中频电源逆变器有哪些形式.docx

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中频电源逆变器有哪些形式

中频电源逆变器有哪些形式?

答：

有并联谐振式（工作频率为1000～2500Hz）、串联谐振式（频率较高、可频繁起动）、串并联式（频率较高、起动容易、换相能力强）、倍频式（可达4～10kHz）和时间分割式（频率更高、电路更复杂）等。

在中频感应加热的各种逆变器中，出于负载参数的变化，因此控制电路一般采用闭环系统，以确保逆变器在负载参数变化幅度较大时，始终能可靠地运行。

342．如何区分电压源型和电流源型变频器?

答：

两者都属于交一直一交变频器，由整流器和逆变器两部分组成。

由于负载一般都是感性的，它和电源之间必有无功功率传送．因此在中间的直流环节中，需要有缓冲无功功率的元件。

如果采用大电容器来缓冲无功功率，则构成电压源型变频器；若用大电抗器缓冲无功功率，则构成电流源型变频器。

343．单相电压源型逆变电路有几种类型?

答：

主要有三种类型，如图3-66所示。

（1）半桥逆变电路若V1、V2为半控型器件晶闸管时，必须增加强迫换流电路才能正常工作。

本电路的优点是电路简单，缺点是输出交流电压的幅值Vm只达到直流电源电压Vi的一半，多用于几千瓦以下的小功率逆变电源。

（2）全桥逆变电路为两个半桥逆变电路的组合，它是单相逆变电路应用最多的形式。

输出交流电压幅值Vm为Vi。

（3）带中心抽头变压器的逆变电路在Vi和负载参数相同时，且变压器一次侧两个绕组和二次侧绕组的匝数比为1：

1：

1情况下，输出电压、电流的波形及幅值均同全桥逆变电路。

该电路虽然少用一半开关器件，但器件承受的电压为2V；，且必须有一个变压器

344．怎样构成三相电压源型逆变电路?

答：

在三相逆变电路中，应用最广的是三相桥式逆变电路，如图3-67所示。

图中使用IGBT作为开关器件，本电路工作方式为180°导电方式，同一相上下两个桥臂交替导电，各相开始导电角度依次相差120°，因而在任一瞬间都有三个桥臂导通，或是上一下二，或是上二下一，各相电压波形如图3-67所示。

为了防止同一相的上下两桥臂的器件同时导通而造成短路，要采取先断后通的控制，即待应关断的器件关断后且留有一定的时间裕量，再开通应导通的器件，这样会造成死区，其时间长短决定于器件的开关速度。

345．怎样构成单相电流源型逆变电路?

答：

如前所述，电压源型逆变电路采用半控型器件已趋于淘汰，而电流源型逆变电路采用半控型器件仍应用较多，采用的换流方式，有的用负载换流，有的用强迫换流。

图3-68a所示为一种单相电流源型逆变电路。

电路中桥臂上串接的限流电抗器自感量相等、互感量为零，其作用是限制晶闸管斤通时的di／dt。

本电路为负载换流，与负载并联的电容C为换流电容，可使负载电流超前于负载电压，即负载呈容性，因换流电容C与负载并联，故本电路也叫并联谐振式逆变电路。

晶闸管VTH1、VTH4和VTH2、VTH3轮流导通，频率可达1000～2500Hz，此电路多用于中频感应加热电源，其工作波形如图3-68b所示。

交流输出电流波形接近矩形波，故谐波幅值远小于基波，基波频率接近于负载电路谐振频率，负载电路对基波呈现高阻抗，而对谐波呈现低阻抗，因此负载电压的波形接近正弦波。

346．怎样构成三相电流源型逆变电路?

答：

图3-69a所示为典型的电流源型三相桥式逆变电路，其基本工作方式是晶闸管120°导电型，即每个管子在一个周期内导通120°，按VTH1～VTH6的顺序，每隔60°依次导通。

每个时刻都有两个管子导通，分别属于上、下不同相的两个桥臂，图3-69b所示为电路忽略掉换流过程的三相输出交流电流及线电压波形。

iUiv、iw是负载Y联结时，每相绕组的电流波形；而iuv、iVW、iWU是负载△联结时，每相绕组的电流波形。

本电路中采用的是强迫换流方式，电容C1～C6为换流电容。

VD1～VD6，为隔离二极管，作用是防止电容器向负载放电，使负载与换流回路隔离，由于二极管与主晶闸管串联，所以本电路又叫串联二极管式逆变电路。

用电流源型三相桥式逆变电路还可以驱动同步电动机，利用滞后于电流相位的反电动势可以实现换流，它属于负载换流。

其工作特性和调速方式都和直流电动机相似，但没有换向器，因此叫无换向器电动机。

答：

图3-69a所示为典型的电流源型三相桥式逆变电路，其基本工作方式是晶闸管120°导电型，即每个管子在一个周期内导通120°，按VTH1～VTH6的顺序，每隔60°依次导通。

每个时刻都有两个管子导通，分别属于上、下不同相的两个桥臂，图3-69b所示为电路忽略掉换流过程的三相输出交流电流及线电压波形。

iUiv、iw是负载Y联结时，每相绕组的电流波形；而iuv、iVW、iWU是负载△联结时，每相绕组的电流波形。

本电路中采用的是强迫换流方式，电容C1～C6为换流电容。

VD1～VD6，为隔离二极管，作用是防止电容器向负载放电，使负载与换流回路隔离，由于二极管与主晶闸管串联，所以本电路又叫串联二极管式逆变电路。

用电流源型三相桥式逆变电路还可以驱动同步电动机，利用滞后于电流相位的反电动势可以实现换流，它属于负载换流。

其工作特性和调速方式都和直流电动机相似，但没有换向器，因此叫无换向器电动机。

347．电压源型变频器和电流源型变频器各有什么特点?

答：

在表3-8中可以看到两种变频器的各自特点。

348．有某一小功率单相逆变器（图3-70），试说明它是怎样工作的?

答：

由图3-70可知，晶体管VT1、VT2、电容C1、C2、电阻Rl、R2、R3、R4和电位器RP1、RP2构成自激多谐振荡器，振荡器的输出分别经晶体管vT3、VT4放大并通过脉冲变压器TP1、TP2，耦合，送到晶闸管VTH1、VTH2的门极上，使VTH1、VTH2轮流导通，则在变压器T的二次侧得到交流输出。

通过调节RP1、RP2来调节多谐振荡器的翻转频率，也就调节了交流输出的频率。

图3-70中的C5为换流电容。

当VTH1导通时，变压器T的二次侧输出正半周，同时C5充电，极性上正下负。

VTH2导通时，T的二次侧输出负半周，c5放电使vTHl承受反压而关断，接着又反向充电、极性下正上负，为关断VTH2做好准备。

349．交-交变频器怎样分类?

各有什么优缺点?

答：

两者主要特点见表3-9。

330．什么叫逆变?

怎样分类?

答：

利用晶闸管装置将直流电转变为交流电，这一功能就叫逆变。

整流和逆变关系密切，若同一套晶闸管装置，可以工作在整流状态，而在一定条件下，又可以工作在逆变状态，常称这一装置为变流器。

交流器工作在逆变状态时，若把直流电转变为50Hz的交流电送到电网，称之为有源逆变；若把直流电转变为某一频率或频率可调的交流电供给负载使用，则叫做无源逆变或变频。

331．要想使变流器工作在逆变状态，应该具备什么条件?

答：

应同时具备以下两个条件：

（1）外部条件必须有外接的直流电源。

（2）内部条件控制角a>90°。

332．什么叫逆变角?

答：

交流器工作在逆变状态时，常将控制角a改用β表示，将β称为逆变角，规定以a=π处做为计量β角的起点，β角的大小由计量起点向左计算。

a和β的关系为a+β=x，例如β=30°时，对应的a=150°。

333．在逆变状态时，晶闸管工作有何特点?

答：

图3-60所示为三相全控桥电路电流连续时在不同控制角下晶闸管两端电压的波形。

为清楚起见，图中同时给出输出电压υL的波形，便于读者对照。

由图可知，一个周期内每个晶闸管导通120°，波形为管压降（近似为0），其他两段为阻断状态，各为120°，波形为该晶闸管所在相与其他两相之间的线电压。

在表3-7中列出了各晶闸管在上述三段中管子的两端电压，当控制角a发生改变时，管子两端电压波形的形状将随之改变，但三段电压总是如表3-7所列的电压。

图3-60还表明，在整流状态，晶闸管在阻断状态时主要承受反向电压。

而在逆变状态，晶闸管主要承受正向电压。

晶闸管所承受的最大正反向电压均为

334．三相逆变电路对触发电路的要求和整流电路时相比有什么不同?

答：

以三相半波共阴极接法为例进行分析。

三相半波电路要求每隔120°按顺序给VTH1、VTH3、VH5施加触发脉冲，以保证换相到阳极电压更高的那一相上。

对于整流电路来说，每隔120°，如果同时给三个晶闸管施加触发脉冲，电路也能够正常换相，而逆变电路则不行。

逆变电路要求触发电路必须严格按照换相顺序，依次给三个晶闸管施加触发脉冲，才能保证电路正常工作。

335．什么叫逆变失败?

造成逆变失败的原因有哪些?

答：

晶闸管变流器在逆变运行时，一旦不能正常换相，外接的直流电源就会通过晶闸管形成短路，或者使变流器输出的平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大的短路电流，这种情况叫逆变失败，或叫逆变颠覆。

造成逆变失败的原因主要有：

（1）触发电路工作不可靠例如脉冲丢失、脉冲延迟等。

（2）晶闸管本身性能不好在应该阻断期间晶闸管失去阻断能力，或在应该导通时而不能导通。

（3）交流电源故障例如突然断电、缺相或电压过低。

（4）换相的裕量角过小主要是对换相重叠角y估计不足，使换相的裕量时间小于晶闸管的关断时间。

336．为了防止逆变失败，最小逆变角βrmin应取多大?

答：

逆变状态允许采用的最小逆变角应为

βmin=δ+y+θ′

式中，δ为晶闸管关断时间￡。

折合的角度，约为4°～5°；y为换相重叠角，它与负载电流，IL和变压器漏抗成正比，约为15°～20°；θ′为安全裕量角，考虑脉冲不对称，一般取10°。

综上所述，得出βmin=30°～35°。

337．有源逆变有哪些应用?

答：

现介绍以下几种应用：

（1）直流可逆电力传动系统如图3-61所示，多用于可逆轧机、矿井提升机、电梯、龙门刨床等。

电动机正转时由Ⅰ组桥供电、反转时由Ⅱ组桥供电，因而两组桥输出直流电压反极性并联，故习惯上称之为反并联可逆线路

当电动机由正转运行切换到反转运行时，首先应使回路中的电流降到零，因此Ⅰ组桥要工作在逆变状态，使回路中电感储存的电磁能量除供电动机消耗外，其余部分回馈到电网，形成本桥逆变，直到储存的能量放完，回路电流为零，才能封锁Ⅰ组桥晶闸管的触发脉冲，经过一段时间，待其恢复阻断能力后，再开放Ⅱ组桥，并使Ⅱ组桥处于逆变状态，使电动机作发电运行，将动能回馈给电网，形成反桥逆变，直到电动机的动能释放完毕，转速降到零，再使Ⅱ组桥处于整流状态，电动机反转运行。

由反转运行切换到正转运行的过程与上述过程一样，不再赘述。

整个切换过程是由逻辑单元控制的，称为逻辑无环流可逆传动系统。

（2）绕线转子异步电动机串级调速图3-62所示为绕线转子异步电动机串级调速的原理图。

硅二极管组成的三相整流器UR把异步电动机转子感应出的转差率电动势E2s=SE20整流成直流电动势ED，其值为

ED=1.35SF20

式中，S为异步电动机转差率；E20为异步电动机转子开路线电压有效值。

由晶闸管构成的逆变电路再把ED逆变成交流电送回电网。

逆变电路直流侧的平均电压（逆变电压）Vβ为

式中，V2l′为逆变变压器IT二次绕组线电压的有效值。

逆变电压Vβ可以看作是加在异步电动机转子回路中的反电动势，当逆变角β变化时，则转子回路的反电动势Vβ随之变化，绕线转子异步电动机的转速也同时产生变化，回馈到电网的能量也将随之改变Vβ越大，回馈到电网的能量就越大，异步电动机的转速也就越低。

（3）高压直流输电利用升压变压器将交流电升压后，通过晶闸管整流电路变成直流电，经过远距离传送，再利用三相全控桥电路将直流电转换成交流电，经降压变压器降压，供负载使用。

两侧变流器均采用三相全控桥电路，目的是控制功率的流向，能够可逆传送。

每个桥臂均用若干个晶闸管串联组成，为使各晶闸管能够同时触发，需要功率很大的强触发装置。

338．在哪些地方使用由晶闸管组成的静止变频器?

答：

在生产实践中，凡是需要交流电源的频率高于或低于50Hz、或频率可调的地方，都要使用变频器。

例如熔炼、加热与淬火的中频电源，交流电动机调速需要的变频电源，电子计算机使用的不停电电源等。

339．变频器怎样分类?

其简单工作原理是怎样的?

答：

按能量变换情况，可将变频器分成两大类，即交-交变频器和交-直-交变频器。

前者是将50Hz交流电直接转换成所需频率（一般是低于50Hz）的交流电，也叫直接变频。

后者是将50Hz的交流电先经晶闸管装置整流成直流电，然后再将直流电逆变成所需频率的交流电，也叫间接变频。

图3-63所示为变频器简单工作原理图，现分述如下：

（1）交-交变频器它由两组反并联的变流器组成，使之轮流导通，则在负载上获得交变的输出电压υooυo的大小通过改变变流器的控制角a来调节，υo的频率则由两组变流器轮流导通的切换频率决定。

（2）交一直一交变频器它由整流器UR和逆变器UI组成，令两对晶闸管VTH1、VTH4与VTH2、VTH3轮流导通，则在负载上得到交变的输出电压υo.υo的大小可通过改变直流电压VL调节，υo的频率决定于两对晶闸管的切换频率。

340．变频器有哪些换相方式?

答：

变频器有如下换相方式：

（1）自然换相利用变频器的外部条件，不需要附加专门的换相环节，这种换相方法叫自然换相。

1）电网电压换相在交-交变频器中，利用电网电压自动过零变负的特点使晶闸管换相，其过程和可控整流、有源逆变的过程一样，仅适用于交流电网供电的电路。

2）负载换相在直流供电的负载回路中，只要负载能提供超前电流，均可实现负载换相。

如图3-64所示的并联谐振式逆变器电路，利用电阻、电感和电容形成的振荡特性，可使负载电流超前于电压的时间tφ大于晶闸管的关断时间tφ，使之可靠地关断，再令另一对晶闸管导通，从而实现换相。

由于t是随负载和频率变化的，因此这种换相方式只适用于负载和频率变化不大的场合。

（2）强迫换相利用专门的换相电路使晶闸管在任何需要的时候关断，叫强迫换相。

强迫换相可使输出频率不受电源频率的限制，但需要附加庞大的换相电路，同时还要增加晶闸管电压、电流定额，对晶闸管的动态特性要求也高。

换相电路的作用是利用储能元件（一般采用电容器，叫换相电容）积蓄的能量，在换相时刻产生一个短暂的脉冲，迫使原来导通的晶闸管电流下降到零，再使它承受一段时间反压，确保可靠的关断，如图3-65所示即为换相电路的一例。

图3-65中RL为负载电阻，VTHI为主晶闸管，R1、VTH2、C组成换相电路，C为换相电容。

可以求出晶闸管承受反压的时间to为

to=0.693RLC

为确保晶闸管可靠关断，必须使to>tq而tq与负载大小和晶闸管结温的高低、dυ／dt、di／dt，以及门极电压的大小有关，另外还要考虑一定的安全裕量，一般取to=（2～3）tq。