>f時(shí)起作用sfrom:SiemensDA65.10?1998/99M加速.TMeasuredRFGnactfSlip調(diào)節(jié)器變頻器整流器直流回路晶體管逆變器3Fsupply

C+-PWM控制器用戶界面CRectificationInputVoltageSinglePhaseThreePhaseDClinkVoltageSinglePhaseThreePhaseTheRectifierDiodeDiodeCurrents功角關(guān)系諧波分析非正弦波基波3次諧波5次諧波7，9，11….次諧波諧波比較諧波比較感應(yīng)式電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-速度圖1.02.02.500.20.40.60.8恒磁區(qū)1.21.41.61.82.0弱磁區(qū)最大轉(zhuǎn)距額定轉(zhuǎn)矩充電控制+-Thecapacitorschargeviatheresistor;therelaycontactclosesafterafewsecondsfornormaloperationControllingIBGTsLowerIGBT-directDriveisreferencedtoDCNegativeandcommonPowerSupplyUpperIGBT-requiresisolationand‘ChargePump’(orseparate)PowerSupply.DriverDriverASICControllerDCPositiveDCNegativeVectorUnitshavefullyisolatedASICcontrollerandthereforeatleastsixopto-isolatorsCommutationDiodesCommutation(Flywheel)DiodesarerequiredtodiverttheinductivecurrentwhentheIGBTsarenotconducting.Ifthediodeshaveaslowrecovery,ashortcircuitcurrentwillflow.Fastdiodeswithalowrecoveredchargeareused.UsingKTY84andPTCSensorsAKTY84isasemiconductorsensorthatgivesalineartemperaturesignalAPositiveTemperatureCo-effi