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C01小孙学变频.
*小孙学变频*
一.变频器的主电路(一)
张燕宾
小孙是蓝天公司的电气工程师,多年来从事电子设备的维修工作。近几年来,各种设备里应用的变频器越来越多,小孙被安排来专门从事变频器的调试和维护。
这一天,小孙从仓库里领出了一台变频器,打算配用到鼓风机上。按照规定,先通电测试一下。谁知一通电,就发现冒烟,立刻切断了电源。把盖打开后,发现有一个电阻很烫。小孙想,在开盖情况下再通电观察一次。这一回,电阻倒是不冒烟了,但不一会儿,变频器便因“欠压”而跳闸了。用万用表一量,那个电阻已经烧断了。
经人介绍,小孙找到了一位退休老高工张老师。
“你们那台变频器在仓库里存放了多长时间?”听完了小孙的情况介绍后,张老师问。
“大约一年多一点。”
“我知道了。”张老师胸有成竹地说。“在分析电阻冒烟的原因之前,先要弄清楚变频器里整流滤波电路的特点。”
“老师,我不大明白,变频器的中间为什么要加进一个直流电路呢?”
“好吧,那我们就先从交-直-交变频器的基本结构讲起。”张老师拿了一张纸,不紧不慢地画出了交-直-交变频器的框图,如图1-1所示,然后说:
“你瞧,电网的电压和频率是固定的。在我国,低压电网的电压和频率统一为380V、50Hz,是不能变的。要想得到电压和频率都能调节的电源,必须自己‘变出来’,才便于控制。所谓‘变出来’,当然不可能象变魔术那样凭空产生出来,而只能从另一种能源变过来。这‘另一种能源’,便是直流电。
因此,交-直-交变频器的工作可分为两个基本过程:
(1)交-直变换过程
就是先把不可调的电网的三相(或单相)交流电经整流桥整流成直流电。
(2)直-交变换过程
就是反过来又把直流电 “逆变”成电压和频率都任意可调的三相交流电。
你方才说的那台变频器的问题,我的判断是出在‘交-直变换’里。我们就来讨论这部分电路吧”。
1.交-直变换电路
“所谓交-直变换电路就是是整流和滤波。在低压电路里,哪种滤波方式效果最好?”老张又问。
“应该是π形滤波。”小孙答。
“可是,变频器里却不能用π形滤波。”
变频器不用π形滤波
“为什么呢?”小孙真还没有想到过这样的问题,不觉来了精神。
“其实,你只要比较一下这两种整流滤波电路的区别就明白了。”张老师说着,随手就画出了两个整流滤波电路,如图1-2。然后说:
“瞧,π形滤波在电路里要串联一个电感L或电阻R的。不管串联什么,它总要产生一个电压降ΔU,使后面的电压UD2比前面的电压UD1小一点。这在低压电路里是没有关系的,如果觉得UD2太小了,你可以在设计变压器时适当提高一点副方电压就可以了。”
“啊,我知道了。”小孙如梦初醒:“变频器前面没有变压器,不可能提高电压。可是,稍为有一点电压降不行吗?”
“不行!”张老师斩钉截铁地说。“因为变频器要求后面逆变出来的三相交流电,在50Hz时的电压能够和前面的电源电压一般大。要是直流电压减小了的话,逆变出来的三相交流电压,在50Hz时就达不到380V了。那人家就会说,你这个变频器不行,电压不够。所以,变频器里只能用电容器滤波。”
“好象是用两组电容器串联起来的,为什么呢?”小孙来了兴趣,努力思索着要主动地问一些问题。
“那是生产水平的问题。迄今为止,全世界生产的电解电容器的最高耐压,只有500V,而380V全波整流后的峰值电压是537V。按照国家规定,电源电压的允许上限误差是+10%,即418V,全波整流后的峰值电压是591V。此外,变频器在运行过程中允许的最高直流电压可达(700~800)V,而在逆变的过渡过程中,瞬间的直流电压甚至可能高达1000V呢。所以,只能用两组电容器串联来解决。”张老师回答说。
“还有,我曾打开变频器看过。每个电容器旁边,都并联一个电阻,好象叫均压电阻。可它们的电阻值很大,约为几十kΩ,而瓦数却不大,好象只有10W左右,它们能起到均压作用吗?”小孙显露出一副疑惑的神情。
均压电阻的学问
“那就让我们来看看吧。”张老师随手又画了一个图,如图1-3。接着说:
“图中,电容器C1的充电回路由C1和RC2构成;C2的充电回路由C2和RC1构成。RC1和RC2的电阻值是相等的:
RC1=RC2
如果两个电容器组的电容量有差异,假设:
C1<C2
则两个电容器组上的电压分配必不相等:
UC1>UC2
而两个电容器的充电电流分别是:
IR1=; IR2=
很明显:
IR1>IR2
这样,电容器C2上要多充一些电,UC2就得到了提高。结果是UC1和UC2趋向于均衡:
UC1≈UC2
当然,要绝对均衡是不可能的。至于瓦数么,你自己算一算看。”
小孙立即拿起笔来,刚要下笔,却又难住了,问:
“电压值按多大算呢?”
“每个电容器上的平均电压可以按300V算。”
“电阻么,好象是30 kΩ,这就好算了。”只见小孙在纸上
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