變頻器應(yīng)用中的幾個(gè)問題（一）眾所周知，交－直－交、電壓型變頻器中，每個(gè)逆變管旁邊，都要反并聯(lián)一個(gè)二極管，如圖1(a)中之VD7～VD12所示。
圖1 電壓型變頻器的逆變電路
逆變電路實(shí)際輸出線電壓的波形是經(jīng)過SPWM調(diào)制后的高頻脈沖系列，如圖1(b)所示。但就宏觀效果而言，它和圖1(c)所示的正弦波是等效的。因此，在分析過程中，為了便于理解，把逆變電路的輸出線電壓就看成是圖1(c)所示的正弦電壓。
1.1 電動(dòng)機(jī)狀態(tài)的工況
假設(shè)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一個(gè)起升機(jī)構(gòu)向下運(yùn)行，如圖2(a)所示。
當(dāng)?shù)蹉^處于空鉤狀態(tài)時(shí)，吊鉤的自身重量不足以向下運(yùn)行，必須由電動(dòng)機(jī)來帶動(dòng)。故電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)。
這時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速(旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速)，轉(zhuǎn)子繞組以和磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的相反方向切割磁力線，所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向和磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向相同，是帶動(dòng)吊鉤下降的，如圖2(a)所示。
圖2 電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)
根據(jù)磁動(dòng)勢(shì)平衡的原理，電動(dòng)機(jī)的定子電流 
(1)
其矢量圖如圖2(b)所示。由圖知，定子電流將滯后于電壓φ1角(電角度)，瞬時(shí)值的變化曲線則如圖2(d)所示。
由圖2(d)知，在t1區(qū)間，電源電壓為“＋”，而電流為“－”。這說明，電流的方向和電壓是相反的。事實(shí)上，在t1時(shí)間內(nèi)，電流是電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)克服了電源電壓而形成的。電流在反電動(dòng)勢(shì)的作用下，經(jīng)反并聯(lián)二極管流向直流電路，是反電動(dòng)勢(shì)在作功。
在t2區(qū)間，電源電壓和電流都為“＋”。這說明，電流的方向和電壓是相同的。就是說，在t2時(shí)間內(nèi)，電流是電源電壓克服了電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)而形成的。電流是在電源電壓的作用下，經(jīng)逆變管流向電動(dòng)機(jī)的，是電源電壓在作功。
因?yàn)閠1＜t2，所以，總的來說，平均功率為“＋”，是電源在作功。
1.2 勵(lì)磁狀態(tài)的工況
當(dāng)?shù)蹉^帶著一定的重物下降時(shí)，重物本身的重力加速度將使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速加快，如果該重物的重量，恰好使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速加快到等于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組將不切割磁力線，轉(zhuǎn)子電流為0，如圖3(a)所示。 [
圖3 電動(dòng)機(jī)工作在勵(lì)磁狀態(tài)
這時(shí)，定子繞組中只有產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的勵(lì)磁電流，其矢量圖如圖3(b)所示。勵(lì)磁電流與電壓間的相位差角為π/2，故電流與電壓方向相異的時(shí)間和相同的時(shí)間相等(t1＝t2)，如圖3(d)所示。就是說，有一半時(shí)間是電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)克服電源電壓而作功，電流經(jīng)反并聯(lián)二極管流向直流電路;而另一半時(shí)間是電源電壓克服電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)而作功，電流經(jīng)逆變管流向電動(dòng)機(jī)。而平均功率等于0，如圖3(c)所示。
1.3 再生狀態(tài)的工況
當(dāng)?shù)蹉^所帶重物很重時(shí)，重物的重力加速度將使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的方向和磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向相同，轉(zhuǎn)子電流以及電磁轉(zhuǎn)矩的方向都和磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向相反，如圖4(a)所示。其結(jié)果，是定子電流與電壓之間的相位差角大于π/2，如圖4(b)所示。電流與電壓的瞬時(shí)值曲線如圖4(d)所示。
圖4 電動(dòng)機(jī)工作在再生狀態(tài)
由圖4(d)知，反電動(dòng)勢(shì)克服電源電壓，經(jīng)反向二極管流向直流電路而作功的時(shí)間超過了電源電壓克服反電動(dòng)勢(shì)經(jīng)逆變管流向電動(dòng)機(jī)而作功的時(shí)間(t1＞t2)，所以，總的來說，是電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)在作功。或者說，是重物的位能通過電動(dòng)機(jī)發(fā)電而作功。
1.4 結(jié)論
電感電路的基本規(guī)律是:電流比電壓滯后φ角(電角度)，電源的電能和線圈的磁場(chǎng)能之間，不斷地交換著。
在普通電路里，能量的交換就在電路內(nèi)進(jìn)行。
而在變頻器的逆變電路里，逆變管只能在電源作功時(shí)單方向?qū)?，因此，必須為反電?dòng)勢(shì)作功提供回路。反向二極管就是為此而設(shè)立的。
2 共母線開關(guān)器件的選擇
某公司所生產(chǎn)控制柜，因變頻器數(shù)量較多，故采用公共直流母線，由專用整流電路供電，同時(shí)，每臺(tái)變頻器的進(jìn)線端仍接三相交流電源，如圖5所示。多臺(tái)電動(dòng)機(jī)中，有一臺(tái)放卷電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中，將連續(xù)處于再生制動(dòng)狀態(tài)(發(fā)電機(jī)狀態(tài))。
圖5 多臺(tái)變頻器共直流母線
提出的問題是，每臺(tái)變頻器與直流母線之間的接觸器和熔斷器的額定電流該如何確定？
2.1 電源的外特性
電源供電的重要特性之一是它的外特性，即端電壓與負(fù)載電流之間的關(guān)系。
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圖6 電源的外特性
圖6(a)是一個(gè)簡單的直流電路，電源的電動(dòng)勢(shì)是E，端電壓為U。兩者之間的關(guān)系為:
U＝E－Ir0 (2)
式中，I—負(fù)載電流，A;
r0－電源的內(nèi)電阻，Ω。
由式(2)知，空載時(shí)(I=0)，端電壓與電動(dòng)勢(shì)相等;當(dāng)負(fù)載電流I增加時(shí)，電源內(nèi)部的電阻壓降Ir0 也增加，故端電壓U將減小，如圖6(b)所示。
整流橋也是一種向負(fù)載提供直流電壓的電源，它同樣也有外特性。以變頻器內(nèi)的整流橋(包括濾波電容)為例，空載時(shí)，直流電壓等于輸入側(cè)交變電壓的振幅值。當(dāng)輸入線電壓為380V時(shí)，空載直流電壓等于537V。負(fù)載開始增加時(shí)，由于濾波電容放電的原因，其輸出電壓下降較快，滿載時(shí)，直流電壓等于整流后的平均值。當(dāng)輸入線電壓為380V時(shí)，直流電壓等于513V。
故變頻器中，三相全波整流橋的外特性如圖6(d)所示。