变频电源的原理及结构资料

导通的次序为：VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6 ↑←←←←←←←←←←←←←←↓ 每次同时有二只晶闸管导通，分别是： VT1,6→VT1,2→VT2,3→VY3,4→VT4,5→VT5,6→VT1,6 三、 VT1-VT6 触发脉冲：
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触发脉冲分宽脉冲和双窄脉冲，现大部分都采用双窄脉冲。 VT1-VT6 触发脉冲依次落后 600。 当进线电压的相序相反时，以上脉冲变为依次超前 600。
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3
Uab→Uac→Ubc→Uba→Uca→Ucb→Uab 而在相位上它们依次落后 600 ，与它们的触发次序刚好一致 Uab 的波形与后面依次出现的 Uac，Ubc，Uba，Uca，Ucb Uab 的波形是完全相同的。因此，三相全控桥电路也称为六 脉波整流电路。下图分别给出了α为 00，300 和 600 的波形。
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Φ
δ
图：逆变器各点电压波形 四、 量值关系： P=UdId=UI1cos I1= Un=
2 2

Id=0.9Id
1.1Ud
(I1 一阶谐波有效值)
1.1Ud COS
Ud
2 2COS
2 2COS
(UN 的有效值)
arccos[cos
2lsId ] - Um
Ф
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arccos[cos
2wlsId ]- Um
一般比较小，约 3°—8°。
(1) Ls: (L7—L10)换相电感量， 数量为几个 uH。 (2) Um： UN 的幅值，对 380V 进线，Um= 2 ×750=1060.6(v) (3) : 引前角。 五、 LC 负载：
iN
uN
2 Id ，IvTR＝Id/ 3 3
α-触发角
Pd-电源的有功功率
I1 = 0.9 Id ，IVRI= I1 / 2 U1=
1.1 Ud cosφ
［φ=Φ（超前角） ］φ－逆变电路的功率因数 S=3U2I2
2
IL＝QI1
1
λ=
Pd =0.955COSα S
3 4
Q-谐振电路的品质因数(与感应器的设计有关) 一般熔炼负载,Q=15～20,透热 Q=5～7,淬火 Q=3～5. 整流管的实际电压电流有效值: 逆变管的实际电压电流有效值:
4
2．RC 串联谐振式：
LF
C Cd L
C
基本情况：是真正的双供电电源，一般由一个整流，两套逆变和 谐振电容组成。并主要适宜用于大功率电源。 优点：1）可以在两个炉体之间任意分配供电功率，一台电炉熔 化，另一台电炉保温。 2）小功率供电时可保持功率因数不变，对电网的谐波干小。 缺点：1）逆变管通过的电流大，需采用并联。 2）过流能力较差。 3）造价较贵。
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第二部分 整流电路的工作原理
一、电路图： 一、电路原理图
二、自然换相点： 将晶闸管 （VT1-VT6） 更换为二极管， 每个二极管最先导通的时刻。 以此点为计时时刻到触发脉冲前沿的电角度称为触发角， 用α表示。 由下图可知：ua 为参考，即 ua= 2 U2 sin (α) V. VT1-VT6 对应的自然换相点分别是： π/6，π/2，5π/6，7π/6，3π/2，11π/6，13π/6（2π+π/6）
3
Id = 577.35 A
Ia=(1.5-2)IVT/1.57=866-1154.7A 实际选：1200-1400 A. 三、 主电路的形式： 电流余量比较大。
3
T itle
1
1、
RC 并联形式：
2
3
LF
L
基本情况：适宜采用一对一供电方式,对电源的线路形式没有 限制,负载的适应性好. 优点: 1)属电流谐振,谐振电流不通过逆变晶闸管,晶闸管只 有约炉体电流的十分之一或更小。 2)并联线路由于直流环节用有铁芯的大电感(LF)滤 波，对短路电流的抑制作用好。 3）操作方便。可在任意功率下启炉。 缺点：1）低功率下功率因数低。 2）难以实现双向一拖二供电。
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Id=Id(常数)， ivt7=ivt10=Id; ivt8=ivt9=0 uvt7=uvt10=0; uvt8=uvt9=un 2、VT7-VT10 同时导通：
VT10 的导通和 VT7， VT10 的关断， 形成的环流 i 有利于 VT8， 同时要注意，VT8 和 VT9 的脉冲必须在电压 UN 过零以前触发， 触发脉冲时刻到 UN 过零点的对应角度为逆变超前角 （引前角Φ） 。 此时；id=Id(常数)。 ivt7+ivt8=Id; ivt9+ivt10=Id; uvt7=uvt10=uvt8=uvt9=0 VT8，VT9 的电流从 0 开始增加，VT7，VT10 的电流从 Id 开 时降低，当 ivt8=ivt9=Id,ivt7=ivt10=0 时，VT8，VT9 导通 VT7，VT10 关断。
自然换相点
ua
ωt
uVT1 uVT2 uVT3 uVT4 uVT5 uVT6
触发角 α
60 °
ωt ωt ωt ωt ωt ωt
四、 α与相电压相互位置关系： 1） 、变频/中频启动前，α＝150 。 2） 、启动后，调节电位器，α应从 150 到 0 。 3） 、当发生故障时（过流、过压、缺水、缺相） ，α应立即变为 150 （称为拉逆变） 。
ic
C
L iL
IL=Ic=QIn （In、IL、Ic 分别是 iN，iL、ic 的有效值） Q：品值因数 (熔炼 15-20，透热：5-7，淬火：3-5) 举例: 500KW， Id=1000A，In=0.9Id=900A. IL=IC=（15—20）×900=1.35—1.8 万安 实际要小于此值。
0 0 0 0
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u 2a
α =0 ℃
α =1 50℃
ωt
u VT1 u VT1
15 0℃ ωt ωt
五、 输出电压 ud: 以 ua 为参考，加参变量触发角α，得到的导通时刻分别为： π/6+α，π/2+α，5π/6+α，7π/6+α，3π/2+α，11π/6+α 13π/6+α（2π+π/6+α） 。 可得导通时刻、 导通元件、 输出电压、 晶闸管电压的相互关系表为：
VT iA A G K
uAK
1
2、特点：半控器件—能控制导通而不能控制关断。 3、导通的两个条件： 1） 、阳极（A）加正相电压（A+，K-）—外部条件。 2） 、iG＞0 (G+,K-)—内部条件。 4、关断的条件：
4 5
IA＜IL（维持电流）—内部条件。 IL：毫安级。 一般认为阳极电流 IA 几乎为零。 5、VT 的伏安特性：
ωt
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其中：Ud 为输出电压的波形。 Uvt1 为晶闸管 VT1 的两断电压波形。
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第三部分 逆变电路的工作原理
一、 电路图：
说明：VT7-VT10 为逆变晶闸管。 iN 为变频/中频输出电流，iL 为负载电流（槽路电流） 。 L7-L10（未画）为与 VT7-VT10 串联的换相电感。 二、 工作过程： 1、VT7 和 VT10 导通，VT8-VT9 关断（UN 的正半周） ：
6 2 2 4 4 6
Uab Uac
0 0
Ubc 0 0 Uac Uac Ubc
Uba Uba 0 0 Ubc Ubc
Uba Uca Uca 0 0 Uba
Uca Uca Ucb Ucb 0 0
0 Ucb Ucb Uab Uab 0
Ubc Uab Uba Uab Uca Uac Ucb Uac
由上表可见：输出电压 Ud 的值分别为：
uab ua
ωt
ud
uab uac u bc u ba u ca ucb uab
o =0 α
ωt
uVT 1
u d ucb uab uac u bc u ba u ca ucb uab
=30 o α
ωt
uVT 1
ud ucb uab uac u bc u ba u ca ucb uab
o =60 α
uVT 1
4 5
（一般：钢 0.5～0.6，铜 0.3～0.4，铝 0.35～0.45） 六、倍压电路的输出电压：
LF
U2 VT7 VT8 C VT1 VT3 VT5 L7 L8 C U1 L UL
u v w
VT9 VT10
VT4
VT6
VT2
U1：变频/中频输出电压（750V） UL＝U1＋U2 （大小） 1) C1= C2= C, UL＝U1＋U2=2 U1 (2 倍压),
7、VT 的选择公式： Ue=(2-3)Um Ia=(1.5-2)IVT/1.57 Um-实际工作电压的幅值。 IVT -实际工作电流的有效值。
举例： 380V 进线，500KW（1 吨炉） 。 Ue=(2-3)Um=（2-3 ）× 2 380=1074.8-1612(V) 实际选：1200V 对 500KW，Id=1000 A , IVT = 1
2
3
5
1
2
3
4
四．主电路参数计算（以并联为例）
IVTR VT1 VT3 VY5 Id LF IVTI VT7 VT8 I1
I2 U2
FU
Ud
IL L7 L9 L8 L10 VT10 C L U1
VY4
VT6
VT2
VT9
其中：U2、I2 为进线相电压、电流的有效值； Ud、Id 为直流电压、电流的平均值； U1、I1 为变频/中频输出电压，电流的有效值； IvTR，IVRI 分别为整流管和逆变管电流的有效值； IL 感应加热炉线圈电流的有效值。 Ud=2.34 U2 COSα=1.35 U2L COSα Id ＝Pd/Ud I2＝
导通时刻 π/6+α—π/2+α π/2+α—5π/6+α 5π/6+α—7π/6+α 7π/6+α—3π/2+α 3π/2+α—11π/6+α 11π/6+α—13π/6+α
导通元件 共阴 共阳
输出 电压 Ud Uvt1 Uvt2
晶闸管电压 Uvt3 Uvt4 Uvt5 Uvt6
1 1 3 3 5 5
变频/中频电源基本原理及系统结构
第一部分：几个基本概念
一、 变频/中频电源： 1、 概念： 频率在 200Hz—10000Hz,功率在 50KW—4000KW（或更大） ，由 三相工频变为单相变频/中频的变频电源。 2、 特点：
1） 、负载为 LC 谐振工作方式，没有负载就无法工作。 2） 、电源工作频率与负载的谐振频率有关。 3） 、LC 并联谐振工作方式属电流型逆变器，需要串联大电感 进行滤波，一般通过调整整流器的α角调整变频/中频输出电压。 4） 、LC 串联谐振工作方式属电压型逆变器，需要并联大电容 进行滤波，一般通过调整输出的频率调整输出电压。 二、 晶闸管（可控硅） ： 1、符号：VT
3、
VT8 和 VT9 导通，VT7-VT910 关断（UN 的负半周） ：
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id=Id(常数)。 ivt7=ivt10=0; uvt7=uvt10=0; ivt8=ivt9=Id; uvt8=uvt9=-UN
三、 逆变电路工作的波形：(见下页) 下图是逆变器各部分的正常波形。图中（a）和（b）分别是两个 对角桥臂晶闸管的门极脉冲波形；图（c）是逆变晶闸管电流波形， 图中 r 是换相角；图（d）是逆变输出电流波形；图（e）和图（f） 分别是两对桥臂上晶闸管阴阳极之间的电压波形， 波形中电压为零的 部分是晶闸管导通区，波形中负电压的宽度δ/ω是供晶闸管关断的 恢复时间，此时间必须大于晶闸管的关断时间，才能保证逆变器可靠 工作；图（g）是逆变桥直流侧电抗器后的电压波形；图（h）是逆变 输出的电压波形，图中Φ为逆变输出电流超前输出电压的相位角。
iA
iG2
iG1
iG=0
Uro Ubo
uAK
其中：Ubo—正向转折电压。 URO—反向击穿电压。 当 VT 两端的电压超过此值时 VT 一般要损害，实际工作电压远 低于此电压，仅为此二值较小的 1/3—1/2。
2
6、VT 的理想伏安特性:
iA
iG 0
uAK
VT 导通时： VT 关断时：iA=0
uAK = 0
1 2
f=1/(2π LC / 2 ).
2) C1=2C,C2=C,U2= U1,UL＝U1＋U2=1.5 U1, f=1/(2π 2 LC / 3 ). 3) C1=C, C2= 2C ,U2=2U1 ,UL＝U1＋U2=3 U1, f=1/(2π 2 LC / 3 ). 可见：当电源功率不合适时，可以通过改变电容连接方式加以调整。
6
6 U2 ,IvTR 2 U1 ,IvTI
整流变压器的视在功率(容量): S 五.加热炉有功功率的选择: Pd =
C ·Δ T · G (KW) 0.24 ηt
其中：C-被加热工件的比热（Kcal/kg℃） 。
钢：0.168
Δ T －被加热工件的温升（℃） 。— （终温－室温）
G－被加热工件的质量（Kg） 。 t－生产节拍（时间） （S） 。 η－电源的总效率 。