電源第2講高壓變頻器性能

5)諧波會(huì)對(duì)鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量;重者導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。

30 高壓變頻器中諧波是怎樣產(chǎn)生的?如何減小諧波對(duì)電網(wǎng)的污染?

答： 由于大量使用IGBT等非線性電力電子功率器件，變頻器從電網(wǎng)中吸取能量的方式均不是連續(xù)的正弦波，而是以脈沖的斷續(xù)方式向電網(wǎng)索取電流，這種脈沖電流和 電網(wǎng)的沿路阻抗共同形成脈沖電壓降疊加在電網(wǎng)的電壓上，使電壓發(fā)生變化，經(jīng)傅里葉分析可知，這種非同期正弦波電流是由頻率相同的基波和頻率大于基波頻率的 諧波組成。

抑制諧波的基本思路有三：其一是裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置來補(bǔ)償諧波，其二是對(duì)電力電子裝置本身進(jìn)行改造，使其不產(chǎn)生諧波，且功率因數(shù)可控制為1，其三是在市電網(wǎng)絡(luò)中采用適當(dāng)?shù)拇胧﹣硪种浦C波，具體方法有以下幾種。

1)采用多相脈沖整流在條件允許或是要求諧波限制在比較小的情況下，可采用多相整流的方法。12 相脈沖整流THD原V 為10%耀15%，18 相脈沖整流的THD原V 為3%耀8%，滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的要求。需要專用的移相變壓器，這也是現(xiàn)階段高壓變頻器普遍采用的方法。

2)安裝適當(dāng)?shù)碾娍蛊髯冾l器的輸入側(cè)功率因數(shù)取決于裝置內(nèi)部的AC-DC變換電路系統(tǒng)，可利用并聯(lián)功率因數(shù)校正DC 電抗器組，電源側(cè)串聯(lián)AC 電抗器的方法，使進(jìn)線電流的THD原V 降低30%耀50%，是不加電抗器諧波電流的一半左右。

3) 裝設(shè)有源電力濾波器除傳統(tǒng)的LC濾波器還在應(yīng)用外，目前諧波抑制的一個(gè)重要趨勢(shì)是采用有源電力濾波器。它串聯(lián)或是并聯(lián)于主電路中，實(shí)時(shí)從補(bǔ)償對(duì)象中檢測(cè)出 諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等，方向相反的補(bǔ)償電流，從而使電網(wǎng)電流只含基波分量。這種濾波器能對(duì)頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ) 償，其特性不受系統(tǒng)的影響，無諧波放大的危險(xiǎn)，因而倍受關(guān)注，在日本等國(guó)家已獲得廣泛應(yīng)用。

31 高壓變頻器為什么會(huì)產(chǎn)生共模電壓?共模電壓有哪些危害?

答： 高壓變頻器采用PWM 控制技術(shù)，變頻器電壓輸出均為矩形脈沖。這時(shí)在電動(dòng)機(jī)三相繞組中性點(diǎn)處，將存在共模電壓，即變頻器輸出的零序電壓，其大小為Vcm= (Vu+Vv+Vw)/3，其中，Vcm為共模電壓;Vu，Vv和Vw為電動(dòng)機(jī)端各相相電壓，由于變頻器輸出為矩形脈沖，Vu，Vv 和Vw 在任意時(shí)刻下可能對(duì)稱，Vcm任意時(shí)刻也不會(huì)為零。所以在任何電壓源PWM控制變頻器中共模電壓都存在。共模電壓產(chǎn)生的危害：

(1)會(huì)在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上感應(yīng)出高幅值軸電壓，并形成軸承電流，使電動(dòng)機(jī)的軸承在短期內(nèi)損壞，縮短電動(dòng)機(jī)使用壽命。

(2)產(chǎn)生EMI，并且高次諧波電流在線路阻抗上形成諧波壓降，產(chǎn)生有功和無功損耗，影響供電電網(wǎng)電能質(zhì)量，影響電網(wǎng)上的其它電子設(shè)備的正常運(yùn)行。

32 dv/dt 代表什么意義?

答：dv/dt 表示電壓的變化率，在高壓變頻中，由于輸出電壓為一系列等幅不等寬矩形脈沖，脈沖的幅度越大，上升延或下降延時(shí)間越短，dv/dt越大。dv/dt的大小 對(duì)變頻器的性能和可靠性影響較大：1)dv/dt 越大，變頻器將承受沖擊電流，可能會(huì)燒壞變頻器。2)dv/dt越大，對(duì)絕緣材料損傷越大，使得絕緣材料易老化，縮短了變頻器的使用壽命。

3)dv/dt大，一些電子開關(guān)器件易誤導(dǎo)通。

33 什么是差動(dòng)保護(hù)?變頻器為什么不采用差動(dòng)保護(hù)?

答： 差動(dòng)保護(hù)是比較被保護(hù)設(shè)備輸入和輸出端口電流的大小或相位的繼電保護(hù)。如圖14 所示，流入保護(hù)裝置的電力差動(dòng)電流icd=im+in，當(dāng)被保護(hù)設(shè)備在正常運(yùn)行或外部短路以及系統(tǒng)振蕩時(shí)，由于im憶和in憶大小相等，方向相反，差動(dòng)電 流icd 為零，保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)作;當(dāng)被保護(hù)設(shè)備本身發(fā)生內(nèi)部短路時(shí)，差動(dòng)電流將icd 不為零，當(dāng)icd 值大于某一整定值時(shí)，保護(hù)將靈敏動(dòng)作。

由于變頻器中間的直流環(huán)節(jié)采用電容器，使得變頻器在工作的時(shí)候其內(nèi)部含有有源設(shè)備，這樣，即使變頻器正常工作時(shí)輸入輸出兩端電流在某一時(shí)刻不滿足平衡，這與差動(dòng)保護(hù)機(jī)理相違背，所以變頻器一般不采用差動(dòng)保護(hù)。

34 IGBT 的原意及如何檢測(cè)IGBT?

答：IGBT 全稱是Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管，是由BIT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)型電力電子器件，本質(zhì)上是 一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，只是在漏極和漏區(qū)之間多了一個(gè)P型層。

功率模塊的好壞判斷主要是對(duì)功率模塊內(nèi)的續(xù)流二極管的判斷。對(duì)于IGBT模塊還需判斷在有觸發(fā)電壓的情況下能否正常導(dǎo)通和關(guān)斷。

將數(shù)字萬用表撥到二極管測(cè)試檔，測(cè)試IGBT模塊cl原el、c2原e2 之間以及柵極G 與el、e2 之間正反向二極管特性來判斷IGBT模塊是否完好。

35 IGBT 的驅(qū)動(dòng)電路有什么特點(diǎn)?

答：驅(qū)動(dòng)電路的作用是將微處理器輸出的脈沖進(jìn)行功率放大，以驅(qū)動(dòng)IGBT，保證IGBT的可靠工作。驅(qū)動(dòng)電路起著至關(guān)重要的作用，IGBT 驅(qū)動(dòng)電路有以下基本特點(diǎn)：

(1)提供適當(dāng)?shù)恼蚝头聪蜉敵鲭妷?，使IGBT可靠的開通和關(guān)斷。

(2)提供足夠大的瞬態(tài)功率或瞬時(shí)電流，使IGBT能迅速建立柵控電場(chǎng)而導(dǎo)通。

(3)具有盡可能小的輸入輸出延遲時(shí)間，以提高工作效率。

(4)具有足夠高的輸入輸出電氣隔離性能，使信號(hào)電路與柵極驅(qū)動(dòng)電路絕緣。

(5)具有靈敏的過流保護(hù)能力。

36 以IGBT為逆變管的變頻器的特點(diǎn)?

答：以IGBT為逆變管的變頻器的逆變電路與GTR 等其他逆變電路基本相同，但I(xiàn)GBT 逆變電路具有以下特點(diǎn)：

(1)載波頻率高。大多數(shù)變頻器的載波頻率可在(3耀15 kHz)的范圍內(nèi)任意可調(diào)。載波頻率越高，電流的諧波成分越小。

(2)功耗減小。由于IGBT的驅(qū)動(dòng)電路取用電流極小，幾乎不消耗功率。而GTR基極回路取用電流常常是安培級(jí)的，消耗功率不可小視。

37 電解電容器的壽命有多長(zhǎng)?

答：電解電容的使用壽命與環(huán)境溫度有關(guān)，日本安川公司電容器的壽命與環(huán)境溫度的關(guān)系如圖15 所示。從圖中知，如果周圍溫度在30益以下，電解電容的使用壽命可長(zhǎng)達(dá)10 年以上;而當(dāng)周圍溫度為50益時(shí)，使用壽命只有2.5 年。