功率場效應晶體管(POWER MOSFET) 它的3個極分別是源極S、漏極D和柵極G
其工作特點是,G、S間的控制信號是電壓信號Ugs。改變Ugs的大小,主電路的漏極電流Id也跟著改變。由于G、S間的輸入阻抗很大,故控制電流幾乎為0,所需驅(qū)動功率很小。和GTR相比,其驅(qū)動系統(tǒng)比較簡單,工作頻率也比較高。此外,MOSFET還具有熱穩(wěn)定性好、工作區(qū)大 等優(yōu)點。
但是,功率場效應晶體管在提高擊穿電壓和增大電流方面進展較慢,故在變頻器中的應用尚不能居主導地位。
絕緣柵雙極晶體管(IGBT) IGBT是MOSFET和GTR相結合的產(chǎn)物,是柵極為絕緣柵結構(MOS結構)的晶體管,它的三個極分別是集電極C、發(fā)射極E和柵極G。
工作特點是,控制部分與場效應晶體管相同,控制信號為電壓信號Uge,輸入阻抗很高,柵極電流I≈0,故驅(qū)動功率很小。而起主電路部分則與GTR相同,工作電流為集電極電流I。
至今,IGBT的擊穿電壓也已做到1200V,集電極飽和電流已超過1500A,由IGBT作為逆變器件的變頻器容量已達到250KVA以上。
此外,其工作頻率可達20KHZ。由IGBT作為逆變器件的變頻器的載波頻率一般都在10KHZ以上,故電動機的電源波形比較平滑,基本無電磁噪聲。
在變頻器工作時,流過變頻器的電流是很大的, 變頻器產(chǎn)生的熱量也是非常大的,不能忽視其發(fā)熱所產(chǎn)生的影響
通常,變頻器安裝在控制柜中。我們要了解一臺變頻器的發(fā)熱量大概是多少. 可以用以下公式估算: 發(fā)熱量的近似值= 變頻器容量(KW)×55 [W]
在這里, 如果變頻器容量是以恒轉(zhuǎn)矩負載為準的 (過流能力150% * 60s)
如果變頻器帶有直流電抗器或交流電抗器, 并且也在柜子里面, 這時發(fā)熱量會更大一些。 電抗器安裝在變頻器側面或測上方比較好。
這時可以用估算: 變頻器容量(KW)×60 [W]
因為各變頻器廠家的硬件都差不多, 所以上式可以針對各品牌的產(chǎn)品.
注意: 如果有制動電阻的話,因為制動電阻的散熱量很大, 因此安裝位置和變頻器隔離開, 如裝在柜子上面或旁邊等。
直流電動拖動和交流電動機拖動先后生于19世紀,距今已有100多年的歷史,并已成為動力機械的主要驅(qū)動裝置。由于當時的技術問題,在很長的一個時間內(nèi),需要進行調(diào)速控制的拖動系統(tǒng)中則基本上采用的是直流電動機。
直流電動機存在以下缺點是由于結構上的原因:
1、由于直流電動機存在換向火花,難以應用于存在易燃易爆氣體的惡劣環(huán)境;
2、需要定期更換電刷和換向器,維護保養(yǎng)困難,壽命較短;
3、結構復雜,難以制造大容量、高轉(zhuǎn)速和高電壓的直流電動機。
而與直流電動機相比,交流電動機則具有以下優(yōu)點:
1、不存在換向火花,可以應用于存在易燃易火暴氣體的惡劣環(huán)境;
2、容易制造出大容量、高轉(zhuǎn)速和高電壓的交流電動機;
3、結構堅固,工作可靠,易于維護保養(yǎng)。
就是因為這樣,限制了交流高速系統(tǒng)的推廣應用。經(jīng)過20世紀70年代中期的第二次石油危機之后和電子技術的發(fā)展,交流高速系統(tǒng)的變頻器技術得到了高速的發(fā)展。
在VVVF的實施,有兩種基本的調(diào)制方法:
1.脈幅調(diào)制 (PAM) 逆變器所得交流電壓的振幅值等于直流電壓值(Um=Ud)。因此,實現(xiàn)變頻也是變壓的容易想到的方法,便是在調(diào)節(jié)頻率的同時,也調(diào)節(jié)直流電壓;
這種方法的特點是,變頻器在改變輸出頻率的同時,也改變了電壓的振幅值,故稱為脈幅調(diào)制,常用PAM(Pulse Amplitude Modulation)表示。 PAM需要同時調(diào)節(jié)兩部分:整流部分和逆變部分,兩者之間還必須滿足Ku和Kf間的一定的關系,故其控制電路比較復雜。
2.脈寬調(diào)制(PWM) 把每半個周期內(nèi),輸出電壓的波形分割成若干個脈沖波,每個脈沖的寬度為T1,每兩個脈沖間的間隔寬度為T2,那么脈沖的占空比Υ=T1/(T1+T2)。
這時,電壓的平均值和占空比成正比,所以在調(diào)節(jié)頻率時,不改變直流電壓的幅值,而是改變輸出電壓脈沖的占空比,也同樣可以實現(xiàn)變頻也變壓的效果。當電壓周期增大(頻率降低),電壓脈沖的幅值不變,而占空比在減小,故平均電壓降低。
此法的特點是,變頻器在改變輸出頻率的同時,也改變輸出電壓的脈沖占空比(幅值不變)故稱為脈寬調(diào)制,常用PWM(Pulse width modulation)表示。
PWM只須控制逆變電路便可實現(xiàn),與PAM相比,控制電路簡化了許多。
