逆變器件的介紹

1.SCR和GTO晶閘管

⑴普通晶閘管SCR 曾稱可控硅，它有三個(gè)極：陽(yáng)極，陰極和門極。

SCR的工作特點(diǎn)是，當(dāng)在門極與陰極間加一個(gè)不大的正向電壓（G為+，K為—）時(shí)，SCR即導(dǎo)通，負(fù)載Rl中就有電流流過。導(dǎo)通后，即使取消門極電壓，SCR仍保持導(dǎo)通狀態(tài)。只有當(dāng)陽(yáng)極電路的電壓為0或負(fù)值時(shí)，SCR才關(guān)斷。所以，只需要用一個(gè)脈沖信號(hào)，就可以控制其導(dǎo)通了，故它常用于可控整流。

作為一種無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其允許反復(fù)導(dǎo)通和關(guān)斷的次數(shù)幾乎是的，并且導(dǎo)通的控制也十分方便。這是一般的“通-斷開關(guān)”所望塵莫及的，從而使實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速取得了突破。但由于變頻器的逆變電路是在直流電壓下工作的，而SCR在直流電壓下又不能自行關(guān)斷，因此，要實(shí)現(xiàn)逆變，還必須增加輔助器件和相應(yīng)的電路來幫助它關(guān)斷。所以，盡管當(dāng)時(shí)的變頻調(diào)速裝置在個(gè)別領(lǐng)域（如風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載）已經(jīng)能夠?qū)嵱?，但未能進(jìn)入大范圍的普及應(yīng)用階段。

⑵門極關(guān)斷（GTO）晶閘管 SCR在一段時(shí)間內(nèi)，幾乎是能夠承受高電壓和大電流的only半導(dǎo)體器件。因此，針對(duì)SCR的缺點(diǎn)，人們很自然地把努力方向引向了如何使晶閘管具有關(guān)斷能力這一點(diǎn)上，并因此而開發(fā)出了門極關(guān)斷晶閘管。

GTO晶閘管的基本結(jié)構(gòu)和SCR類似，它的三個(gè)極也是：陽(yáng)極（A）、陰極（K）和門極（G）。其圖行符號(hào)也和SCR相似，只是在門極上加一短線，以示區(qū)別。

GTO晶閘管的基本電路和工作特點(diǎn)是：

①在門極G上加正電壓或正脈沖（開關(guān)S和至位置1）GTO晶閘管即導(dǎo)通。其后，即使撤消控制信號(hào)（開關(guān)回到位置0），GTO晶閘管仍保持導(dǎo)通?？梢?，GTO晶閘管的導(dǎo)通過程和SCR的導(dǎo)通過程完全相同。

②如在G、K間加入反向電壓或較強(qiáng)的反向脈沖（開關(guān)和至位置2），可使GTO晶閘管關(guān)斷。　用GTO晶閘管作為逆變器件取得了較為滿意的結(jié)果，但其關(guān)斷控制較易失敗，故仍較復(fù)雜，工作頻率也不夠高。而幾乎是與此同時(shí)，艾默生EV1000變頻器維修價(jià)格，大功率管（GTR）迅速發(fā)展了起來，使GTO晶閘管相形見絀。因此，在大量的中小容量變頻器中，GTO晶閘管已基本不用。但其工作電流大，故在大容量變頻器中，仍居主要地位。

變頻器逆變輸出模塊損壞的原因之——由變頻器本身電路不良造成的模塊損壞

1、 由驅(qū)動(dòng)電路不良對(duì)模塊會(huì)造成一級(jí)危害

由驅(qū)動(dòng)電路的供電方式可知，一般由正、負(fù)兩個(gè)電源供電。 +15V 電壓提供 IGBT 管子的激勵(lì)電壓，使其開通。 -5V 提供 IGBT 管子的截止電壓，使其可靠和快速的截止。當(dāng) +15V 電壓不足或丟失時(shí)，相應(yīng)的 IGBT管子不能開通，若驅(qū)動(dòng)電路的模塊故障檢測(cè)電路也能檢測(cè) IGBT 管子時(shí)，則變頻器一投入運(yùn)行信號(hào)，即可由模塊故障檢測(cè)電路報(bào)出 OC 信號(hào)，變頻器實(shí)施保護(hù)停機(jī)動(dòng)作，對(duì)模塊幾乎無危害性。

而萬一 -5V 截止負(fù)壓不足或丟失時(shí)（如同三相整流橋一樣，我們可先把逆變輸出電路看成一個(gè)逆變橋，則由 IGBT 管子組成了三個(gè)上橋臂和三個(gè)下橋臂，如 U 相上橋臂和 U 相下橋臂的 IGBT 管子。）， 當(dāng)任一相的上（下）橋臂受激勵(lì)而開通時(shí)，相應(yīng)的下（上）橋臂 IGBT 管子則因截止負(fù)壓的丟失，形成由 IGBT 管子的集 - 柵結(jié)電容對(duì)柵 - 射結(jié)電容的充電，導(dǎo)致管子的誤導(dǎo)通，兩管共通對(duì)直流電源形成了短路！其后果是：模塊都炸飛了！

截止負(fù)壓的丟失，一個(gè)是驅(qū)動(dòng) IC 損壞所造成;還有可能是驅(qū)動(dòng) IC 后級(jí)的功率推動(dòng)級(jí)（通常由兩級(jí)互補(bǔ)式電壓跟隨功率放大器組成）的下管損壞所造成;觸發(fā)端子引線連接不良;再就是驅(qū)動(dòng)電路的負(fù)供電支路不良或電源濾波電容失效。而一旦出現(xiàn)上述現(xiàn)象之一，必將對(duì)模塊形成致命的打擊！是無可挽回的。

2 、脈沖傳遞通路不良，也將對(duì)模塊形成威脅

由 CPU 輸出的 6 路 PWM 逆變脈沖，常經(jīng)六反相（同相）緩沖器，再送入驅(qū)動(dòng) IC 的輸入腳，由 CPU 到驅(qū)動(dòng) IC ，再到逆變模塊的觸發(fā)端子， 6 路信號(hào)中只要有一路中斷--

（ 1 ）、變頻器有可能報(bào)出 OC 故障。逆變橋的下三橋臂 IGBT 管子，導(dǎo)通時(shí)的管壓降是經(jīng)模塊故障檢測(cè)電路檢測(cè)處理的，而上三橋臂的 IGBT 管子，在小部分變頻器中，有管壓降檢測(cè)，大部分變頻器中，是省去了管壓降檢測(cè)電路的。當(dāng)丟失激勵(lì)脈沖的 IGBT 管子，恰好是有管壓降檢測(cè)電路的，則丟失激勵(lì)脈沖后，檢測(cè)電路會(huì)報(bào)出 OC 故障，變頻器停機(jī)保護(hù);

（ 2 ）、變頻器有可能出現(xiàn)偏相運(yùn)行。丟失激勵(lì)脈沖的該路 IGBT 管子，正是沒有管壓降檢測(cè)電路的管子，只有截止負(fù)壓存在，能使其可靠截止。該相橋臂只有半波輸出，導(dǎo)致變頻器偏相運(yùn)行，其后果是電機(jī)繞組中產(chǎn)生了直流成分，也形成較大的浪涌電流，從而造成模塊的受沖擊而損壞！但損壞機(jī)率較first原因?yàn)榈汀?/p>

若此路脈沖傳遞通路一直是斷的，即使模塊故障電路不能起到作用，但互感器等電流檢測(cè)電路能起到作用，也是能起到保護(hù)作用的，但就怕這種傳遞通路因接觸不良等故障原因，時(shí)通時(shí)斷，甚至有隨機(jī)性開斷現(xiàn)象，電流檢測(cè)電路莫名所以，來不及反應(yīng)，而使變頻器造成“斷續(xù)偏相”輸出，形成較大沖擊電流而損壞模塊。

而電機(jī)在此輸出狀態(tài)下會(huì)“跳動(dòng)著”運(yùn)行，發(fā)出“咯楞咯楞”的聲音，發(fā)熱量與損耗大幅度上升，也很容易損壞。

3 、電流檢測(cè)電路和模塊溫度檢測(cè)電路失效或故障，對(duì)模塊起不到有效地過流和過熱保護(hù)作用，因而造成了模塊的損壞。

4 、主直流回路的儲(chǔ)能電容容量容量下降或失容后，直流回路電壓的脈動(dòng)成分增加，在變頻器啟動(dòng)后，在空載和空載時(shí)尚不明顯，但在帶載起動(dòng)過程中，回路電壓浪起濤涌，逆變模塊炸裂損壞，保護(hù)電路對(duì)此也表現(xiàn)得無所適從。

對(duì)已經(jīng)多年運(yùn)行的變頻器，在模塊損壞后，不能忽略對(duì)直流回路的儲(chǔ)能電容容量的檢查。電容的完全失容很少碰到，但一旦碰上，在帶載啟動(dòng)過程中，將造成逆變模塊的損壞，那也是確定無疑的！

引起干擾的原因分析

引起干擾的原因基本上是電流改變產(chǎn)生磁場(chǎng)，對(duì)設(shè)備產(chǎn)生電磁輻射;磁場(chǎng)改變產(chǎn)生電流，電磁高速產(chǎn)生電磁波。在現(xiàn)場(chǎng)有四種情況可以引起這樣的變化：

1、強(qiáng)電干擾：

由儀表信號(hào)、PLC控制信號(hào)都為弱電，易受強(qiáng)電干擾。所以要求在柜外布線時(shí)（在電纜溝、電纜橋架、穿管等敷設(shè)方式），將通訊線、信號(hào)線、控制線等弱電信號(hào)遠(yuǎn)離強(qiáng)電，間距不得少于20CM。電纜溝多層時(shí)，要求弱電電纜敷設(shè)在強(qiáng)電電纜下方。

2、柜內(nèi)干擾：

PLC不能和高壓電器安裝在同一個(gè)開關(guān)柜內(nèi)，PLC的輸出采用中間繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)外部開關(guān)量信號(hào)的隔離。如果現(xiàn)場(chǎng)條件限制，輸入信號(hào)不能和強(qiáng)電電纜有效的隔離，可用小型繼電器來隔離輸入端的開關(guān)量信號(hào)。當(dāng)然PLC來自控制柜內(nèi)的輸入信號(hào)和距控制柜不遠(yuǎn)的輸入信號(hào)一般沒有必要用繼電器隔離。

控制柜內(nèi)的有很多信號(hào)線。如走線混亂，會(huì)引起設(shè)備誤動(dòng)作，檢查起來卻相當(dāng)麻煩。所以在控制柜設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到這種情況，設(shè)備分層罷放，走線清晰。成套時(shí)，將PLC的IO線和大功率線分開走線，如必須在同槽內(nèi)，分開捆扎交流線、直流線，如條件允許，分槽走線，并使其有盡可能大的空間距離，力求將干擾降到lowest限度。

不同的信號(hào)線不用同一個(gè)插接件轉(zhuǎn)接，如必須用同一個(gè)插接件，要用備用端子或地線端子將它們分隔開，以減少相互干擾。

PLC不能和高壓電器安裝在同一個(gè)開關(guān)柜內(nèi)，在柜內(nèi)PLC應(yīng)遠(yuǎn)離動(dòng)力線（二者之間距離應(yīng)大于200mm）。與PLC裝在同一個(gè)柜子內(nèi)的電***負(fù)載，如繼電器、接觸器的線圈，應(yīng)并聯(lián)RC消弧電路。

3、信號(hào)線的抗干擾

信號(hào)線承擔(dān)著檢測(cè)信號(hào)和控制信號(hào)的傳輸任務(wù)，傳輸質(zhì)量直接影響到整個(gè)控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性。對(duì)信號(hào)線的干擾主要是來自空間的電磁輻射，有差模干擾和共模干擾兩種。

差模干擾是指疊加在測(cè)量信號(hào)線上的干擾信號(hào)，這種干擾大多是頻率較高的交變信號(hào)，其來源一般是耦合干擾。***常態(tài)干擾的方法有：

在輸入回路接RC濾波器或雙T濾波器;

盡量采用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，由于這種積分器工作的特點(diǎn)，具有一定的消除高頻干擾的作用;

將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)再傳輸。

共模干擾是指信號(hào)線上共有的干擾信號(hào)，一般是由被測(cè)信號(hào)的接地端與控制系統(tǒng)的接地端存在一定的電位差引起的，這種干擾在兩條信號(hào)線上的周期、幅值基本相等情況下，采用上面的方法無法消除或***。方法如下：

采用雙差分輸入的差動(dòng)放大器，這種放大器具有很高的共模***比;

輸入線采用絞合線，絞合線能降低共模干擾，其感應(yīng)互相抵消;

采用光電隔離的方法，可以消除共模干擾;

使用屏蔽線，并單邊接地;

為避免信號(hào)失真，對(duì)于較長(zhǎng)距離傳輸?shù)男盘?hào)要注意阻抗匹配。

4、變頻器干擾

一是變頻器啟動(dòng)及運(yùn)行過程中產(chǎn)生諧波對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾，引起電網(wǎng)電壓畸變，影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量;二是變頻器的輸出會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻擾，影響周邊設(shè)備的正常工作。

5.通訊干擾：用隔離通訊方式或用巨騰的串口轉(zhuǎn)光纖環(huán)模塊。

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