《变频器讲座》.pdfVIP

页码，1/39 第一讲 百年期待说变频 朝思暮想近百年    开关器件最关键 变频变压须简便    主体电路记心间 张燕宾 1  朝思暮想近百年 三相交流异步电动机发明于1889年。一经问世，便以其结构简单坚固、价格 低廉而迅速地在电力拖动领域独占鳌头。 异步电动机的转速公式是：n =(60 ?/p)(1-s)   (1) M 式中n 是电动机的转速；?是电流频率；p是磁极对数；s是转差率：s=(n - M 0 n )/n     (2) M 0  式中n0是旋转磁场的转速，即同步转速，公式是： n =60?/p        (3) 0 可见，变频可以调速，是异步电动机“与生俱来”的。 可以说，实现变频调速，是人们长期以来孜孜以求的愿望。然而，直到20世 纪80年代，变频调速技术才达到能够普及推广的阶段。中间相隔了近一个世 纪！是什么原因使变频调速技术如此姗姗来迟呢？ 2  开关器件最关键 目前应用得最为广泛的是交－直－交变频器。它的工作过程是：先将频率固 定的三相(或单相)交流电整流成直流电，再把直流电“逆变”成频率任意可 调的三相交流电，其中的关键技术是“逆变”。 2.1  逆变的基本原理 单相逆变桥的构成及工作过程如图1所示。    (a) 单相逆变桥          (b) 电压波形 图1  单相逆变桥及其波形图 首先，令V 、V 导通，V 、V 截止，则负载ZL上所得电压为a“+”、b“- 1 4 2 3 ”，设这时的电压为“+”；又令V 、V 截止，V 、V 导通，则负载ZL上所 1 4 2 3 得电压为a“-”、b“+”，设这时的电压为“-”。这两种状态如能不断地 反复交替进行，则负载ZL上所得到的便是交变电压了。这就是由直流变为交 流的“逆变”过程。 三相逆变桥的工作过程与单相逆变桥相同，只要注意三相之间互隔T/3就可 mk:@MSITStore:C:\Documents%20and%20Settings\wf\桌面\bp.chm::/1180.html 2004-3-14 页码，2/39 以了。 2.2  逆变器件必须满足的条件 由上述，逆变桥是实现变频的关键部分，它由六个开关器件构成。这些开关 器件必须满足：能承受足够大的电压和电流；允许长时间频繁地接通和关 断；接通和关断的控制必须十分方便。 显然，手动的刀开关和机械式的接触器都无法满足上述条件。 2.3  电力电子技术的进步为变频调速技术奠定了基础 (1)  起步始于晶闸管 20世纪60年代，大功率晶闸管（SCR）的出现，使变频调速开始得到了实 施，出现了希望。但由于晶闸管在直流电路内自身不能关断，故用于逆变的 主电路与控制电路都较复杂，工作不够可靠，性能也不够完善，所以，未能 达到普及推广的阶段。 (2)  普及归功GTR 20世纪70年代，大功率晶体管（GTR）与可关断晶闸管（GTO）相继问世，把 变频调速推向了实用阶段，于80年代初开始逐渐推广。 GTR是大功率的复合晶体管（达林顿管），控制方便。从而大大简化了控制 电路，也提高了工作可靠性，使变频调速技术达到了能够普及的阶段。但由 于GTR的开关频率较低（≤2kHz），导致变频器有以下弱点：电流波形较 差；电动机的转矩略小；电动机内的电磁噪声较大；故障率较高。 (3)