逆变器操作说明及故障处理.docx

一 逆变器原理介绍1.1逆变（invertion）：把直流电转变成交流电的过程。逆变电路是把直流电逆变成交流电的电路。当交流侧和电网连结时，为有源逆变电路。变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载，即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载，称为无源逆变。 逆变桥式回路把直流电压等价地转换成常用频率的交流电压。逆变器主要由晶体管等开关元件构成，通过有规则地让开关元件重复开-关（ON-OFF），使直流输入变成交流输出。当然，这样单纯地由开和关回路产生的逆变器输出波形并不实用。一般需要采用高频脉宽调制（SPWM），使靠近正弦波两端的电压宽度变狭，正弦波中央的电压宽度变宽，并在半周期内始终让开关元件按一定频率朝一方向动作，这样形成一个脉冲波列（拟正弦波）。然后让脉冲波通过简单的滤波器形成正弦波。1.2 IGBT的结构和工作原理 1.2.1 IGBT的结构IGBT是三端器件，具有栅极G、集电极C和发射极E。IGBT由N沟道VDMOSFET与双极型晶体管组合而成的，VDMOSFET多一层P+注入区，实现对漂移区电导率进行调制，使得IGBT具有很强的通流 能力。图1-1为IGBT等效原理图及符号表示图1-1 IGBT等效原理图及符号表示1.2.2IGBT的工作原理 IGBT的驱动原理与电力MOSFET基本相同，是一种场控器件。 其开通和关断是由栅极和发射极间的电压UGE决定的。当UGE为正且大于开启电压UGE(th)时，MOSFET内形成沟道，并为晶体管提供基极电流进而使IGBT导通。 当栅极与发射极间施加反向电压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，使得IGBT关断。 电导调制效应使得电阻RN减小，这样高耐压的IGBT也具有很小的通态压降。1.3逆变电路介绍1.3.1逆变产生的条件为1，要有直流电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流器直流侧的平均电压。2要求晶闸管的控制角/2，使Ud为负值。 两者必须同时具备才能实现有源逆变。 逆变运行时，一旦发生换相失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，由于逆变电路的内阻很小，形成很大的短路电流，这种情况称为逆变失败，或称为逆变颠覆。逆变失败的原因 1触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相。2晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。3交流电源缺相或突然消失。4换相的裕量角不足，引起换相失败为了防止逆变失败，不仅逆变角不能等于零，而且不能太小，必须限制在某一允许的最小角度内。 1.3.2逆变电路基本的工作原理负载a)b)tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2图1-2单相逆变电路原理图 图1-2中S1-S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。当开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正；当开关S1、S4断开，S2、S3闭合时，uo为负，这样就把直流电变成了交流电。改变两组开关的切换频率，即可改变输出交流电的频率。 电阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位也相同。阻感负载时，io相位滞后于uo，波形也不同。三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路。图1-3为三相桥式逆变电路。下面介绍一下它的基本工作方式。基本工作方式是180°导电方式。同一相（即同一半桥）上下两臂交替导电，各相开始导电的角度差120 °，任一瞬间有三个桥臂同时导通。图1-3 三相桥式逆变电路工作波形 对于U相输出来说，当桥臂1导通时，uUN’=Ud/2，当桥臂4导通时，uUN’=-Ud/2，uUN’的波形是幅值为Ud/2的矩形波，V、W两相的情况和U相类似。 负载线电压uUV、uVW、uWU可由下式求出负载各相的相电压分别为 tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62Ud3图1-4 三相桥式逆变电路输出波形把上面各式相加并整理可求得设负载为三相对称负载，则有uUN+uVN+uWN=0，故可得 负载参数已知时，可以由uUN的波形求出U相电流iU的波形，图4-10g给出的是阻感负载下 时iU的波形。把桥臂1、3、5的电流加起来，就可得到直流侧电流id的波形，如图4-10h所示，可以看出id每隔60°脉动一次。 为了防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电源的短路，要采取“先断后通”的方法。 1.4 PWM控制的基本原理 单纯地由开和关回路产生的逆变器输出波形并不实用。一般需要采用高频脉宽调制（SPWM），使靠近正弦波两端的电压宽度变狭，正弦波中央的电压宽度变宽，并在半周期内始终让开关元件按一定频率朝一方