小孙学变频第一讲.docx

＊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，而只能从另一种能图 1－1交－直－交变频器框图源变过来。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，图 1－2整流和滤波电路（a）低压整流滤波电路（b）变频器整流滤波电路你这个变频器不行，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图 1－3滤波电容的均压电路而两个电容器的充电电流分别是：IR1＝U C1RC1；IR2＝U C 2RC 2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 300