逆變器操作說明及故障處理

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1、一逆變器原理介紹1.1逆變(invertion):把直流電轉(zhuǎn)變成交流電的過程。逆變電路是把直流電逆變成交流電的電路。當(dāng)交流側(cè)和電網(wǎng)連結(jié)時,為有源逆變電路。變流電路的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接,而直接接到負(fù)載,即把直流電逆變?yōu)槟骋活l率或可調(diào)頻率的交流電供給負(fù)載,稱為無源逆變。逆變橋式回路把直流電壓等價地轉(zhuǎn)換成常用頻率的交流電壓。逆變器主要由晶體管等開關(guān)元件構(gòu)成,通過有規(guī)則地讓開關(guān)元件重復(fù)開-關(guān)(ON-OFF),使直流輸入變成交流輸出。當(dāng)然,這樣單純地由開和關(guān)回路產(chǎn)生的逆變器輸出波形并不實用。一般需要采用高頻脈寬調(diào)制(SPWM),使靠近正弦波兩端的電壓寬度變狹,正弦波中央的電壓寬度變寬,并在半周

2、期內(nèi)始終讓開關(guān)元件按一定頻率朝一方向動作,這樣形成一個脈沖波列(擬正弦波)。然后讓脈沖波通過簡單的濾波器形成正弦波。1.2IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理1.2.1IGBT的結(jié)構(gòu)IGBT是三端器件,具有柵極G、集電極C和發(fā)射極E。IGBT由N溝道VDMOSFET與雙極型晶體管組合而成的,VDMOSFET多一層P+注入?yún)^(qū),實現(xiàn)對漂移區(qū)電導(dǎo)率進(jìn)行調(diào)制,使得IGBT具有很強的通流能力。圖1-1為IGBT等效原理圖及符號表示圖1-1IGBT等效原理圖及符號表示1.2.2IGBT的工作原理IGBT的驅(qū)動原理與電力MOSFET基本相同,是一種場控器件。其開通和關(guān)斷是由柵極和發(fā)射極間的電壓UGE決定的。當(dāng)

3、UGE為正且大于開啟電壓UGE(th)時,MOSFET內(nèi)形成溝道,并為晶體管提供基極電流進(jìn)而使IGBT導(dǎo)通。當(dāng)柵極與發(fā)射極間施加反向電壓或不加信號時,MOSFET內(nèi)的溝道消失,晶體管的基極電流被切斷,使得IGBT關(guān)斷。電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使得電阻RN減小,這樣高耐壓的IGBT也具有很小的通態(tài)壓降。1.3逆變電路介紹1.3.1逆變產(chǎn)生的條件為1,要有直流電動勢,其極性須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致,其值應(yīng)大于變流器直流側(cè)的平均電壓。2要求晶閘管的控制角a>p/2,使Ud為負(fù)值。兩者必須同時具備才能實現(xiàn)有源逆變。逆變運行時,一旦發(fā)生換相失敗,外接的直流電源就會通過晶閘管電路形成短路,或者使變流器的輸出

4、平均電壓和直流電動勢變成順向串聯(lián),由于逆變電路的內(nèi)阻很小,形成很大的短路電流,這種情況稱為逆變失敗,或稱為逆變顛覆。逆變失敗的原因1觸發(fā)電路工作不可靠,不能適時、準(zhǔn)確地給各晶閘管分配脈沖,如脈沖丟失、脈沖延時等,致使晶閘管不能正常換相。2晶閘管發(fā)生故障,該斷時不斷,或該通時不通。3交流電源缺相或突然消失。4換相的裕量角不足,引起換相失敗為了防止逆變失敗,不僅逆變角b不能等于零,而且不能太小,必須限制在某一允許的最小角度內(nèi)。1.3.2逆變電路基本的工作原理圖1-2單相逆變電路原理圖圖1-2中S1-S4是橋式電路的4個臂,由電力電子器件及輔助電路組成。當(dāng)開關(guān)S1、S4閉合,S2、S3斷開

5、時,負(fù)載電壓uo為正;當(dāng)開關(guān)S1、S4斷開,S2、S3閉合時,uo為負(fù),這樣就把直流電變成了交流電。改變兩組開關(guān)的切換頻率,即可改變輸出交流電的頻率。電阻負(fù)載時,負(fù)載電流io和uo的波形相同,相位也相同。阻感負(fù)載時,io相位滯后于uo,波形也不同。三個單相逆變電路可組合成一個三相逆變電路。圖1-3為三相橋式逆變電路。下面介紹一下它的基本工作方式?;竟ぷ鞣绞绞?80°導(dǎo)電方式。同一相(即同一半橋)上下兩臂交替導(dǎo)電,各相開始導(dǎo)電的角度差120°,任一瞬間有三個橋臂同時導(dǎo)通。圖1-3三相橋式逆變電路工作波形對于U相輸出來說,當(dāng)橋臂1導(dǎo)通時,uUN’=Ud/2,當(dāng)橋臂4導(dǎo)通時,uUN’=-

6、Ud/2,uUN’的波形是幅值為Ud/2的矩形波,V、W兩相的情況和U相類似。負(fù)載線電壓uUV、uVW、uWU可由下式求出負(fù)載各相的相電壓分別為圖1-4三相橋式逆變電路輸出波形把上面各式相加并整理可求得設(shè)負(fù)載為三相對稱負(fù)載,則有uUN+uVN+uWN=0,故可得負(fù)載參數(shù)已知時,可以由uUN的波形求出U相電流iU的波形,圖4-10g給出的是阻感負(fù)載下時iU的波形。把橋臂1、3、5的電流加起來,就可得到直流側(cè)電流id的波形,如圖4-10h所示,可以看出id每隔60°脈動一次。為了防止同一相上下兩橋臂的開關(guān)器件同時導(dǎo)通而引起直流側(cè)電源的短路,要采取“先斷后通”的方法。1.4PWM控制的基本

7、原理單純地由開和關(guān)回路產(chǎn)生的逆變器輸出波形并不實用。一般需要采用高頻脈寬調(diào)制(SPWM),使靠近正弦波兩端的電壓寬度變狹,正弦波中央的電壓寬度變寬,并在半周期內(nèi)始終讓開關(guān)元件按一定頻率朝一方向動作,這樣形成一個脈沖波列(擬正弦波)。然后讓脈沖波通過簡單的濾波器形成正弦波。面積等效原理是PWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。原理內(nèi)容:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時,其效果基本相同。沖量即指窄脈沖的面積。效果基本相同,是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。

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