一变频器里的直流电源
主电路的直流电源
1.主电路的结构
主电路的直流电源已如前述,由三相全波整流电路加滤波电容器构成。这里不再赘述。
2.突然停电后的过渡过程
当突然停电时,变频器的框图如图1a)所示。由于逆变桥还在工作,滤波电容器CD迅速放电,直流电压UD迅速下降,电压曲线如图1b)中之曲线①所示。曲线②是曲线①的切线,τD是UD下降的时间常数。由曲线①知,电压的下降是很快的。但因为电压的初始值很大,下降过程的总时间并不很短。
图1 主电路停电后的直流电源
a)停电后的主电路b)电压的衰减曲线
驱动电路的直流电源
1.对驱动电源的要求
驱动电源需要解决两方面的问题:
一方面,它应能使晶体管迅速进入饱和导通状态,如图2a)所示;
另一方面,在饱和导通的状态下,又能使晶体管迅速截止。为此,采取了两个措施:
(1)关断时,在基极和发射极之间加入反向电压,使晶体管容易截止,如图2b)所示。
(2)当晶体管饱和导通后,应适当降低驱动电压,使晶体管退出深度饱和的状态,如图2c)所示。
图2 变频器对驱动电源的要求
a)开通时要求b)关断时要求c)驱动电源的电压
2.驱动电路的结构
驱动电路的结构框图如图3a)所示,其负载是晶体管的B-E结。根据驱动电路对电源电压的要求,滤波电容器CB的容量不宜太大。
3.突然停电后的过渡过程
一方面,由于CB的容量不大,另一方面,其输出电流又并不小,所以,停电后,电压UB和驱动电流IB将衰减得很快,如图3b)中的曲线①所示。
图3 驱动电路的电源
a)电路框图b)停电后的过渡过程
控制电路的直流电源
1.控制电路的电源结构
控制电路的主体是中央处理器(CPU),它对电压稳定度的要求极高。在图4a)中,W1是开关电源输出变压器的一次绕组,CPU的电源从二次绕组之一取出。
本来,开关电源本身就具有稳压功能,但为了增强CPU电源的稳定度和抗干扰能力,又增加了稳压电路,如图4a)所示。图中,7805是集成稳压电路,滤波电容器C01的容量很大,以保持直流电压更加稳定。C02和C03用于抗干扰。
图4 控制电路的直流电源
a)电源框图b)停电后的过渡过程
二停电时逆变管损坏的原因
逆变用晶体管的额定功率
1.晶体管的功耗
众所周知,晶体管有三个工作状态:截止状态、饱和导通状态和放大状态。今假设某晶体管的额定数据是:1200V、100A、500W。则在三个状态之下的功耗如图5所示。
(1)截止状态的功耗
在截止状态,集电极只有1mA的漏电流,电阻RC上的电压降几乎为0,晶体管的管压降和电源电压近乎相等,晶体管的功耗只有0.5W,如图a)所示;
(2)饱和状态的功耗
在饱和导通状态,集电极电流为100A,晶体管的管压降为2.6V,功耗为260W,如图b)所示;
(3)放大状态的功耗
以某放大状态为例,集电极电流为50A,集电极电阻RC上的电压降为248V,晶体管的管压降为252V,功耗高达2.6kW。大大超过额定功耗。所以,开关晶体管只能用在开关状态,绝对不允许在放大区停留。
图5 晶体管的功耗
a)截止状态b)饱和状态c)放大状态
变频器停电时的状态
正常情况下,应该首先使变频器停止工作,然后切断电源。
如果变频器在正常运行的状态下突然切断电源,情况如何呢?
1.基极电流
如上述,停电后,基极驱动电路的电压下降得很快,故基极电流也很快减小。假设,在tX时间内,基极电流从额定状态的1.5A减小为0.375A,晶体管进入放大状态,集电极电流减小为20A,如图6a)所示。
2.主电路电压
主电路电压也下降得很快,但因为初始值很大,所以,在相同的tX时间内,虽然下降得只有额定电压的30%,但仍有150V。
3.晶体管的功耗
集电极电流的减小,使RC上的电压降为100V,而晶体管的管压降减小为50V,晶体管的功耗为1000W,是额定功耗的2倍。所以,晶体管必烧无疑。
变频器的逆变器件改用IGBT管以后,因为其控制极电流极小,驱动电路的电压不会很快下降,上述现象基本上不再发生。
图6 突然停电的结果
a)基极电流b)主电压c)饱和状态d)放大状态
小小体会
当电源电压突变时,分析各部分电路的暂态过程是十分重要的,也是解开各种迷团的主要途径。
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