【導(dǎo)讀】工業(yè)革命以來，人們都在孜孜不倦地研究電的使用和任意變換，研究如何更好地完成交流電機的調(diào)速、傳動以及過程的自動控制，隨著工業(yè)革命步伐的持續(xù)加快，人們更想利用電子技術(shù)將固定頻率的交流電變換為任意頻率的交流電，從而可以滿足機器設(shè)備的不同需要。最近幾十年，電力電子器件已經(jīng)從可控硅器件SCR發(fā)展到大功率晶體管器件GTR、門極關(guān)斷晶閘管GTO、MOS功率場效應(yīng)管MOSFET，再到IGBT以及IGCT、MCT、IPM等，每一次元器件的進步都會帶動變頻器技術(shù)的飛速發(fā)展。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻技術(shù)也經(jīng)歷了從最初只能采用可控硅器件生產(chǎn)的低性能的普通變頻器到現(xiàn)在采用先進的IGBT器件眼中生產(chǎn)出高性能高壓大功率變頻器的過程。經(jīng)過不斷進步，現(xiàn)代高壓大功率變頻器已經(jīng)成為工業(yè)傳動系統(tǒng)中的非常重要的調(diào)速設(shè)備，擔(dān)負著越來越重要的作用。這種調(diào)速傳動方式已經(jīng)能夠取代直流電動機傳動方式。作為調(diào)速裝置，自然也可以成為大功率電機的軟啟動設(shè)備。

　　

【正文】 2500315040005000630075009500適用電機功率（kW）125016002000250031504000500060007600額定輸出額定功率（kW）125016002000250031504000160060007600額定電流（A）154193240303385.481607722915過載能力每10min：120%，1min；130%，30sec； 150%，10sec額定電壓三相，0～10kV額定頻率0～50Hz或0～60Hz可調(diào)，波形電壓為SPWM波，電流為正弦波諧波含量THD小于：4%輸入電壓相數(shù)、頻率、電壓三相；50/60Hz； 10kV 允許波動電壓：+10%～10%；頻率：177。5%欠壓運行電壓降低10%～35%，變頻器降額連續(xù)運行基本性能啟動頻率1～50/60 Hz可變設(shè)定精度頻率精度177。% 效率≥96%功率因數(shù)≥控制控制方式矢量控制型，啟動轉(zhuǎn)矩220％加減速時間1～3600秒自整定采用自適應(yīng)模糊控制或PID參數(shù)調(diào)節(jié)，智能調(diào)節(jié)，系統(tǒng)響應(yīng)速度快，精度高，穩(wěn)定性好，大大簡化了現(xiàn)場調(diào)試工作量。高壓隔離光電控制電壓AC220V；AC380V運轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)操作觸摸面板或觸摸屏；計算機指令控制 運轉(zhuǎn)狀態(tài)輸出觸摸面板或觸摸屏：計算機指令控制顯示LCD顯示或觸摸屏顯示各類技術(shù)設(shè)定值，輸出頻率，輸出電壓，輸出電流，輸入電壓，輸入電流及系統(tǒng)自診斷結(jié)果保護功能過電流、短路、接地、過電壓、欠壓、過載、過熱、電動機過載、缺相、IGBT擊穿或短路、單元故障以及系統(tǒng)差動保護環(huán)境使用場所室內(nèi)，海拔高度1000m以下，無腐蝕性氣體、灰塵、無爆炸性氣體，無陽光直射環(huán)境溫度/濕度溫度：0℃～40℃；濕度：20～90%無結(jié)露振動10Hz～160Hz 存放條件20℃～70℃（適合于運輸及短時間存放）外殼防護IP20～31（可選）冷卻方式風(fēng)冷及熱管冷卻9. 制作工藝以及檢驗試驗 制作工藝 主要器件采用有質(zhì)量保證的進口元件東方日立公司變頻器產(chǎn)品上有很多的進口元件，對于像IGBT、SCR、IC部件、光電通訊元件、主控制單片機等關(guān)鍵元件都采用國際上著名公司的產(chǎn)品，并且這些產(chǎn)品都是經(jīng)過很長時間檢驗過的。 控制板件采用多層板結(jié)構(gòu)，保證有非常好的EMC能力采用先進的多層板設(shè)計制作技術(shù)，保證關(guān)鍵板件有非常好的電磁兼容（EMC）能力，提高產(chǎn)品使用的可靠性。 板件采用表面貼片工藝，提高元件的集成度，降低故障率產(chǎn)品中的控制板件采用表面貼片技術(shù)，提高板件集成度，縮小體積，降低板件故障率，提高產(chǎn)品的整機可靠性。 可靠的功率母線技術(shù)采用獨特工藝制作功率母線，使之滿足產(chǎn)品的抗干擾要求，具有良好的吸收尖峰能力。 適用的整機散熱技術(shù)采用先進的散熱設(shè)計，保證產(chǎn)品有良好的熱適應(yīng)能力。東方日立公司借助兩大母公司生產(chǎn)發(fā)電設(shè)備的散熱技術(shù)，在變頻裝置上采用了良好的通風(fēng)設(shè)計，并且有多種方案供用戶選擇。a. 強制通風(fēng)散熱設(shè)計方案；b. 水冷散熱技術(shù)方案；c. 熱管散熱技術(shù)方案；d. 水間接冷卻技術(shù)方案。 先進的IGBT驅(qū)動電路采用國際上知名公司最先進的驅(qū)動技術(shù)，保證產(chǎn)品可靠工作，保證產(chǎn)品的驅(qū)動電路具有非常高的可靠性和強大的驅(qū)動能力。 經(jīng)過反復(fù)試驗的功率單元設(shè)計組裝技術(shù)功率單元的結(jié)構(gòu)會決定產(chǎn)品的技術(shù)性能，因為在變頻裝置中功率單元是最關(guān)鍵的部件，東方日立公司采用經(jīng)過長期檢驗的技術(shù)方案，保證產(chǎn)品的帶負載能力強大，并且具有良好的EMC能力和熱能力。功率單元組裝方便，便于更換，一致性好。 輸入輸出開關(guān)設(shè)施采用知名公司的開關(guān)柜與之配套，更好的保證產(chǎn)品的整機性能。 生產(chǎn)制作的工藝條件東方日立公司具有良好的生產(chǎn)工藝條件，主要有：；a. 半封閉生產(chǎn)車間，保證產(chǎn)品不會受到污染的傷害；b. 抗靜電生產(chǎn)線，保證產(chǎn)品不會在生產(chǎn)過程中受到傷害；c. 溫濕度控制生產(chǎn)方式，保證產(chǎn)品的基本性能；d. 生產(chǎn)線流水作業(yè)方式，保證基礎(chǔ)件的性能；e. 完善的檢測設(shè)備和檢測方法，保證產(chǎn)品的性能；f. 嚴格的生產(chǎn)工藝管理，保證產(chǎn)品的性能。 質(zhì)量控制體系 元器件進廠檢驗制度對于進廠元器件有嚴格的檢驗登記制度，使之符合產(chǎn)品的要求及具有可追溯性。 生產(chǎn)過程質(zhì)量控制制度嚴格按照ISO9001質(zhì)量管理體系的要求管理生產(chǎn)過程、設(shè)計質(zhì)量、管理產(chǎn)品的試驗檢驗以及產(chǎn)品儲存。 重點工序控制制度制定關(guān)鍵工序的嚴格控制制度，關(guān)鍵工序需人員的質(zhì)量滿足要求，經(jīng)過嚴格培訓(xùn)才能上崗，同時對生產(chǎn)過程進行細致記錄。 關(guān)鍵檢測設(shè)備和儀器管理控制制度對于公司的關(guān)鍵檢測設(shè)備和檢測儀器制定了嚴格的依法檢測制度，保證檢測設(shè)備和儀器滿足產(chǎn)品的技術(shù)要求。 產(chǎn)品出廠前的各項試驗管理制度產(chǎn)品出廠前需要按照公司制定的標(biāo)準進行嚴格的試驗。 產(chǎn)品檢驗 元件檢驗主要方法：a. 登記制度；b. 抽樣檢測制度c. 送樣檢測制度d. 破壞性試驗檢測制度。 部件檢驗a. 采用自制工裝進行試驗。b. 溫濕度試驗；c. 超指標(biāo)試驗。 功率單元試驗與檢驗a. 專用試驗臺進行試驗；b. 輸出能力試驗；c. 溫度試驗；d. 輸出短路試驗；e. 各種控制試驗；f. 電磁兼容能力試驗等。 產(chǎn)品試驗 產(chǎn)品型式試驗a. 對于每項新技術(shù)，東方日立公司在使用其時會非常慎重，會進行嚴格的型式試驗。b. 按照標(biāo)準在設(shè)定期間進行產(chǎn)品型式試驗，保證產(chǎn)品的技術(shù)性能符合要求。 產(chǎn)品出廠試驗產(chǎn)品在出廠前有多項試驗與檢驗，東方日立公司會嚴格按照規(guī)定進行各項試驗，公司購置有業(yè)內(nèi)最先進的負載試驗設(shè)備，可以對出廠的變頻器進行負荷試驗，在帶負荷的試驗過程中試驗各項技術(shù)性能，使之滿足技術(shù)要求。附：車間照片，生產(chǎn)線照片，帶負載試驗設(shè)備照片等照片附：產(chǎn)品試驗與檢驗工藝流程圖見附件2第二章：變頻器原理1. 基本電子電路原理 IGBT的結(jié)構(gòu)（）由于現(xiàn)代變頻器絕大部分都采用技術(shù)性能好，控制相對簡單的IGBT器件，在此對IGBT做一些簡單介紹。圖1 1 IGBT結(jié)構(gòu)圖216。 圖122a—N溝道MOSFET與GTR組合——N溝道IGBT（NIGBT）；216。 IGBT比MOSFET多一層P+注入?yún)^(qū)，形成了一個大面積的P+N結(jié)J1；216。 IGBT導(dǎo)通時，由P+注入?yún)^(qū)向N基區(qū)發(fā)射少子，從而對漂移區(qū)電導(dǎo)率進行調(diào)制，使得IGBT具有很強的通流能力；216。 簡化等效電路表明，IGBT是GTR與MOSFET組成的達林頓結(jié)構(gòu)，一個由MOSFET驅(qū)動的厚基區(qū)PNP晶體管；216。 RN為晶體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻。 IGBT的工作原理 IGBT的驅(qū)動原理與電力MOSFET基本相同，屬于場控器件，通斷由柵射極電壓UGE決定。216。 導(dǎo)通：UGE大于開啟電壓UGE(th)時，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導(dǎo)通。216。 導(dǎo)通壓降：電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻RN減小，使通態(tài)壓降減小。216。 關(guān)斷：柵射極間施加反壓或不加信號時，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。2． IGBT的基本特性 1)IGBT的靜態(tài)特性圖21 IGBT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性a) 轉(zhuǎn)移特性 b) 輸出特性216。 轉(zhuǎn)移特性——IC與UGE間的關(guān)系，與MOSFET轉(zhuǎn)移特性類似v 開啟電壓UGE(th)——IGBT能實現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制而導(dǎo)通的最低柵射電壓v UGE(th)隨溫度升高而略有下降，在+25176。C時，UGE(th)的值一般為2~6V216。 輸出特性（伏安特性）——以UGE為參考變量時，IC與UCE間的關(guān)系v 分為三個區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。分別與GTR的截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)相對應(yīng)v UCE0時，IGBT為反向阻斷工作狀態(tài)，不具有逆導(dǎo)能力。2)IGBT的動態(tài)特性圖22 IGBT的開關(guān)過程216。 IGBT的開通過程（開關(guān)過程圖） 與MOSFET的相似，因為開通過程中IGBT在大部分時間作為MOSFET運行v 開通延遲時間td(on) ——從UGE上升至其幅值10%的時刻，到IC上升至10% ICM v 電流上升時間tr ——IC從10%ICM上升至90%ICM所需時間v 開通時間ton——開通延遲時間與電流上升時間之和。v UCE的下降過程分為tfv1和tfv2兩段。tfv1——IGBT中MOSFET單獨工作的電壓下降過程；tfv2——MOSFET和PNP晶體管同時工作的電壓下降過程v IGBT的關(guān)斷過程（開關(guān)過程圖）v 關(guān)斷延遲時間td(off) ——從UGE后沿下降到其幅值90%的時刻起，到IC下降至90%ICMv 電流下降時間——IC從90%ICM下降至10%ICMv v 電流下降時間又可分為tfi1和tfi2兩段。tfi1——IGBT內(nèi)部的MOSFET的關(guān)斷過程，IC下降較快；tfi2——IGBT內(nèi)部的PNP晶體管的關(guān)斷過程，IC下降較慢v IGBT中雙極型PNP晶體管的存在，雖然帶來了電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)的好處，但也引入了少子儲存現(xiàn)象，因而IGBT的開關(guān)速度低于電力MOSFETv IGBT的擊穿電壓、通態(tài)壓降和關(guān)斷時間也是需要折衷的參數(shù)3． IGBT的主要參數(shù)和特點 幾個主要的技術(shù)參數(shù) 最大集射極間電壓UCES： 由內(nèi)部PNP晶體管的擊穿電壓確定 最大集電極電流 ： 包括額定直流電流IC和1ms脈寬最大電流ICP 最大集電極功耗PCM ： 正常工作溫度下允許的最大功耗 IGBT的特性和參數(shù)特點 特點：開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。在電壓1000V以上時，開關(guān)損耗只有GTR的1/10，與電力 MOSFET相當(dāng)； 相同電壓和電流定額時，安全工作區(qū)比GTR大，且具有耐脈沖電流沖擊能力； 通態(tài)壓降比VDMOSFET低，特別是在電流較大的區(qū)域； 輸入阻抗高，輸入特性與MOSFET類似； 與MOSFET和GTR相比，耐壓和通流能力還可以進一步提高，同時保持開關(guān)頻率高的特點。 IGBT往往與反向并聯(lián)的快速二極管封裝在一起，制成模塊，成為逆導(dǎo)器件。目前還有多管模塊和IPM（IGBT+控制和保護電路）。 IGBT的擎住效應(yīng)（自鎖效應(yīng)） （重要）和安全工作區(qū) 擎住效應(yīng)或自鎖效應(yīng)：在IGBT內(nèi)部由于內(nèi)部寄生了一個由NPN晶體管和作為主開關(guān)器件的PNP晶體管組成的寄生晶閘管。在額定集電極電流時，NPN晶體管的BE極間的體區(qū)短路電阻上的壓降較小，不能使寄生晶閘管開通。但如果由于某種條件使得該壓降加大，從而使寄生晶閘管導(dǎo)通，那么就會由于寄生晶閘管的強烈正反饋作用，使得柵極失去對集電極的控制作用，導(dǎo)致器件始終開通，功耗過高而損壞。 發(fā)生原因：集電極電流過大（靜態(tài)擎住效應(yīng)），dUCE/dt過大（動態(tài)擎住效應(yīng)），溫度過高。. 擎住效應(yīng)曾限制IGBT電流容量提高，20世紀90年代中后期開始逐漸解決。 IGBT安全工作區(qū) 正偏安全工作區(qū)（FBSOA）——最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大集電極功耗確定 反向偏置安全工作區(qū)（RBSOA）——最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大允許電壓上升率dUCE/dt確定 電力電子器件驅(qū)動電路概述 驅(qū)動電路定義：主電路與控制電路之間的接口v 使電力電子器件工作在較理想的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時間，減小開關(guān)損耗，對裝置的運行效率、可靠性和安全性都有重要的意義；v 對器件或整個裝置的一些保護措施也往往設(shè)計在驅(qū)動電路中，或通過驅(qū)動電路來實現(xiàn)。 驅(qū)動電路的基本任務(wù)：a. 將信息電子電路傳來的信號按控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號；b. 對半控型器件只需提供開通控制信號；c. 對全控型器件則既要提供開通控制信號，又要提供關(guān)斷控制信號。d. 驅(qū)動電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)，一般采用光隔離或磁隔離e. 光隔離一般采用光耦合器(光耦）；f. 磁隔離的元件通常是脈沖變壓器。當(dāng)脈沖較寬時，為避免鐵心飽和，常采用高頻調(diào)制和解調(diào)的方法。圖31 光耦合器的類型及接法a) 普通型 b) 高速型 c) 高傳輸比型 電流驅(qū)動型和電壓驅(qū)動型： 這就是所謂的電流型器件(如SCR)和場控器件（如MOSFET) 目前的趨勢是采用專用集成驅(qū)動電路：a. 雙列直插式集成電路及將光耦隔離電路也集成在內(nèi)的混合集成電路；b. 為達到參數(shù)最佳配合，首選所用器件生產(chǎn)廠家專門開發(fā)的集成驅(qū)動電路。 晶體管觸發(fā)電路 作用：產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。 廣義上講，晶閘管觸發(fā)電路還包括對其觸發(fā)時刻進行控制的相位控制電路。 晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求： 觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通（門極電流應(yīng)大于擎住電流）； 觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度； 不超過門極電壓、電流和功率定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)； 應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的