電流型逆變器問題的應(yīng)用研究

　　論文摘要：在電機漏感上減小的情況下，可以相應(yīng)地降低功率半導(dǎo)體器件的耐壓要求，為了減小換流時間以提高逆變器的運行頻率，也要求降低電動機的總漏感上。

　　下述問題涉及電流型逆變器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以串聯(lián)二極管式電流型逆變器為討論對象。對異步電動機的從逆變器元件的選擇對電機參數(shù)的要求。

　　串聯(lián)二極管式電流型逆變器的品閘管和隔離二極管可以確定耐壓值。可以看到，在電機漏感上減小的情況下，可以相應(yīng)地降低功率半導(dǎo)體器件的耐壓要求。另外，二極管換流階段的持續(xù)時間可確定。為了減小換流時間以提高逆變器的運行頻率，也要求降低電動機的總漏感上。因而，電流型逆變器要求異步電動機有盡可能小的漏感上。這一點正好與電壓型逆變器對異步電動機的要求相反。在功率半導(dǎo)體器件耐壓已知的情況下，應(yīng)合理地選擇電動機，以減小換流電容器的電容量。

　　從電動機運行的安全可靠性對電動機材料的要求，電動機在電流型逆變器供電的運行過程中，由干每次換流在電壓波形中產(chǎn)生尖峰。這個尖峰在數(shù)值上等于I,差加千正線電勢波形之上。因此，電動機在運行過程中實際承受的最高電壓，于電動機額定線電壓的峰值。為了電動機安全地運行，應(yīng)適當(dāng)加強其絕緣。由于電流矩形波對電動機供電在電動機內(nèi)造成諧波損耗，逆變器在高于50赫的情況下運行時，電動機的損壞也有所增加。為了不致因電機效率過低和溫升過高造電動機過熱而損壞，應(yīng)適當(dāng)降低電動機銅鐵材料的電負荷。在運行頻率較高的情況下，應(yīng)注意降低電動機的機械損耗和鐵耗。

　　起動轉(zhuǎn)矩和避免機振對電動機結(jié)構(gòu)的要求。電動機低頻起動時，起動轉(zhuǎn)矩的平均值和轉(zhuǎn)矩的波動率。起動轉(zhuǎn)矩在某頻率時具有最大值。它取決于電動機參數(shù)。當(dāng)頻率低于出現(xiàn)最大起動轉(zhuǎn)矩的數(shù)值時，轉(zhuǎn)矩的波動率急劇增加。因此，應(yīng)根據(jù)運行要求和特性等決定最佳起動頻率或電動機參數(shù)。此外，即使在逆變器對電動機供電的正常運行情況下，轉(zhuǎn)矩波形中也含有六倍于逆變器輸出頻率的脈動轉(zhuǎn)矩。為了避免這種脈動轉(zhuǎn)矩造成的機械系統(tǒng)諧振，應(yīng)使機械系統(tǒng)的諧振頻率與逆變器運行頻率范圍的六倍相互錯開。

　　對于功率半導(dǎo)體器件的要求。在串聯(lián)二極管式電流型逆變器中，在觸發(fā)一個晶閘管，用電容電壓關(guān)斷另一晶閘管以后爭由恒流對電容器反向充電。由于電容電壓過零需要一段時間，這就保證被關(guān)斷晶閘管有較長的承受反壓的時間。如果說，電壓型逆變器對于晶閘管元件的關(guān)斷時間有較高的要求(郎要求使用快速晶閘管)，那末電流型逆變器由于承受反壓的時間較長，因而可以使用普通晶閘管元件。在換流過程中以諧振造成了電壓尖峰，因此要求晶閘管元件和隔離二雌有較高的耐壓值。

　　換流浪涌電壓吸收回路。在正弦電勢波形上迭加的尖峰電壓，是由于換流過程中電動機釋放漏感貯能所產(chǎn)生的。特別是在運行頻率較高的場合，在為了縮短換流時間而選擇較小的換流電容值的情況下，換流浪涌過電壓就更加嚴重。浪涌電壓將直接威脅功率半導(dǎo)體器件和電動機的安全運行。為了減小這種影響，可以在逆變器輸出端，與負載電動機并聯(lián)一個換流浪涌電壓吸收回路(也稱為電壓箝位器)，如采用電壓箝位器以后，逆變器的輸出電壓和輸出電流波形如逆變器輸出電壓的尖峰可以限制在正弦電勢峰值的(11~12)倍以內(nèi)。有源逆變器型式，可以使箝位電壓保持一定。

　　逆變器運行的可靠性問題。在逆變器的直流側(cè)設(shè)有乎波大電感上，在電流閉環(huán)的作用下，可以有效地限制故障電流，即使在逆變器換流失敗或短路的情況下，也不會造成大電流而損壞元件，因此，電流型逆變器的衛(wèi)作是可靠的。

　　能夠?qū)崿F(xiàn)電能再生。在電動機降頻減速時，系統(tǒng)能自動地運行于再生狀態(tài)，可把機械能有效地轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽�并縮短電動機的減速時間。此時，逆變器與整流器直流側(cè)電壓的極性反號，而電流的流向保持不變，功率由電動機經(jīng)逆變器和整流器流向交流電源，實現(xiàn)再生制動。因此，電流型逆變器能夠方便地實現(xiàn)四象限運行，其動態(tài)特性好，容易滿足快速及可逆系統(tǒng)的要求。

[$page]　　使用電流型逆變器除了用于要求電變頻調(diào)速的系統(tǒng)以外，近年來在下述兩個方面受到較大的關(guān)注。(1)用于泵、風(fēng)機、增壓機等機械的節(jié)能。過去這些機械常用恒頻的交流電機拖動，在流量、壓力要求變化時，用調(diào)節(jié)閥門的蘐蕓方法以滿足要求。這樣，就白白地浪費了大量的電能。電流型逆變器因有許多使用上的優(yōu)點，并且采用變頻調(diào)速，可以減小這些機械低速時的電能消耗，以達到節(jié)電的目的。(2)作為電動機的起動器。交流電動機采用直接投入電網(wǎng)(電力電源)的起動方法，不僅對于電網(wǎng)的沖擊很大，可能造成與電網(wǎng)聯(lián)接的其它用電設(shè)備的不正常運行，因而不適用于經(jīng)常要求起動的設(shè)備。而且直接投入電網(wǎng)的起動方法對于交流電動機和生產(chǎn)機械也產(chǎn)生較大的沖擊，因而容易損壞設(shè)備。采用電流型逆變器向交流電動機供電，可以用低頻起動，逐步增高逆變器輸出頻率和電機的轉(zhuǎn)速，最后向步切換到電力電源上。因此，可以減輕對電網(wǎng)的沖擊，以及減小電機和機械的應(yīng)方口作為起動器，特別在生產(chǎn)機械無載起動的情況下，逆變器的設(shè)計容量可大為減小。