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電壓逆變器的構成

點擊次數：3325 更新時間：2015-02-04

對于逆變為頻率可調、電壓可調的逆變器我們稱為變頻器。
一、主電路

　　給異步電動機提供調壓調頻電源的電力變換部分，稱為主電路。典型的電壓逆變器的例子。其主電路由三部分構成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。另外，異步電動機需要制動時，有時要附加“制動回路”。
1.整流器 zui近大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進行再生運轉。
2.平波回路在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，如果電源和主電路構成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。

　3.逆變器同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使6個開關器件導通、關斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型PWM逆變器為例示出開關時間和電壓波形。
4.制動回路異步電動機在再生制動區域使用時（轉差率為負），再生能量儲存于平波回路電容器中，使直流電壓升高。一般說來，由機械系統（含電動機）慣量積蓄的能量比電容能儲存的能量大，需要快速制動時，可用可逆變流器向電源反饋或設置制動回路（開關和電阻）把再生功率消耗掉，以免直流電路電壓上升。

　5.異步電動機的四象限運行根據負載種類，所需要的異步電動機旋轉方向和轉矩方向是不同的，必須根據負載構成適當的主電路。
為采用電壓型逆變器傳動的異步機四象限運轉與主電路構成的關系。限異步電動機的轉矩方向與旋轉方向一致，為電動狀態。正轉的電動運轉，反轉的電動運轉。在其轉矩方向與旋轉方向相反，為再生狀態。正轉的再生運轉，反轉的再生運轉。只需要電動運轉時，則只需由電源向異步電動機供給功率，可使用不可逆變流器。，對于減速時需要制動力的負載，功率就必須從異步電動機向逆變器流傳，可附加制動回路以便能使用。另外，對于需要急加減速并且加減速頻繁的場合（例如電梯），或者對于制動為主要目的的場合，可以采用可逆變流器，實現四象限運轉。此時，能量向電源反饋而節能。a)為不可逆變流器時 b)帶制動回路時 c)為可逆變流器時

　　以上，以電壓型逆變器為例說明了主電路的構成。對于電流型逆變器，如前章所述，用不可逆整流器也能實現四象限運轉。

二、控制電路

　　給異步電動機供電（電壓、頻率可調）的主電路提供控制信號的回路，稱為控制電路。控制電路由以下電路組成，頻率、電壓的“運算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”，將運算電路的控制信號進行放大的“驅動電路”，以及逆變器和電動機的“保護電路”。

在劃線內，僅以控制電路A部分構成控制電路時，無速度檢測電路，為開環控制。在控制電路B部分增加了速度檢測電路，即增加了速度指令，可以對異步電動機的速度進行更的閉環控制。

　　(1)運算電路將外部的速度、轉矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。

　　(2)電壓、電流檢測電路與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。

　　(3)驅動電路為驅動主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導通、關斷。

　　(4)速度檢測電路以裝在異步電動機軸機上的速度檢測器(TG、PLG等)的信號為速度信號，送入運算回路，根據指令和運算可使電動機按指令速度運轉。

　　(5)保護電路檢測主電路的電壓、電流等，當發生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。

　　逆變器控制電路中的保護電路，可分為逆變器保護和異步電動機保護兩種，表1為保護功能一覽。

1.逆變器保護

　　(1)瞬時過電流保護由于逆變器負載側短路等，流過逆變器器件的電流達到異常值（超過容許值）時，瞬時停止逆變器運轉，切斷電流。變流器的輸出電流達到異常值，也同樣停止逆變器運轉。

　　(2)過載保護逆變器輸出電流超過額定值，且持續流通達規定的時間以上，為了防止逆變器器件、電線等損壞要停止運轉。恰當的保護需要反時限特性，采用特繼電器或者電子熱保護（使用電子電路）。過負載是由于負載的GD2（慣性）過大或因負載過大使電動機堵轉而產生。

　　(3)再生過電壓保護采用逆變器使電動機快速減速時，由于再生功率直流電路電壓將升高，有時超過容許值。可以采取停止逆變器運轉或停止快速減速的辦法，防止過電壓。

　　(4)瞬時停電保護對于數毫秒以內的瞬時停電，控制電路工作正常。但瞬時停電如果達數10ms以上時，通常不僅控制電路誤動作，主電路也不能供電，所以檢出后使逆變器停止運轉。

　　(5)接地過電流保護逆變器負載側接地時，為了保護逆變器有時要有接地過電流保護功能。但為了確保人身安全，需要裝設漏電斷路器。

　　(6)冷卻風機異常有冷卻風機的裝置，當風機異常時裝置內溫度將上升，因此采用風機熱繼電器或器件散熱片溫度傳感器，檢出異常后停止逆變器。在溫度上升很小對運轉無防礙的場合，可以省略。

　　2.異步電動機的保護

　　(1)過載保護過載檢出裝置與逆變器保護共用，但考慮低速運轉的過熱時，在異步電動機內埋入溫度檢出器，或者利用裝在逆變器內的電子熱保護來檢出過熱。動作頻繁時，可以考慮減輕電動機負載、增加電動機及逆變器容量等。

　　(2)超頻（超速）保護逆變器的輸出頻率或者異步電動機的速度超過規定值時，停止逆變器運轉。

　　3.其他保護

　　(1)防止失速過電流急加速時，如果異步電動機跟蹤遲緩，則過電流保護電路動作，運轉就不能繼續進行（失速）。所以，在負載電流減小之前要進行控制，抑制頻率上升或頻率下降。對于恒速運轉中的過電流，有時也進行同樣的控制。

　　(2)防止失速再生過電壓減速時產生的再生能量使主電路直流電壓上升，為了防止再生過電壓保護電路動作，在直流電壓下降之前要進行控制，抑制頻率下降，防止不能運轉（失速）。

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