变频器原理与应用04

变频器原理与应用第4讲哈尔滨工业大学远程教育文件:变频器原理与应用04.2变频器原理与应用基础知识哈尔滨工业大学远程教育前面学习了1.1三相异步电动机本讲将学习1.2三相异步电动机的起动和制动1.3电力电子器件简介哈尔滨工业大学远程教育文件:变频器原理与应用04.3变频器原理与应用基础知识哈尔滨工业大学远程教育§1.2三相异步电动机的起动和制动本节主要内容：‰三相异步电动机的起动方法‰三相异步电动机的制动方法哈尔滨工业大学远程教育文件:变频器原理与应用04.4变频器原理与应用基础知识哈尔滨工业大学远程教育1.三相异步电动机的起动方法„要求:•有不太大的起动电流•足够大的起动转矩•动态转矩△T很小„起动方法:•直接起动：起动电流大，约为IN的4～7倍适用于小容量的电动机；•降压起动：自耦变压器降压起动；串电阻或电抗器降压起动；Y-△降压起动；•低频起动：降低电动机的起动频率。(利用变频器实现）哈尔滨工业大学远程教育文件:变频器原理与应用04.5变频器原理与应用基础知识哈尔滨工业大学远程教育„低频起动的优点•转速差△n被限制在一定的范围•起动电流也被限制在一定范围内•动态转矩△T很小，起动过程平稳。图图1.81.8低频启动时的机械特性低频启动时的机械特性哈尔滨工业大学远程教育文件:变频器原理与应用04.6变频器原理与应用基础知识哈尔滨工业大学远程教育2.异步电动机的制动方法„电动机的制动状态：指电磁转矩T与转子转速n方向相反的状态。„制动方式:•直流制动：又称能耗制动，制动目的是使电动机快速停车,可用于变频调速系统。•回馈制动:又称再生制动，可调节电动机的制动转矩，可用于变频调速系统。•反接制动:可使电动机快速停车，通常不用于变频调速系统；哈尔滨工业大学远程教育文件:变频器原理与应用04.7变频器原理与应用基础知识哈尔滨工业大学远程教育„直流制动•制动原理：切断电动机的三相电源，在定子绕组中通入直流电，产生恒定磁场，以产生制动转矩。•制动过程：由电动运行状态的A点平跳至曲线②的B点，在制动转矩和负载转矩共同作用下沿着曲线②减速，直到n=0，直流制动结束。图图1.81.8直流制动原理直流制动原理图图1.91.9直流制动机械特性直流制动机械特性实质：将转子中储存的机械能转换成电能，并消耗在转子电阻上哈尔滨工业大学远程教育文件:变频器原理与应用04.8变频器原理与应用基础知识哈尔滨工业大学远程教育„回馈制动•制动原理：使电机处于发电运行状态，产生制动转矩，并将机械能转换成电能，回馈给电源。•回馈制动的条件：nn19起重机下放重物时：重力作用使电动机转速n沿曲线①增加，使nn19变频调速过程中：ƒ1降低后，由于机械惯性，电动机转速n来不及变化，使nn1。工作点由A点平跳至C点，使电动机沿曲线②减速。图图1.101.10回馈制动机械特性回馈制动机械特性哈尔滨工业大学远程教育文件:变频器原理与应用04.9变频器原理与应用基础知识哈尔滨工业大学远程教育小结重点：三相异步电动机的启动和制动方式难点：各种启动和制动方式的工作原理1.2三相异步电动机的起动和制动‰三相异步电动机的起动方式‰三相异步电动机的制动方式直接起动降压起动低频起动直流制动回馈制动反接制动哈尔滨工业大学远程教育文件:变频器原理与应用04.10变频器原理与应用基础知识哈尔滨工业大学远程教育§1.3电力电子器件简介本节主要内容：‰常用电力电子器件的基本特性。„电力电子器件是变频技术发展的基础。„在定性分析变频电路时，可将电力电子器件作为理想开关来对待。图图1.111.11理想伏安特性理想伏安特性哈尔滨工业大学远程教育文件:变频器原理与应用04.11变频器原理与应用基础知识哈尔滨工业大学远程教育1.功率二极管（DIODE）„电气符号„伏安特性IOIFUTOUFU„特性单向导电性正向导通反向截至哈尔滨工业大学远程教育文件:变频器原理与应用04.12变频器原理与应用基础知识哈尔滨工业大学远程教育2.晶闸管（SCR）„电气符号„伏安特性„内部结构哈尔滨工业大学远程教育文件:变频器原理与应用04.13变频器原理与应用基础知识哈尔滨工业大学远程教育„开通条件•阳极和阴极间承受正向电压时，在门极和阴极间也加正向电压。•当阳极电流上升到掣住电流后，门极电压信号即失去作用，若撤去门极信号，晶闸管可继续导通；（掣住电流是使晶闸管由关断到导通的最小电流）„关断条件•使晶闸管阳极电流IA小于维持电流IH（维持电流IH是保持晶闸管导通的最小电流）哈尔滨工业大学远程教育文件:变频器原理与应用04.14变频器原理与应用基础知识哈尔滨工业大学远程教育„电气符号„内部结构：GTO是一种多元功率集成器件，它是由十几个甚至数百个共阳极的小GTO元组成。„伏安特性：与SCR的特性相似。„导通与关断条件：导通条件与SCR相同，但关断时门极需要负脉冲。„缺点•驱动功率大，驱动电路复杂；•工作频率不够高，一般在10KHz以下。„优点•电压、电流容量较大，可达到6000V、6000A。•多应用于大功率高压变频器。3.门极可关断晶闸管（GTO）哈尔滨工业大学远程教育文件:变频器原理与应用04.15变频器原理与应用基础知识哈尔滨工业大学远程教育„电气符号„工作状态：GTR作为开关器件，应在截止（关）和饱和（开）两种状态之间交替。„缺点•GTR耐冲击能力差，易受二次击穿损坏。•目前GTR的应用一般被IGBT所替代。„内部结构：与普通的双极结型晶体管类似。4.电力晶体管（GTR）„伏安特性哈尔滨工业大学远程教育文件:变频器原理与应用04.16变频器原理与应用基础知识哈尔滨工业大学远程教育„电气符号„伏安特性„转移特性„导通条件：•uDS加正压，且•uGS﹥UGS(th))(开启电压)„优点：驱动功率小，开关速度快„缺点：电流容量小，耐压低5.电力场效应晶体管（MOSFET）哈尔滨工业大学远程教育文件:变频器原理与应用04.17变频器原理与应用基础知识哈尔滨工业大学远程教育„电气符号„等效电路„输出特性„导通条件：•uCE加正压，且•uGE﹥UGE(th))(开启电压)„优点：•驱动功率小•开关速度快•电流容量大，耐压高6.绝缘栅双极晶体管（IGBT）哈尔滨工业大学远程教育文件:变频器原理与应用04.18变频器原理与应用基础知识哈尔滨工业大学远程教育„IGCT是GTO的派生器件，其基本结构在GTO的基础进行了改进，如特殊的环状门极、与管芯集成在一起的门极驱动电路等等。„使IGCT不仅具有与GTO相当的容量，而且具有优良的开通和关断能力。„目前，4000A、4500V及5500V的IGCT已研制成功。在大容量变频电路中，IGCT被广泛应用。7.集成门极换流晶闸管（IGCT）哈尔滨工业大学远程教育文件:变频器原理与应用04.19变频器原理与应用基础知识哈尔滨工业大学远程教育„IPM是将大功率开关器件和驱动电路、保护电路、检测电路等集成在同一个模块内，是电力集成电路的一种。„优点：高度集成化、结构紧凑，避免了由于分布参数、保护延迟所带来的一系列技术难题。适合逆变器高频化发展方向的需要。„目前，IPM一般以IGBT为基本功率开关元件，构成单相或三相逆变器的专用功能模块，在中小容量变频器中广泛应用。8.智能功率模块（IPM）哈尔滨工业大学远程教育文件:变频器原理与应用04.20变频器原理与应用基础知识哈尔滨工业大学远程教育重点：常用电力电子器件的基本特性难点：复合器件的特点1.3电力电子器件简介‰常用电力电子器件的基本特性¾不控器件：DIODE¾半控器件：SCR，¾全控器件：GTO，GTR,P.MOSFET¾复合器件：IGBT，IGCT¾功率集成电路：IPM小结