《交流变频调速技术》习题课

《交流变频调速技术》

习题课

庞新民

ABB

分析题

【分析题1】

三相逆变桥的结构如图2所示，简述三相逆变桥工作过程。为什么低压变频器逆变开关器件不宜使用硅可控（SCR），而使用绝缘栅双极

型晶体管(IGBT)？

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a)、三相逆变桥的构成b)、三相逆变桥的输出电压

图1 三相逆变桥

及其工作

【分析与解答】

(1)、三相逆变桥工作过程如下：

如图1电路，逆变桥采用绝缘栅双极型晶体管(1GBT)作为开关器件，它由6个桥臂组成。其逆变电路的基本工作方式是180°导电方式，即每个桥臂的导电角度为180°，同一组上下2个桥臂交替导电，因为每次换相都是在同一相上下两个桥臂之间进行的，因此称为纵向换相。

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6个管子控制的导通顺序

为V

1～V

6

，控制间隔为60°，这样，

在任一瞬间，将有3个桥臂同时导通。可能是上面1个桥臂和下面2个桥臂，也可能是上面2个桥臂和下面1个桥臂同时导通。逆变电路输出的电压波形如图1b)所示。

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显然，三相逆变桥与单相逆变桥的区别是：单相逆变桥交替过程之间互差二分之一周期(T/2)；三相逆变桥交替过程之间互差三分之一周期(T/3)，从而使三相输出电压的相位之间互差(2π/3)电角度就可以了。

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(2)、之所以低压变频器逆变开关器件绝大多数使用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，而不使用硅可控（SCR），是因为逆变桥必须同时满足以下要求：

①、能承受足够大的电压和电流：我国三相低压电网的线电压均为380V，经三相全波整流后的平均电压为513V(k=1.35)，而峰值电压则为537V(k=1.05)。

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②、允许频繁地接通和关断：硅可控（SCR）在直流电路中不具有自行关断的能力，在逆变桥中，其相互关断的电容器要求电压高、容量大；并且在不同的负载电流下，硅可控逆变桥的关断条件也并不一致，影响了工作的可靠性。IGBT具有较好的频繁地接通和关断性能。

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③、接通和关断的控制必须十分方便：硅可控(SCR)控制驱动电流大；而绝缘栅双极型晶体管(1GBT)是场效应晶体管(MOSFET)和电力晶体管(GTR)相结合的产物。它是一种以极小的控制功率来控制大功率电路的器件，接通和关断的控制十分方便。

所以，低压变频器逆变开关器件绝大多数使用绝缘栅双极型晶体管(I G B T)，而不使用硅可控

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【分析题2】

低压通用变频器拓扑结构如下图，它由整流电路、中间电路、逆变电路三个部分组成。设逆变桥所用的开关器件是IGBT。简述低压通用变频器各电力元件的作用，并说明为什么每个IGBT旁边，反并联

一个二极管(VD

1～VD

l2

)？

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图2低压通用变频器主电路

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【分析与解答】

(1)、输入电路(整流部分)：在中、小容量的通用变频器中，整流器件采用不可控的整流二极管或二极管模块，如图2所示；它是变频器输入电路，

电压为电源电压U

S ，电流是整流电流,

即变频器的输入电流I

S 。一般变频器

整流模块由六个二极管构成，三相输入端分别为R、S、T(或L1、L2、L3)；输出端为P(直流“+”端)和N(直流“-”端)。

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(2)、直流电路(中间部分)：三相全波整流后的电压波形脉动较大，需要进行滤波。由于受到电解电容的电容量和耐压能力的限制，滤波电路通常由若干个电容器并联成一组，又由两个电容器组串联而成。直流电压指示灯HL通常是在主控板上，表示滤波电容器CF上的电荷是否已经释放完毕；由于CF的容量较大，电压较高，如不放完，对人身安全将构成威胁。

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(3)、输出电路(逆变部分)：

开关器件VI

1～VI

6

构成逆变桥，其功

能是把直流电转换成频率可调的三相交流电。逆变电路实际输出线电压的波形是经过SPWM调制后的高频脉冲系列，但就宏观效果而言，它和正弦波是等效的。

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(4)、在变频器的逆变电路里，逆变桥每个IGBT旁边，都反并

联一个二极管(VD

1～VD

l2

)。这是由

于外加电压和电动机定子绕组的反电动势之间相互作用的需要。

因为逆变管只能在电源作功时单方向导通，因此，必须为反电动势作功提供安全回路，反向二极管就是为此而设立的。

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【分析题3】

某厂的饮料传输带进行设备改造后，新设备上已经有变频器了，原有的变频器被空置。于是把旧变频器用到了容量相同的鼓风机上。结果在起动时，频率上升到5Hz就因“过电流”而跳闸了。试分析其原因。

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a)、变频器接至传输带b)、变频器接至风机

图3变频器从传输带上拆下接至风机示意图

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【分析与解答】

对二次方律负载，在低转速(频率较低)运行时，负载的阻转矩很小，电动机的有效转矩也比负载转矩大得多，故变频器专门设置了若干根“负补偿线”，在低频运行时，电压应适当减小；

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而恒转矩负载，必须考虑在物料最多的情况下，低频时也能带动负载的问题，因此，应该选择具有“正补偿量”的U/f线，使电动机的有效转矩足以克服负载的阻转矩。

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所以，如图5所示，当变频器用于传输带电动机时(恒转矩负载)，在低频运行的情况下，是需要一定的电压补偿的——“正补偿量”。而风机则是二次方律负载，低频运行时，非但不需要正的电压补偿，相反地，还应该进行负补偿——“负补偿线”。

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