变频器硬件知识，一图文讲清
变频器
装备e家公众号，您身边的钻井装备专家！118篇原创内容
变频器主回路结构
变频器是一种将固定频率的交流电转换为频率连续可调的交流电的一种电力电子设备。说说变频器是怎样变频的?其内部结构按照功能可划分为整流部分，滤波部分和逆变部分。 如下图：
变频器主器件部分
一、整流部分
1）概述
我们通常把将交流变换为直流的过程称之为整流。变频器所采用的整流方式通常是三相全桥不可控整流，整流器件为将6颗整流二极管模块化封装的整流桥堆，俗称整流桥。整流桥的参数主要就是额定电流值和耐压值。以TVFG/P9 4KW以下的机器所用的整流桥 MDS25E-16为例：25是指其额定电流值25A，16指的是其耐压为1600V。MDS是四菱公司的产品型号，MDS指的是该整流桥是三相全桥整流（六颗二极管），MDC指的是单相整流（2颗二极管封装）。
三相整流桥
2）整流桥的使用情况
1、QL12B-10 四引脚，正方型封装，主要用在220V/2.2KW及其以下功率段机器上。2、MDS25E/16 五引脚，三相全桥整流器，25A，1600V，380V 4KW以下机器使用。
3、MDS35E/16 五引脚，三相全桥整流器，35A，1600V，380V 5.5KW-7.5KW机器使用。
4、MDS90/16 三相全桥整流器，90A，1600V，380V 11KW-22KW机器使用 。
5、MDS160/16 三相全桥整流器，160A，1600V,80V,30KW机器使用。
6、MDS200/16 三相全桥整流器，200A，1600V，380V 37-45KW机器使用。 7、MDC160/16 单相整流桥，160A，1600V，多个并联使用于55KW以上机器。
二、逆变部分
1）概述
将直流转换为交流的过程称之为逆变。当前低压变频器所采用的逆变器件大部分为IGBT。在通用变频器中使用的IGBT一般都是模块型结构，根据变频器的使用特点，在IGBT单管旁反并了一个续流二极管。通常IGBT模块有一单元，二单元，和六单元三种封装方式。根据变频器的电压等级的不同，又分 为1200V（用于380V电压等级）和600V（用于220V电压等级）两种不同的规格。其实物的示意图如下：
单管IGBT
简图
实物图
２单元封装的ＩＧＢＴ模块
原理图
22KW以上的机器全部采用的是二单元封装IGBT模块。从内部结构的示意图中可以看出，3应该接直流母线的正极，2接直流母线的负极，1为逆变模块的输出，连接变频器的输出端子U、V或者W。3、4、5构成了逆变的上桥桥臂，1、6、7构成了逆变的下桥桥臂。其中4和6是所对应的IGBT的G极，7和5是所对应的IGBT的E极。由于IGBT是在电力MOSFET工艺基础上所衍生的复合管，属于电压驱动的器件，所以接触IGBT器件时要注意防静电措施，并且要尽量避免手触及IGBT模块的控制极。
2）安装方法
在模块底部散热器的表面均匀地抹上一层导热膏，以锁紧模块的散热器固定螺丝而导热膏不溢出为佳。按照上图的数字标示的顺序将模块散热器对角螺孔的螺丝带上，等所需安装的螺丝全部带上之后再一一锁紧，否则会造成模块的机械损坏。
安装方法 安装图
3）ＩＧＢＴ模块的命名规则
1.单管 单颗的IGBT是德国西门子旗下的INFINEON品牌：
２.EUPEC模块
规格型号
说明：１. GB为２单元封装 GD为６单元封装
２.DN2用于区别IGBT芯片的类型．类似的尾缀还有DLC,DLCK,DN2B
三、滤波部分
1）主电容
这里所说的主电容指的是并联在直流母线两端的电解电容，其在变频器内所起的作用就是储能和滤波，可以缓冲由泵升电压带给整流器件和逆变器件的冲击。与其相关的主要参数就是容值和耐压值。我们所采用的主电容的耐压值为400VDC。对于220V电压等级的变频器而言，我们将高于电网电压20%视为过电压，而此时折算到直流母线上的直流电压为：V=220V*1.2*1.414=373.3V〈400V所以对于该电压等级的变频器耐压400V的电容已足以满足耐压标准。当容值不够可以采取并联电容的方法以增大容值。同理，对于380V电压等级的变频器电容所要承受的电压为：V=380*1.2*1.414=644.8V〉400V，所以为了满足耐压要求就得采取串接的方式；但是由于每个电容都有等效的内阻，而且该等效内阻的阻值差异较大，若电容直接串联则必然会带来电容两端的分压不平均导致内阻较大的电容两端所分担的电压过高，甚至高于其耐压值而损坏。为了避免该现象，每个串联的电容两端并接一个较大阻值的电阻以减小内阻差异带来的分压不均。该电阻称为均压电阻。这里要提一下的是同型号电容并联耐压值保持不便，但其容值随并联的电容的个数倍增；同型号电容串联，耐压值随所串接的电容的个数倍增，但其容值随之成倍递减。主电容是采用电解电容，通常电解电容是有极性的，电容并联时要注意保持极性一致，串联时要注意串接电容的极性正负相连。
电容标识图示 主电容
2）吸收电容
这里所说的吸收电容就是夹在模块P、N之间的无极性无感电容。其实质就是缓冲电路，主要是根据电容两端的电压不能突变的原理用来控制IGBT的关断浪涌电压和续流二极管恢复浪涌电压，减少开关损耗。
根据变频器的电压等级的不同其选用的吸收电容的耐压值也不同。一般380V变频器选用的吸收电容的耐压为1200V，220V所选用的耐压值为600V，这与他们所对应的逆变模块的耐压值一致。吸收电容的容值根据经验一般是每100A对应1UF。
吸收电容的安装值得注意一下，应该尽可能的使吸收电容靠近模块，并且采取适当的加固措施，避免由于震动造成吸收电容断脚，从而引发模块损坏。
吸收电容
四、其他部件
1）霍尔传感器
霍尔传感器是利用霍尔效应工作的一种电流检测装置。当电流垂直于外磁场方向通过导体时，在垂直于电流和磁场的方向的导体两侧产生电势差的现象称为霍尔效应。我们可以简单的理解为当有电流流经霍尔传感器时，霍尔传感器输出一个正比于电流大小的模拟量（电压或者电流）。安装霍尔传感器时要保持霍尔的安装方向一致，否则会导致信号检测异常；还要注意电源的极性，否则会导致霍尔器件的损坏。霍尔传感器的选用仅与被检测的电流大小有关系。
霍尔传感器
2）风机
由于模块的开关损耗会导致发热，而过高的环境温度会加速器件的老化，甚至会导致模块的损坏，所以变频器要采取散热措施，而变频器最常采用的散热方式就是强迫风冷即在散热器上加装风机加速热空气流通而到达加强散热作用。我们的小功率的机器所采用直流风机散热，分别是6025/24V和8025/24V两种风机。6025指的是风机的长和宽是60㎜，厚度为25㎜，同样8025指的是风机的长和宽是80㎜，厚度为25㎜。中大功率的散热风机是单相220V交流风机.由于热空气是向上流通的所以风机的安装方向要保证空气是向上流通的，这一点在装配的过程中值得注意一下。
3）压敏电阻
压敏电阻是一种对电压敏感的非线性过电压保护元器件，在一定电压电流范围内电阻阻值随电压而改变：当压敏电阻两端所加电压低于标称的额定电压时，电阻阻值接近无穷大，内部几乎无电流流过；当压敏电阻两端的电压略高于额定电压时 ，压敏电阻将被迅速击穿导通呈低阻状态，工作电流也急剧增大，当电流低于标称的额定电压时，压敏电阻又恢复为高阻状态。当压敏电阻两端电压超过其限制电压时，压敏电阻将被完全击穿损坏，无法自行恢复。
压敏电阻
4）温度开关和温度电阻
为了防止过高的温度导致变频器的主器件的损坏，通常要采用一些检测温度的器件来检测散热器表面的温度，当其温度超过所允许的范围则报“过热”故障停机。我们所采用检测温度的器件是NTC温度电阻，常温下阻值为5K左右，其阻值会随模块散热器的温度而做线性改变。根据当前的阻值可换算出当前的温度值。而温度开关的工作原理是利用其内部的双金属片的材质的比热特性，即在相同的温度环境下，两种不同的金属的所产生的形变不一样导致双金属片弯曲，使接点的逻辑状态发生改变，常开的触点闭合，常闭的触头断开。变频器根据其动作导致触点的通断状态的改变而报出相对应的故障。变频器所采用的温度开关的动作温度一般是在85℃左右。