1、*小孫學(xué)變頻*一變頻器的主電路（一）張燕賓小孫是藍(lán)天公司的電氣工程師,多年來從事電子設(shè)備的維修丁作。近幾年來，各種設(shè)備里應(yīng)用的變頻器越來越多，小孫彼安押來專門從爭變頻器的調(diào)試和維護(hù)。這川小孫從倉庫里領(lǐng)出了臺變頻器.打篩配用到鼓風(fēng)機(jī)上g按照觀定先通電測試一下。誰知一通電.就發(fā)現(xiàn)冒煙,立刻切斷了電源。把蓋打開后,發(fā)現(xiàn)有一個電阻很燙。小孫想,在開蓋情況下再通電觀察次。這一回，電阻倒是不冒煙了.但不噲兒,變頻器便因矢壓”而跳閘了。用萬用表一量，那個電阻已經(jīng)燒斷了。經(jīng)人介紹.小孫找到了一位退休老高工張老師。“你們那臺變頻器在倉庫里存放了多長時間？”聽完了小孫的惜況介紹后，張老師問。“大約一年多一點“我知

2、道了?！睆埨蠋熜刎瓿芍竦卣f?！霸诜治鲭婈柮盁煹脑騔前，先要弄淸於變頻器里幣流濾波電路的特點/“老師,我不大明白.變頻器的中間為什么要加進(jìn)一個直流電路呢?M“好吧,那我們就先從交-n-交變頻器的基本結(jié)構(gòu)講起廣張老師拿r張紙,不緊不慢地臨出交一譏一交變頻器的柜圖.如圖一1所示,然后說:你瞧，電網(wǎng)的電壓和頻率是固定的。在我國,低壓電網(wǎng)的電壓和頻率統(tǒng)-為380V.50Hz,是不能變的。要想得到電壓和頻率都能調(diào)節(jié)的電源.必須自己“變出來才便于控制。所謂變岀來當(dāng)然不可能象變魔術(shù)那樣憑空產(chǎn)生出來,而只能從另種能源變過來。這”另種能源J便是直流電因此，交一直一交變頻器的工作可分為兩個某本過程:U）交一直變換

3、過程就是先把不可調(diào)的電網(wǎng)的三相（或單相）交流電經(jīng)整流橋整流成直流電。（2）直一交變換過程減是反過來又把fl流電“逆變”成電壓和頻率都代意可訓(xùn)的相交流電。你方才說的那臺變頻器的問題,我的判斷是出在交一冇變換里。我們就來討論這部分電路吧二1交一直變換電路“所謂交一直變換電路就是是整流和濾波。在低壓電路里，哪種濾波方式效果最好?M老張又問。“應(yīng)該是兀形濾波J小孫答。“可是，變頻器里卻不能用江形濾波?！弊冾l器不用n形濾波“為什么呢？M小孫真還沒何想到過這樣的問題，不覺來了精神。r(實.你只要比較-下這兩種整流濾波電路的區(qū)別就明白了張老師說者.隨宇就畫出了兩個整流濾波電路.如圖12。然后說:“瞧，71形

4、濾波禮電路里要申聯(lián)個電感L或電陽R的：不管串聯(lián)什么，它總要產(chǎn)生個電壓降A(chǔ)t/,使后面的電壓比前面的電壓血小一點含這在低壓電路里是沒有關(guān)系的,如果覺得Um太小了你可以在設(shè)計變壓器時適當(dāng)提髙一點別方電壓就可以了?！卑。抑懒??！毙O如夢初醒：“變頻器前面沒有變壓器,不可能提高電壓。M是，稍為有點電壓降不行嗎？”“不行！”張老師斬釘截鐵地說?！耙驗樽冾l器要求后面逆變出來的三相交流電.在50Hz時的電壓能夠和前面的電源電壓-般大。要是亶流電壓減小了的話,逆變岀來的.相交流電壓，在50Hz時就達(dá)不到380VJ那人家就會說.你這個變頻器不行，電壓不夠。所以,變頻器里只能用電容器濾波圖1一2整流和濾波電路

5、(a)低爪整流濾波迫路(b)變頻器整流濾波電路好象是用兩組電容器串聯(lián)起來的，為什么呢？小孫來興趣，努力思索看要主勸地問一些問題。“那是生產(chǎn)水平的問題。迄今為止,全世界生產(chǎn)的電解電容器的最高耐壓,只有500V,而380V全波整流后的咐(UJk是537V。按照國家規(guī)定，電源電壓的允許上限誤怎是+10%,UU4I8V-全波整流后的峰值電壓是591V。此外,變頻器在運行過程中允許的最高直流電壓對達(dá)(700-800)V,而心逆變的過渡過君中，瞬間的直流電壓茯至川能高達(dá)1000V呢。所以,只能用兩組電容器串聯(lián)來解決?！睆埨蠋熁卮鹫f?！斑€有.我曾打開變頻器看過u每個電容濡旁邊.都并聯(lián)一個電阻好象叫均壓電阻。

6、町它們的電阻值很大,約為幾Ig而瓦數(shù)卻不大,好象只有iow左右，它們能起到均壓作用嗎？八小孫顯轅出副疑惑的神悄C均壓電阻的學(xué)問“那就讓我們來看看吧?！睆埨蠋熩媸钟之嬃艘粋€圖,如圖1一3。接著說:“圖中電容器C1的充電回路由C1和RC2構(gòu)成:C2的充電回路山C2和RC1構(gòu)成=RCI和RC2的電陽值是相等的：/?Cl=/?C2如果兩個電容器紐的電容量仃差異，假設(shè)：C|/R2這樣電容器C21：要多充一些電,&2就得到了提高。結(jié)果是和以2趨向于均衡:Uc嚴(yán)g當(dāng)然，耍絕對均衡是不可能的C至于瓦數(shù)么,你自己算算看/小孫立即拿起筆來,剛要下筆，卻又難住了,問:“電壓值按多大算呢？”“每個電容器上的平均電壓可

7、以按300V“電陰么,好象是30kd這就好算了只見小孫在紙上算了起來:nU230()2P3WR30000“喲,還綽綽有余呢小孫說“我以前總喜歡估計個大槪數(shù)據(jù),很少具體計離看起來.以后還是要算算的好。還有-個問題,那個冒煙的電陽是在整流橋和濾波電容之間的，這在低壓整流電路里是沒有的。它起什么作用呢?M限流電阻的作用“就整流和濾波的基本過程而乳低壓和高壓是相同的張老師又畫了個整流濾波電路.如圖1-4.接著說：“問題的關(guān)饑足合上電源前，電容器上是沒有電荷的，電壓為0V,W電容器兩端的電壓又是不能突變的。就是說,在合閘瞬間,幣流橋兩端p.N之間)相jlJ-fe路。因此,在合上電源時.就出現(xiàn)了兩個問題：

8、第個問題.是有很大的沖擊電流.如圖中的曲線,這有可能損壞整流管:圖1一5蘿、低壓幣流電路的區(qū)別a)低壓整流電路5離H整流電路(c)限流電路第二個問題，是進(jìn)線處的電壓將瞬間下降到0V,如圖中之曲線所示。這兩個特點，高、低壓整流電路完全-樣?！睆埨蠋熡之嬃似饋?如圖I一5。接著說:“瞧，低壓整流電路是要通過變壓器來降壓的。變壓器的繞紐是一個大電感，它猶如-個屏障,能對合閘時的沖擊電流起到限制作用,如圖a)中的曲線而變頻器的整流電路中，就沒有這樣的屏障,沖擊電流就要嚴(yán)重得多,如圖(b)中之Jill線所示。至于進(jìn)線側(cè)的電壓波形.其實.在低壓整流電路中.變壓器的副方電壓.也同樣要瞬間降到0V的如圖(a)

9、中ZlHl線。但反映到變圧器的原方.這樣的瞬間降壓，就被緩沖了.如圖(a)中之曲線.對同一網(wǎng)絡(luò)中的具他設(shè)備不構(gòu)成干擾。變頻器整流電路中沒有這樣的緩沖，它進(jìn)線電壓就是電網(wǎng)電壓。所以,在合閘瞬間，電網(wǎng)電壓要降到0V.這將影響同一網(wǎng)絡(luò)中其他設(shè)備的匸常工竹時通常稱之為十?dāng)_。所以,在整流橋和濾波電容之間，就需要接入-個限流電阻RLo至于它的原理，你該是明白的吧?”“我來試試看吧小孫玻足了勇氣.說：“接入了限流電陽后.非但減小了通電時的沖擊電流。并L.瞬間的電壓降,也都降到限流電阻上了.電源側(cè)的電壓波形也解決了.真是-舉兩得啊。等到電容器上的電壓上升到一定程度時.再把限流電阻短路掉,對吧？可是”張老師止想

10、夸贊小孫幾句,沒想到他又來了個“可是”.于是他耐性地等著小孫的下文?！拔以?jīng)脊看過幾臺變頻器，發(fā)現(xiàn)短路器件(品閘管或接觸器)的人小是隨變頻器的容量而變的,但限流電阻的阻值和容量卻筮別不大,這是怎么回事呢？”“說得好，也問得好?！睆埨蠋煾吲d地夸贊了小孫幾句。圖1一&限流電路里的電流“我們通過具體例子來說明張老師一邊說，一邊畫出了圖1一6。然后說：“我們分開來說吧C先看限流電阻RLo嚴(yán)格地說.容量大的變頻器里，整流管的允許電流也較人。濾波電容的容靈也要大些，限流電阻的阻值應(yīng)該小.而容量C瓦數(shù)應(yīng)該人一些。但是,讓我們舉一個例f：來看下：假i殳所選用限流電阻的阻值島=506那么，即使電源電壓等于振幅值

11、Sm=1.41X380=537V.最大的沖擊電流是多大呢?“只fI0A多一點/小孫說。還你假設(shè)濾波電容的電容扇:是5000pF,充電時間有多長呢?小孫很快算了起來:r=/?LC=50X5000=250000MS=250ms=0.25s“只有0.25s?！毙O抬起頭來，說?！澳鞘浅潆姇r間常數(shù),充電時間應(yīng)該是它的3倍到5倍?！睆埨蠋煾f?！熬褪钦f,充電時何大約是0.75s到1.25s之間,籠統(tǒng)一點說.是Is左右吧。這樣的充電電流，和這樣的充電時間.對于人多數(shù)規(guī)格的變頻器來說，都是町以接受的吧？所以，住產(chǎn)丿家為丁減少另部件的種類.采】IX了多種規(guī)格的變頻器選用同規(guī)格限流電阻的做法。至于電阻的容量變

12、頻器在倉庫里時間放長了，就報廢了？”小孫感到疑惑?！爱?dāng)然不是。長時間不用的電解電容器,通電時.應(yīng)該先加約50%的額定電壓.加壓時間應(yīng)在半小時以上.如圖1-8所示咬它的漏電流就會降下去,也就可以正常使用了。所以.你回去以后,先用萬用表測量下電容器是否短各。如并未短路.外觀上也沒有異常.則如圖那樣通電半小時以后，電容器將可以恢復(fù)/“太好了！”小孫髙興地說。接著又問：“您說電阻冒煙還有另一種可能性?”小孫接著問?！暗谌N可能,就是旁路接觸器KM或品閘管沒有動作。結(jié)果,使限流電阻長時間接在電路里“那，怎么來判斷旁路接觸器或晶閘管是否動作了呢?”小孫問。旁路器件應(yīng)該在濾波電容器己經(jīng)充電到定程度（例如，電

13、壓己經(jīng)超過450V）時動作。因此，你I以右確認(rèn)濾波吐容器完好的怙況下.通電時.觀察當(dāng)直流電壓C/d上升到足夠大時,旁路器件是否動圖19旁路器件的動作檢金U）原理圖（b外部接線圖作？具體方法之是在限流電阻兩端并聯(lián)一個電壓表PV1，同時在濾波電容兩端也接一個電壓表PV2再將兩個串聯(lián)的燈泡也接到濾波電容的兩端.作為負(fù)載.如圖1一9。通電后如果PV2顯示-打IJIE8S*nE(a)(b)(c)圖1一14IGBT的粗測(a)GE接電池(b)拿掉電池(c)接入電阻“哦?你是怎么量的?”張老師頗感興趣地問.“您瞧，”小孫一邊畫了個圖丨一14邊演示起來“當(dāng)電池的+端接G極，一端接E極，如圖(a)所示時.IGB

14、T管是導(dǎo)通的unJJZ.我把電池拿掉后,IGBT管仍然是通的.如圖(b)所示。這不和晶閘管差不多么？”“你給我拿一個電阻來，阻值不限報老師伸出手說。小孫從包里找出個10kC的電陽遞給了老張.只見老張把那個電陽往GE間-接.萬用表的顯示立刻就指向“8”了。然后說：“因為IGBT管的G、E間是絕緣的，所以，你方才把電池京抻時，G極上的電荷不能釋放，所以,IGB，管保持著導(dǎo)通的狀態(tài)。在G.E間接入了個電阻后，G極上的電荷很快釋放掉了,你所謂的晶閘管現(xiàn)象也就不存在了?！薄霸瓉硎沁@樣/小孫高興地說接著又問：“它是怎樣把直流電逆變成交流電的呢?”直流電怎樣變成交流電？“先從簡單一點的單相逆變橋說起吧張老師

15、又找出了張圖.如圖I-15,然后說:“用4個IGBT管組成一個橋形電路，ZL是負(fù)載，如圖a)所示首先訃VI、V2導(dǎo)通.V3、V4截止。這時候的電流如紅色箭頭所?。簭碾娫瘩鈽OP+出發(fā).經(jīng)VI后流經(jīng)負(fù)載ZL又經(jīng)V3流向電源負(fù)極N()。注總：半它流經(jīng)負(fù)載時是從a端流向b端的。我們把這種惜況下的電壓作為的正方向，即陸為+幅值等于直流電壓d，其電壓波形如圖b)中時間段or所示。然后.又讓V3.V4導(dǎo)通，VI、V2截止。這時候的電流如藍(lán)色箭頭所鳳從P(+)出發(fā),經(jīng)V3后流經(jīng)負(fù)載ZL.又經(jīng)V4流向N()。當(dāng)它流經(jīng)負(fù)載時，是從b端流向a端的。所以，也為一,幅值也等于直流電壓心，電壓波形如圖(b)中時間段hf所

16、示。讓VKV2為一組,V3、V4為另-纟II,并讓它們不斷地交簪導(dǎo)通和截止則負(fù)載中流過的，便是交變電流了/圖1一15單相逆變橋a)VI.X2導(dǎo)通(bV3V4導(dǎo)通“這6個IGBT管就組成了三相逆變橋，如圖(a)所示,只要各相Z間？必三分之i周期(T/3)就可以了.如圖(b)。可是.怎么實施呢？”“找出規(guī)律呀張老師指著圖上說：“在第1個T/6內(nèi),令VI、V6.V5導(dǎo)通.第2個T/6內(nèi)，令VI.V6.V2導(dǎo)通、,以此類推就可以了?！薄霸趯嶋H的逆變模塊中為什么每個IGBT管旁邊.都耍反并聯(lián)圖1一16三相逆變橋a)電路結(jié)構(gòu)(b)備竹的導(dǎo)通規(guī)律個二極管呢？”小孫問。為什么要反并聯(lián)二極管？“耍說淸楚這個問題

17、.備耍先復(fù)習(xí)卜電丄基礎(chǔ)的知識o悵老師說育,又從預(yù)備好的圖紙中找出了一張電阻、電感電路圖,如圖“圖(a)是一個R、L電路，圖(b)是電路內(nèi)電壓紜電流的瞬時值曲線。我們知道.在R、L電路內(nèi)，電流足比電爪滯后卩角的。0時間段內(nèi)，電壓為+而電流為一(圖(b)中的A區(qū))，說明電流和電壓是反方向的,如圖(a)中的藍(lán)色箭頭所示。這時候的電流.是自感電動勢克服電源電壓的結(jié)果，是磁場在作功。而在h-h時間段內(nèi)，電壓和電流都為|-I7o1-17電阻、電感電賂a)R、L電路(b)電壓電流曲線+(圖(b)中的B區(qū)人說明電流和電壓是同方向的.如圖(a)中的紅色箭頭所示。這時候的電流,是電源電壓克服自感電動勢的結(jié)果,是電

18、源在作功。就是說,RL電路在I作過檸中.存在著電源和磁場之間不斷地交換能量的過程。當(dāng)然.因為不是純電感電路.丿喬以總的來說.B區(qū)比A區(qū)大一些，電源所作的功要多一些/“您是說也動機(jī)在工作時,也要和血源交換能杲?”小孫似有所悟?！鞍?，我明白了/小孫從老張的圖紙里找出了一張如圖1一6說:因為電動機(jī)的定了繞紐也是個R、L電路呀。讓我們看仃細(xì)點張老師又拿出了一張圖,如圖1-18.圖1一出變頻器的輸出電路“和直流電源交換能量?”盡管小孫己經(jīng)齒定了這個謎底.但您起直流電源的電壓是不變的，總覺得有點難以理解。館說得更明確一點是和il流電$里的濾波電容之間進(jìn)行充、放電啊?！睆埨蠋熜ξ卣f?！澳钦f，電動機(jī)的定

19、了繞組也要對濾波電容充、放電?M小孫己經(jīng)有點明白了.但因為總也沒有這樣思考過總覺得不人有把握似地?！盀槭裁床荒?不過在這里要事先說明一下,變頻器的輸出電壓吐是有-些諧波分童的.我們這里.只君它的基波分擔(dān)當(dāng)電流與電壓反方向（如圖中的A區(qū)所示時.實際上是電動機(jī)的反電動勢在向濾波電容充電。但是，IGBT管是只能單方向?qū)щ姷?所以,必須要為充電電流提供條路徑.這就是反向二極背的作用。充電電流的路徑如圖中的藍(lán)色箭頭所示。U迫流和電爪同方向（如圖中的B區(qū)所示）時，則是濾波電容通過IGBT管向電動機(jī)繞紐放電的過程，放電迫流的路徑如圖中的紅色箭頭所示/“原來是這樣小孫趕緊在筆記本上記錄了起來。等小孫記錄完畢.

20、張老師說:“對于變頻器主電路結(jié)構(gòu)的討論,恐怕可以告段落了。接卜來要討論的是主電路里的運行數(shù)據(jù)了.如輸出電壓和電流、輸入電流等等,你先回去預(yù)習(xí)吧/小孫的筆記直流電逆變成交流電的雖本方法.是使兒個開關(guān)器件不斯地按照一定的規(guī)律交替導(dǎo)通的結(jié)果.目前在低壓變頻器中，普遍采用的是IGBT慘.它的主體部分和晶體管相同，也冇集電極和發(fā)対極。而它的控制極卻和絕緣柵場效應(yīng)管類似，稱為控制極。電動機(jī)定子的等效電路是電阻電感電路，它和直流電路之間，存在著能唾交換的過穆，具體地說.要沖濾波電容器進(jìn)行充放電：為此在每個IGBT管旁邊.揶必須反并聯(lián)二極管.為電動機(jī)繞組向滋波電容器充電提供通路“一.變頻器的主電路（二）（一2

21、）張燕賓3.變頻器的逆變器件一IGBT管圖119【GBT的額定電壓和漏電流a)&e=OVb)t/GE=-5V小孫対于低壓電子技術(shù)是比較熟悉的，但對丁變頻器用的IGBT管，總覺得還了解得不人深入.這天晩上,他專門準(zhǔn)備了些關(guān)于IGBT管的問題.來向張老師請教。IGBT管的主要參數(shù)“首先，GBT管C、E間的額定電壓和漏電流為fl么“(/ceo和Sex，以及/ceo和/cex的區(qū)別？因為爭先已經(jīng)通了電話張老師已經(jīng)準(zhǔn)備好不少圖紙了。只見他拿出了圖1一19,說:笑在變頻器里.IGBT?十足用來作為開關(guān)器件的。具體地說，是利用它的飽和導(dǎo)通和截止這兩種狀態(tài).為了使這兩種狀態(tài)能夠比較可靠.件飽和導(dǎo)通時應(yīng)該盡屋加

22、大G、E間的驅(qū)動電壓，而在截止時,通常禮G、E間加入反向電壓。當(dāng)然，如果并非用在開關(guān)狀態(tài)的話,G、E間的反向電壓是沒有必要的。于是，【GBT就有兩種截止?fàn)顟B(tài):G、間不加反向電壓和加入反向電壓。圖1一19(a)所示是t/OE=0V時的情況,額定電壓和漏電流分別是&fq和ZcEO：圖(b)所樂是gE=5V時的情況,額定電壓.和漏電流分別是t/cEX和，CEX“我査了一下資料.發(fā)現(xiàn)IGBT管在飽和導(dǎo)通時的管壓降達(dá)33V.有的甚至還要大呢。圖1-20晶體管和IGBF的飽和壓降(a)開關(guān)晶體管(b)IGBT管這和低壓開關(guān)管的飽和壓降0.3V比較起來，大了10倍還多呢/小孫說。“太大了，是不是？”張老師反

23、問了一句,他拿出了兩本手冊，說：“讓我們用數(shù)據(jù)來說話吧/接希他又在紙上畫了起來.如圖1-20所示。然后說：3DK4是低壓開關(guān)管中比較人的-種.它的額龍集電極電流是800mA,也就是0.8A,飽和壓降如你所說，是0.3V：2MBI200N是種不算很大的IGBT管，其額定集電極電流是200A.飽和壓降是3.3V。你來算一算這兩種管子在飽和導(dǎo)通時的等效電陽吧?！毙O于是在紙上演篩了起來：3DK4開關(guān)管：集電極電流：4=0.SA；飽和壓降：l&s=03Vc飽和導(dǎo)通時的等效電阻:Rces=CES=0.375Qfc0.82MB1200N型IGBT粽集電極電流:Zc=200A:飽和壓降:t/cEs=3.3V

24、H飽和導(dǎo)通時的等效電阻：Rcfs=乞竺=0.0165(2lc200“沒想到，IGBT管在飽和導(dǎo)通時的等效電阻耍小得多呢?！毙O抬起頭來，說。接看又問：“IGBT管還有哪些重要參數(shù)？”“作為一個開關(guān)湍件，很亟耍的件事惜，就是它的開關(guān)速度了。具體地說就足開通時I可3和關(guān)斷時I可/off拿方才舉例的2MB1200N型IGBT管來說,它的數(shù)據(jù)是:心尸12心心嚴(yán)15吟需要注怠的是，環(huán)境溫度升高，或者集電極電流增人，都會使開通時間和關(guān)斷時間有所延長IGBTW的功耗怎樣？”小孫又問?！癐GBT管的功耗主要有三個部分：第個部分叫作通態(tài)功耗粗略地說,它就等于集電極電流與飽和壓降的乘積:式中，心一通態(tài)損耗W；/c

25、集電極電流，A：&ES飽和壓降Vo第二個部分IGBT管每開關(guān)-次，都會消耗一定的功率，稱為開關(guān)損耗.具體地，則冇開通損耗幾爪和關(guān)斷損耗For-.它們和集電極電流以及溫度之間的關(guān)系如圖1-21所示。由圖可知：集電極電流越人，開關(guān)損耗越大：溫度越高，開關(guān)損耗也越人第三個部分，繪和IGBT反并聯(lián)的續(xù)流二極管的功耗的人小)通過續(xù)流二極代的平均電流b成正比IGBT管的驅(qū)動電路“IGBT管的驅(qū)動電路有什么要求和特點?“好吧,先說說對驅(qū)動電路的主要要求。首先，是對驅(qū)動電壓的要求：(I)正向電壓Use的大小,直接影響著IGBT的飽和壓降SeS1GE越人tCES就越小。但在負(fù)載側(cè)發(fā)半短路時.IGBT承受短路電流

26、的能力將越差。所以,“GE并不是越大越好。通常，選&E二15V1O%(2反向電壓反向電壓的作用，是縮短關(guān)斷時間：二是萬一在G、E間出現(xiàn)干擾信號.也能保證IGBT處于截止?fàn)顟B(tài)。但太人了也會產(chǎn)生副作用，如不利于下次IGBT管的迅速導(dǎo)通等。通常，選Ser=I0一5Vc其次，是對控制極電陽的耍求。右妙動模塊和IGBT的控制極之間是需耍接入控制極電阻Roe的,如圖1-22(a)所示。而的大小，將直接影響希IGBT的開通時間和關(guān)斷時間.如圖(b)所赤FgU)圖I一21IGBT的開關(guān)損耗(a)開通損耗(b)關(guān)斷損耗”小孫又問。車(a)控制極電阻的影響圖1-22(a)控制極電阻(b)Rg的影響通常，選Rge=

27、I00500Qc“現(xiàn)在，驅(qū)動模塊的品種繁多,有沒有一個共同的框圖？”小孫接著問。誨-種EXB系列的驅(qū)動模塊，其框圖如圖1-23(a)丿喬示。1作電源施加于號腳和號腳Z間：號腳為+20V,號腳為0V在號腳圖1一23【GBT的驅(qū)動電路(a)EXB模塊楸圖(b)控制電爪Uge和號腳之間,又有一個由RI和DW構(gòu)成的穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓值為+5V,接到號腳，并ljIGBT的E極相接?？刂菩盘枏?一(M)腳輸入=當(dāng)(15)(14)間冇輸入信號時.經(jīng)放大后的A點處于高電便使V01導(dǎo)通.V02截止,號腳的工作電壓經(jīng)V01到號腳,并輸出到IGBT的G極.使G極電位為+20V。因為E極已經(jīng)和號腳的+5V相接.所以,Ug

28、e=+】5V當(dāng)胸一(14)間的輸入信號為0時,A點變成低電位使V01截止,V02導(dǎo)通，號腳經(jīng)V02仃工作電源的0V相接，對FIGRT來說，G極為OV,E極為+5V.U3e=-5Vo如圖(b)所示?！薄拔以屑?xì)看r-下,發(fā)現(xiàn)六個驅(qū)動電路好象不大一樣？”小孫不大冇把握地問C“你瞧張老師邊拿出了圖1一24,邊說下面的丁個驅(qū)動電路,都和直流的負(fù)極相jn圖丨一25驅(qū)動電路的粗測接。丿無以，它們淚U以共川一個驅(qū)動電源。對上面的三個驅(qū)動電路呢,它們分別和U相、V相和W相相接，要是共電源的話,豈不把輸出的相短路了?所以上面的三個驅(qū)動電路只能單獨供電,且相互之間必須可靠絕緣/“驅(qū)動電路的好壞,能不能用萬用表粗測

29、？”小孫問?！爱?dāng)然可以.如圖1一25所示。但是.在不羋握確切數(shù)據(jù)的情況F.只能采取對六個模塊的輸入側(cè)和輸出側(cè)進(jìn)行比較的辦法來進(jìn)彳r判斷/“難道就沒仃辦法對塊單獨的驅(qū)動電路進(jìn)行測試么?”小孫窮追不捨地問。辦法總是有的張老師找出了圖126.接著說:“仍以EXB為例，用-個20V的穩(wěn)壓電源,接到號腳和號腳Z間力張動電路的輸入側(cè)通入測試電流71P測試電流的大小應(yīng)該在410mA之間,測試電流由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA控制。在號腳和號腳之間.接入電壓表.以測量其輸入到IGBT的G、E之間的電壓。你能不能試著分析一下？“試試看吧小孫點點頭,把圖拿到了自己身邊.然后說當(dāng)把SA閉合時,測試電/I/I流兒流入輸入端，A點應(yīng)該

30、是+電位.VOI導(dǎo)通,V02截止電壓表上應(yīng)該是I5V；當(dāng)斷開SA時,流入輸入端的測試電流為OA,A點應(yīng)該是一電位，VOI截止,V02導(dǎo)通電壓表上應(yīng)該是一5V。對不對？張老師滿氫地點了點頭。IGBT管的保護(hù)“圖中的“過電流保護(hù)S是什么保護(hù)?M小孫指著圖,問。驅(qū)動電路里的過電流保護(hù)實際上匸要是短路保護(hù)。般的過電流保護(hù)，足根據(jù)實測電流和基準(zhǔn)電流進(jìn)行比較的結(jié)果來實現(xiàn)保護(hù)的。短路保護(hù)的卑木思路是通過【GBT管的飽和Ik降的人小.來判斷其久電極電流是杏太圖丨一27驅(qū)動電路中的短路保護(hù)大。如圖1一27所示.二極管D1用于阻隔當(dāng)IGBT截止時，集電極上的高電壓。正常情況F，當(dāng)IGBT導(dǎo)通時，S點的采樣電壓芻于

31、：Us=S+Ucfs+如R點是參考點.R點的電壓稱為參考電壓.或基準(zhǔn)電壓Ur.略大J-IGBT在額定電流FjE常運行時的釆樣電壓。所以，在正常情況下，有：Us5經(jīng)運篩放大器比較和放大，又經(jīng)保護(hù)鎖定電路后.將A點電位鎖定在低電位,迫使IGBT管迅速截止。”小孫看了看筆記上記錄的問題接看問：“還冇，IGBT管旁邊，好彖還何個緩沖電路.是不是也是保護(hù)IGBT管的？“是的,緩沖電路也叫吸收電路,主要是吸收IGBT管從飽和導(dǎo)通到截止過程中的電壓變化率的。如圖1一2&IGBT管從飽和導(dǎo)通（圖（a）到截止（圖b）的過程中.C_E間的電壓在3ps左右的時間內(nèi),從3V迅速地上升到530V,電壓變化率孚是很高的,

32、如圖（c）所示。這樣大的電壓變化率,很容易通過集電極和控制極之間的結(jié)電容CO“竄入控制極,導(dǎo)致IGBT管的誤動作,捷至損壞【GBT管。那么，怎樣來吸收這么犬的電壓變化率呢?我們首先想到的當(dāng)然是電容了,如圖1-29（a）所示.由于電容COl兩端的電壓不能躍變.就減緩了C、E間的電壓I二升率。電容器最終充入了530V的髙電壓。但是,當(dāng)1GBT管從截止變?yōu)轱柡蛯?dǎo)通時，電容器上的高電壓VT1JLVD12S:C01二二VT2（如2疋(a)C02/I/I/I/I圖1-29IGBT管的緩沖電路（a）接入吸收電容（b）串聯(lián)限流電阻（c）并聯(lián)一極管/I|/I|/I將通過IGBT管放電。叮以想彖.這瞬間的放電電流

33、是非常人的.這很人的攸電電流昔加到IGBT管的負(fù)戦電流上,IGBT管怎么能承受得了?為了把放電電流限制在允許范圍內(nèi),在放電回路內(nèi)串聯(lián)了限流電阻R01.如圖（b所示。然而.這限流堪阻在限制放電電流的同時,也使電容器失去了吸收堪壓變化率的作用為了使堪容器仍能發(fā)揮吸收電壓變化率的作用,在ROI旁邊,又并聯(lián)了個箝位極管VD01,如圖（c）所示。VDOI在IGBT管截止過程中.使GE間的電壓基本上與C01.1：的電爪相等：而在IGBT管轉(zhuǎn)為飽和導(dǎo)通的過稅中又不影響R01的限流作用。圖（C所示,是比較完整的緩沖電路。在些容量較小的變頻器中常常有所簡化?！盜GBT管的并聯(lián)“還冇小孫瞧看他的筆記本，繼續(xù)問道：

34、“我發(fā)現(xiàn)在大容童變頻器中,常常有幾個IGBT管并聯(lián)的悄形IGBT管容易并聯(lián)么？”“當(dāng)然不容易。TOC o 1-5 h z【GBT管并聯(lián)的基本要求RC21）在飽和導(dǎo)通時兩管的集!電極電流和飽和壓降都應(yīng)該相等tIV2VI（2）兩管的開關(guān)過程應(yīng)該均！衡。fV022具體措誕tU）應(yīng)選擇封裝結(jié)構(gòu)相同的！IGBT管，最好是同一批次的管子。應(yīng)該共用一個驅(qū)動電路，圖1一30IGBT管的并聯(lián)其接線如圖1一30所示。（3）安裝和接線的布局力求對稱。并聯(lián)后的額定電流應(yīng)適洪降低.般應(yīng)降低1520%。例如，兩個1OOA的IGBT管并聯(lián)后的額定電流大約為160-170A左右/小孫的筆記1.TGBT管的額定電壓和漏電流中，

35、下標(biāo)帶Leo”者（久血、人呵）是G、E間電壓為0V時的下標(biāo)帶uCEx者（Ucem/cex）是G、E間接負(fù)電壓（如L/ge=-5V）時的2TGBT管的飽和壓降Ses看起來數(shù)值挺大（如3.3V）,但因為其集電極電淑很大，實際上等效電阻是很小的.3作為開關(guān)器件TGBT管的開通時間3和關(guān)斷時間心r是兩個十分埜要的數(shù)如和這兩個數(shù)攜冇關(guān)的因素有：（1）溫度：溫度越高，開通時間3和關(guān)斷時間心r越長。（2）集電極電流：/（越大，開通時間心斗和關(guān)斷時間/（）ff也越長.（3）扌空制極電阻:心越大.開通時間心|和關(guān)斷時間心下也越長。4TGBT管在導(dǎo)通時的正向驅(qū)動電壓的范國是1215V;截止時的反向驅(qū)動電壓的范固是

36、10-5匕5驅(qū)動模塊中的過電流保護(hù)，實際上主要是短路保護(hù)。保護(hù)的依撼是TGBT管飽和壓降的大小。短路時.&、es將上升較快.緩沖電路主要是為了吸收IGBT管從飽和導(dǎo)通到截止過程中.過大的電壓變化率而設(shè)蓋的.IGBT管在并聯(lián)時.必須使網(wǎng)個管子的負(fù)荷分配以及它們的過渡過程都比較均衡.4-變頻器的輸出電壓小孫又到張老師家里，就迫不及待地拿出張單子,打算開始提問了?！奥龔埨蠋熞姞?，做了個等一等的手勢。然后說：我先問你.變頻益在變頻的同時，為什么還要變壓？”“要保持電動機(jī)里的磁通不變C小孫因為已經(jīng)預(yù)習(xí)過了，所以回答得很痛快。篁如果電壓不隨頻率改變的話，磁通為什么就耍變化了呢？”張老師乂問。變頻還須變壓“

37、這個么小孫有點抓耳撓腮了C他這幾天翻了一些憶好象是要用公式推導(dǎo)的,三言兩語說不犬涓楚。于是說：好象知道一點但不是很沽楚，還是請老師講講吧。”“我們先看一看異步電動機(jī)的能量關(guān)系吧”張老師又拿出了-張圖，如圖l-31o接著說：“電動機(jī)輸入的是三相電功率，計算公式思P=JiLVlCOSi(11)式中，凡一電動機(jī)的輸入功率，kW：圖1-31異步電動機(jī)的能量關(guān)系“L電源線電壓，V：扎一電動機(jī)定子側(cè)的線電流，A：COS0電動機(jī)定子側(cè)的功率因數(shù)。式(1-1)表明，電動機(jī)輸入電功率的犬小和頻率并無直接關(guān)系。另一方面，電動機(jī)輸出的是機(jī)械功率，計翼公式足：P-IhL(1-2)9550式中.A電動機(jī)軸上的輸出功率,

38、kW；兀丫一電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，Nm：電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/mino式中的9550是單位換算的系數(shù)。就是說,當(dāng)轉(zhuǎn)矩的單位用Nm,轉(zhuǎn)速的單位用r/min時,則除以9550后，算出的功率單位就是kW了。很明顯,輸出功率的大小是和頻率有關(guān)系的因為頻率下降了.轉(zhuǎn)速也跟著下降,如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變的話，輸出功率也必下降。電動機(jī)從輸入電能.到輸出機(jī)械能.中間是怎樣轉(zhuǎn)換的呢？原來，轉(zhuǎn)了繞紐因為切割了旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電流，所產(chǎn)生的電流又和磁場相互作用而產(chǎn)生吃磁轉(zhuǎn)矩,使轉(zhuǎn)廣旋轉(zhuǎn)。顯然,中間起能量的傳遞和轉(zhuǎn)換作用的足磁場能,其功率稱為電磁功率,用PM表示。而電磁功率的具體體現(xiàn)就是磁通的大小?，F(xiàn)在來看看頻率減小后的

39、情形:當(dāng)頻率下降時.電動機(jī)的轉(zhuǎn)速必跟著下降.如上述，電動機(jī)的輸入功率并無直接影響,但輸出功率卻減小了其結(jié)果.必然是電磁功率的增加。就好象個人吃得挺多.卻不大活動.消耗得少,于是肚子就大了起來，人們常戲稱之為仲部堀起但人的中部崛起主要是體型難看一點，還不至于馬上就死。電動機(jī)的仲部崛起是內(nèi)在的“體型”并無變化它不會發(fā)胖.然而,它卻要冒煙了.活不成了7I7Iaj/XJ/I“磁通多了也會發(fā)熱嗎?我只知道電流大了要發(fā)熱小孫問?！澳阏f得對.發(fā)熱的工耍因索足電流。雖然磁通多了.渦流損失和磁滯損失也會增加,3（C）圖1一32磁化曲線與勵磁電流a）磁化仙纟戈（b）磁路未飽和時（c）磁路飽和時但到不了冒煙的程度。

40、問題在于磁通的大小將影響到勵磁電流張老師一邊說，-邊拿出了圖l-32o“電動機(jī)磁路里的磁通和勵磁電流之間的關(guān)系，服從磁化曲線的規(guī)律,如圖（a）所示。其特點是:在起始階段,磁通人小和勵磁電流是T.線性關(guān)系變化的，如曲線之OA段。但鐵心中的磁通人到定程度后,磁路要飽和。就是說，勵磁電流再增加.磁通就増加得緩慢了,如曲線ZAB段。勵磁電流如果繼續(xù)增加,磁通幾乎不再增加了.這叫做深度飽和,如曲線ZB點以后。當(dāng)線圈中通入交變電流時,磁通和電流的波形如圖（b）和圖（c）所示。圖（b）是磁化曲線處于線性段的情形，貫特點是：要得到曲線所示的磁通,只需要很小的勵磁電流.（illIII!線所示）就可以了。圖（C）

41、是磁路飽和后的悄形,其特點是:磁通增加得不多，如曲線所示.但所需的勵磁電流卻很大C并且，勵磁電流的波形發(fā)生了崎變.產(chǎn)生了尖峰電流，如曲線所示?！北灏。颐鱥TjS電磁功率中部崛起的結(jié)果是磁路飽和勵磁電流人幅增加.并且發(fā)生畸變i所以繞紐要胃煙。歸根結(jié)底，還是電流大了導(dǎo)致繞紐發(fā)熱的?！毙O對于自己這一段小結(jié)，頗有點得意:的感覺。張老師微笑著點了點頭，接著問：“那怎樣“減肥呢？”小孫本來想回答:“減小電壓唄駕卻被老張那風(fēng)趣的問話弄得不知所措了,只好聳了聳肩.意思是還是請老師講吧。只聽張老師說:“現(xiàn)代醫(yī)學(xué)證明減肥的有效方法是節(jié)制飲飢就是說耍少吃一點。那么.看看電動機(jī)的輸入功率吧,輸入功率的主耍因索是電

42、爪和電流。電流是不能減小的因為電流要用來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的，電鹼轉(zhuǎn)矩小了,是帶不動負(fù)載的。所以，少吃點的唯方法,就是降低電壓了“真有意思?！毙O聽得入神了?！爱?dāng)然這是定性的、形象化的說法/張老師接著拿出張白紙來,督樣子是要寫字了?！半妱訖C(jī)里，直接反映磁通人小的.是定子繞組的反電動勢&，它的計算公式是:巴=444畑0|=心.妙|（1-3）式中.定子每相的反電動勢，V：kp繞組系統(tǒng)：疋了每相繞組的匝數(shù)；尸電流的頻率，Hz：一宦了每個磁極卜的垂波磁通，Wb；堆一常數(shù).心=444甩怙。瞧.反電動勢和頻率9磁通的的乘積成止比。稍為變換一下：(1-4)式中.Ke常數(shù)。式(1-4)告訴我們:如果能夠保持反電動勢

43、坊與頻率/之比不變.那么.磁通大小也就保持不變了。但是，反電動勢是定子繞紐切割已產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的結(jié)果,無法人為地控制其人小。考慮到定子繞組的電動勢平衡方程是:(1-5)式中,切一施加于定子每相繞組的電源相電壓，V：3定子每相繞組的阻抗壓降，Vo式(1一5中,阻抗壓降在電壓U中所占比例很小,如果把A3忽略不計,則有:3莎i代入式(1-4).得：(1一6)所以，改變頻率的同時,也要改變電壓。但要注鼠式(1-6)只是種近似的替代方法，并不能真正保持磁通不變。變頻器的變壓手段F面的問題是怎樣實現(xiàn)變頻的同時也變壓?”張老師捧起了茶杯.眼睛瞧著小孫仿佛說：你對這個問題了解到什么程度呢？柱這個問題我大概能夠

44、說清處/小孫人看膽/說接希從張老師的堆圖何里.找出了張圖1一33,仔細(xì)地看了會兒，然后1OIT說。把變頻器的輸出電壓分成許多個小脈沖.并假設(shè)每半個周期中.小脈沖的個數(shù)是一定的O那么，當(dāng)這些小脈沖之間的間隔很小時，總的周期較小，而脈沖的占空比則較大，半個周期中的平均電壓也較大，如圖u)所示：反之,當(dāng)這些小脈沖之間的間隔較大時，總的周期就增大了而脈沖的占空比則變小了平均電壓也降低了.如圖(b)所示。占空比的定義么，是：6=(1-7)式中.3脈沖的占空比;%脈沖的寬度.s：%脈沖的周期.S。變頻器實際輸出的脈沖不是等圖1-33脈寬調(diào)制(a)占空比牧人(b)占空比較小(C)止弦脈寬調(diào)制7I7Iaj/X

45、J/I寬的.而是使脈沖的占空比按疋弦規(guī)律分布叫作正茲脈寬調(diào)制,如圖(c)那樣代號是SPWMe至于這止弦脈寬調(diào)制波形的產(chǎn)圖1一34SPWM脈沖序列的產(chǎn)牛.i、同頻凈時的電爪波形(a)50Hz(b)25Hz(c)10Hz/I/Iaj/XJ/I/I/Iaj/XJ/I不知什么原因?“這實際上是變頻器的輸出電壓減小了的結(jié)果。”張老師說。載波頻率的彩響“輸岀電壓和載波頻率冇關(guān)么?小孫感到奇怪圖1-38載波頻率對輸岀電壓的影響a）女極性控制信號（b死X（c）輸出電壓與載波“有??！”張老師又找出了一張圖138。并且指著圖說：“同一橋需的上下兩個逆變管右咬替導(dǎo)通過祥中，必須保11E原來導(dǎo)通的逆變管（如VI）充分

46、截止后,才允許另.個逆變管（V2）導(dǎo)通。而VI從飽和導(dǎo)通到完全截止之間.是需要關(guān)斷時間的。因此,在兩管交替導(dǎo)通時.需耍冇一個等待時間.通常稱為死1即圖（b）中Z磯死區(qū)足不工作的,載波頻率較髙時一個周期里死區(qū)的個數(shù)就多了,則不工作的總時間也多了,變頻器的輸出電壓就要下降了.如圖2）所示啊小孫H】著圖看.不禁驚呼起來：“載波頻率為4kHz時.輸岀電壓還是100%,到10kHzIH電壓只仃90%了.怪不得電流要增犬了。那么載波頻率對變頻器的允許輸出電流有彫響么?M圖1一39載波頻率對輸出電流的影響5）電路中的分和電容（b）輸出電流9載波碩率“答案足肯定的?！敝灰姀埨蠋熡帜贸隽藞D1-39,然后說：“這

47、有兩個方面的原因：第個原因.是輸電線路Z間,以及電動機(jī)內(nèi)部的各相繞組之間,都存在著分布電容Q.如圖（a）所示。載波頻率越臥分布電容的容抗竝。就越小，通過分布電容的漏電流心越大，增加了逆變管的負(fù)擔(dān).逆變管提供給電動機(jī)的允許電流就減小了。第二個原因.前血講過，逆變行心開關(guān)過稱中是要消耗功率的。不消說載波頻率高會增加開關(guān)損失.使逆變管的溫升升高.逆變管的允許輸岀電流當(dāng)然也要減小了.如圖(b)所示J“今天的內(nèi)容真豐富,我先記一記筆記，回去還要好好消化呢/回到公司后，他想起，有臺機(jī)器控制柏的電尿表址顯不變頻器輸出電壓的。所以第二天上午.他就告訴操作工土師傅說,這塊表的讀數(shù)是要隨頻率而下降的。小孫的筆記電

48、動機(jī)里的磁通，太小了會影響帶負(fù)載能力.太大了又會使樓路飽和.導(dǎo)致勵璉電流畸變，產(chǎn)生很大的尖峰電流。磁通丸小應(yīng)盡瑩保持不變，磁通的大小與反電動勢和頻率之比成正比.因此，保持磁通不變的基本途徑，就是在改變頻率的同時.也改變反電動勢。但反電動勢無法人為地進(jìn)行控制、所以.用改變電壓來近似地代橋改變反電動勢，使磁通近似地保持不變.變頻器里普遍采用脈寬調(diào)制的方法來實現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速的.所以，變頻器的輸出電壓是按一定規(guī)律改變占空比的系列脈沖波。系列脈沖的頻率稱為找波頻率，或開關(guān)頻率。載波頻率對變頻器輸出側(cè)的影響（1）對輸出電壓的影響逆變橋每個橋臂的上下兩個開關(guān)器件總是處于交替導(dǎo)逋的狀態(tài)在交替導(dǎo)通的過程中，需要設(shè)迅

49、“死區(qū)J以保證兩個開關(guān)器件不可能同時導(dǎo)通.我波頻率高，則交替的次數(shù)多，死區(qū)的個數(shù)多.死區(qū)的總時間大，變頻器的縱出電壓將有聽下降.（2）對輸出電流的彭響栽波頻率高.一方面.會使通過線路間幾各相繞紐間分布電容的漏電流增加.另一方血.TGBT的開關(guān)損耗也增加.TGBT管容易發(fā)熱所以，變頻器的允許輸出電流將減小.頭小孫學(xué)變頻*一.變頻器的主電路（三）（2）張燕賓變頻器的輸出電流大約過了個星期,小孫又來了。一落座,他就從書包里拿岀了張問題單，說:“我們的領(lǐng)導(dǎo)問我變頻藩的輸出電流和頻率之間是什么關(guān)系？我對好幾臺變頻器進(jìn)行測試，總也沒有找出規(guī)律來.又翻了好幾本I久也都沒捉到這方面的問題r輸出電流和頻率有關(guān)嗎

50、？“因為你們的基本概念錯了張老師說?！拔覇柲?，業(yè)動機(jī)要拖動負(fù)載，靠的是什么？“靠電磁轉(zhuǎn)矩呀/小孫小聲說，聽說發(fā)生了槪念錯誤.他有點緊張了?！半姶呸D(zhuǎn)矩的大小.和嗓些因素有關(guān)呢？”“和電流與磁通的乘積成正比，公式我也記住了，是：抵=尿3/2C0S2（I8）式中.Hl電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，Nm；尿一轉(zhuǎn)矩系數(shù)：一轉(zhuǎn)子電流的折算值A(chǔ)：COS02電動機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的功率因數(shù)?！薄澳敲措妱訖C(jī)拖動負(fù)載時，要克服些什么呢？”老張繼續(xù)問C“當(dāng)然是負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩咯。啊，我想起來了，有-個轉(zhuǎn)矩平衡方穆,是:幾（=幾+幾（1-9）式中.71-負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩.NumT（）損耗轉(zhuǎn)矩，Nim“從上面兩個公式看電磁轉(zhuǎn)矩和頻率是什么關(guān)系呢?”

51、張老師又問?！昂孟鬀]有關(guān)系小孫喃喃地說“是啊，電磁轉(zhuǎn)矩是用來克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩的,它總是和負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡的所以，其大小取決于負(fù)載轉(zhuǎn)矩。而電磁轉(zhuǎn)矩的大小又和電流與磁通的乘積成正比如果磁通不變的話，就只和電流有關(guān)=所以.變狽器輸岀電流的人小只和負(fù)較的輕玄仃關(guān)C不管匚作頻率多兒轉(zhuǎn)速多高.負(fù)載重了就要求仃足夠的電磁轉(zhuǎn)矩去拖動:xn它，電流必然増大:反之,眄FC負(fù)載輕了,相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩JL2點疙瘩似地我測試時.仃的設(shè)備在頻率改變時電流也跟希變的呀.但仃的設(shè)備L3的變化不大明顯?！眜(a)jr-utrt丘4/I/Iaj/XJ/I圖1一40負(fù)載的類別（a）恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載（b）二次方律負(fù)載c）恒功率負(fù)載“你要注慈.轉(zhuǎn)速

52、改變以后,不少負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩也會銀看變的張老師又找出了一張圖1-40.指著圖說:“圖（a）所示的帶式輸送機(jī)，它的陰轉(zhuǎn)矩是不隨轉(zhuǎn)速而變的,如曲線所示,稱為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)栽。這種負(fù)栽.頻率改變時電流是不會冇多人變化的：圖（b所小的風(fēng)機(jī)就不樣了,它的阻轉(zhuǎn)矩是和轉(zhuǎn)速的二次方成正比的.如曲線所示,稱為二次方律負(fù)載：圖（C）所小的卷繞機(jī)械，它在卷繞過程中.耍求被卷物的張力和線速皮祁保持不變，因此.運行功率是恒定的.稱為恒功率負(fù)載。顯然，石二次方律負(fù)載和伯功率負(fù)栽中.頻率改變時電流會跟著變/“啊,我明白了/小孫搶過了話頭,說：“最根本的是頻率改變以后，負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩變了電流才跟著變。歸根到底，電流的大小只取決于負(fù)載轉(zhuǎn)

53、矩的大小“對了。張老師微微點了點頭,經(jīng)過多次接觸,小孫明門這是老師滿慈的表示,原來緊張的心情終于松弛了下來?！俺脽岽蜩F.還有幾個問題就趕緊問吧小孫心里想。變頻器的輸入電流“可是,頻率改變時，變頻湍的輸入電流也跟著變,這是為什么?M輸入電流為什么隨頻率而變？“你又弄錯了/張老師笑著說?！拔蚁葐柲悖儔浩鞯母邏簜?cè)和低壓側(cè)，哪邊的電流大?”張老師反問?！爱?dāng)然是低壓側(cè)的電流大小孫不假思索地回答?！盀槭裁茨兀縈“因為能最守恒.電壓高的電流小，電壓低的電流就大/“那變頻器在低頻運行時，輸出側(cè)和輸入側(cè)的電壓哪個高呀?”38V5Hx84A36V50Hz88A圖丨一41變頻器9變壓器的類比3）變爪器b）變預(yù)器“

54、啊,我知道了小孫拍著自己的腦袋.把張老師剛找出的圖1一41搶了過去.對潸圖說:“變頻器在低頻運行時，輸出側(cè)的電壓隨頻率而下降,根據(jù)能量守恒的原則.即使輸出側(cè)的電流不變，輸入側(cè)的電流也會髓頻率的卜降曲減小的說得好張老師高興地說。接著又拿出了張圖142.并且說：“有意思的是.變頻調(diào)速系統(tǒng)有許多個壞節(jié).根據(jù)能量守怕的原理，碩率下降時，各環(huán)節(jié)的功率也都起下降.但每個環(huán)節(jié)中功率減小的原因卻是不一樣的。辻我們從后面往前推吧,你要不要試-試?注意,著重分析導(dǎo)致功率下降的因索.我們假設(shè)在調(diào)節(jié)頻率的過程中.負(fù)載轉(zhuǎn)牝是不變的/“我試試看吧匚”小孫對著圖看了i會兒，說：圖丨一42變頻器0環(huán)節(jié)電流變化的原因首先,由公

55、式（1-2），頻率F降后電動機(jī)軸匕的輸出功率和負(fù)載功率分別是:PM2=95509550顯然，如果負(fù)載轉(zhuǎn)爐不變的話.兩者的功率祁是因為轉(zhuǎn)速的卜降而減小的。其次，電動機(jī)輸入的電功率可以山公式（1一1）算出：尸卜“=Lm/mCOS!式中,您剛才說的,如負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變的話電流仏也應(yīng)該不變。但頻率下降后.電壓也要下降，因此，電動機(jī)的輸入功率是因為電壓的下降而減小的。再其次，直流電路的功率是:Pd=U7d直流回路的電壓.V：/d直流回路的電流，Ao這里，血流電壓是不能變的,那就只有減小電流了。可是它是怎么減小的呢?并且.如果直流電流減小了.而逆變后的輸出電流卻又不減小,這是怎么回事呢?”小孫抬起頭，望著張老

56、師.好象說.我說不下去了。這樣吧.我這里何一臺單進(jìn)三出的小變頻器和一臺小電動機(jī).你做一個實驗：先心變頻器的輸出端接Y個接成Y形的燈泡，改變變頻器的輸出頻率,測量其輸出電流。然后,乂右變頻器的輸出端接電動機(jī)，也改變變碩器的輸出頻率，測竝其輸出電流。右看你能得出什么結(jié)論？”小孫于是開始接線.試驗起來并II把試驗結(jié)果畫在了紙上，如圖1一43。然后說:“圖（a）是變頻器按燈泡的電路,在這種情況圖1一44變頻器接電陰負(fù)載a）電路圖（h）脈沖頻率高c）脈沖頻率低F，變頻器的輸出電流隨頻率而變,好象和頻率成正比,如圖(b所示圖(c)是變頻器接電動機(jī)的電路，在改變頻率時，變頻器的輸出電流幾乎不變，好象和頻率無

57、關(guān)似地，如圖(d)所示。怎么會有這樣的結(jié)果，真奇怪。”“這是脈寬調(diào)制搞的鬼?！睆埨蠋熜χf.并拿出了圖1-44.接著說：“為了簡便起見.我們用等寬脈沖系列來說明。電阻負(fù)載的特點是，電流與電壓成正比。有電壓就有電流，電壓為0電流也就消失。肖電壓為矩形脈沖時電流也呈矩形脈沖狀.如圖(b)和圖(c)所示。圖(b)是占空比較人的脈沖序列其總的周期八較短.頻率較高。結(jié)果是電流的平均值較大,為/XI。圖c)是占空比較小的脈沖序列.其總的周期卩2較長頻率較低,容易看出,由于脈沖間的圖1-45(a)電路圖變頻器接電感性負(fù)載(電動機(jī))(b脈沖頻率高(c)脈沖頻率低間隔較兒電流的平均值較小，為g半你降低頻率時.變

58、頻器的輸出電壓的港減小，具體體現(xiàn)為脈沖的占空比減小.所以T均電流也的看減小?？墒?，當(dāng)變久出端與具仃電感性質(zhì)的電動機(jī)相接時,情況就不樣了/說看,帳老師拿出了圖1-45,然后說：“在“f區(qū)間內(nèi)電流從直流電源流入電動機(jī)的定子繞組,因為定子繞組是電感性的.所以.電流按指數(shù)規(guī)律上升；而在小區(qū)間內(nèi)由于繞組電感的作用，電流處于續(xù)流狀態(tài)。由于時間極短通常是微秒級的，所以，其大小幾乎不變“那，脈沖的寬度不也是微秒級的么，為什么電流上升得那么快呢?M小孫插進(jìn)來問?！澳侵芬驗橛懈哌_(dá)513V的電壓呀。就好彖你用很人的力昴去撥動個E輪，使它轉(zhuǎn)起來,因為飛輪的慣性很大,在你撥動的間歇時間里,它是停不下來的。電感電路中,自

59、感電動勢的作用.也稱為電磁慣性，和飛輪的作用類似?，F(xiàn)在,我們來比牧卜圖(b)中的酬線(應(yīng)改為)和圖(c)中的曲線(應(yīng)改為(3),兩者的電流振輻值近乎相等它們的電流有效值也近乎相等。與此同時.直流回路向電動機(jī)注入的電荷最也是相等的但圖(c)的周期較長，所以.從直流回路流出的電流平均值是較小的真夠復(fù)雜的小孫M了吐舌頭，又接看說厲面的就容易了：變頻器輸入側(cè)電功率的計篇公式是:式中，Ps變頻器的輸入功率(電源功率)，kV；5電源線電壓.V：佐一變頻器的輸入電流，A：人一全功率因數(shù)(“U”這個符號是被張老師更疋的.原因見后述)。因為電源電壓是不變的，所以功率減小時.輸入電流必然減小.綜上所述，我來畫一個

60、表試試看。表1一1頻率卜降時徐壞節(jié)的功率變化功率名稱計算公式頻率下降時的特點功率i咸小的原因負(fù)載功率PlTel/9550幾不變“L卜降牝下降電動機(jī)輸出功率PM2rM/M/9550幾不變，M下降M下降電動機(jī)輸入功率Pw/M不變,M下降久下降頁流回路功率pnWd心不變，/減小/n減小變頻器輸入功率凡twS不變，/S減小Is減小這個表不知歸納得對不對?”小孫怯生生地望看老師?！皻w納得很好張老師微笑著點了點頭小孫止打算告辭,手機(jī)響了.是車間的王師傅打來的C電話里說：“我那臺機(jī)器的變頻器好彖冇點問題“什么問題？小孫說?！翱刂乒裆?變頻器湘進(jìn)線的電流表不大平衡鵬而L沒冇規(guī)律.有時候A相的電流人.有時候又變