主電路的直流電源
1.主電路的結(jié)構(gòu)
主電路的直流電源已如前述,由三相全波整流電路加濾波電容器構(gòu)成。這里不再贅述。
2.突然停電后的過(guò)渡過(guò)程
當(dāng)突然停電時(shí),變頻器的框圖如圖1a)所示。由于逆變橋還在工作,濾波電容器CD迅速放電,直流電壓UD迅速下降,電壓曲線如圖1b)中之曲線①所示。曲線②是曲線①的切線,τD是UD下降的時(shí)間常數(shù)。由曲線①知,電壓的下降是很快的。但因?yàn)殡妷旱某跏贾岛艽?,下降過(guò)程的總時(shí)間并不很短。
圖1 主電路停電后的直流電源
a)停電后的主電路b)電壓的衰減曲線
驅(qū)動(dòng)電路的直流電源
1.對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的要求
驅(qū)動(dòng)電源需要解決兩方面的問(wèn)題:
一方面,它應(yīng)能使晶體管迅速進(jìn)入飽和導(dǎo)通狀態(tài),如圖2a)所示;
另一方面,在飽和導(dǎo)通的狀態(tài)下,又能使晶體管迅速截止。為此,采取了兩個(gè)措施:
(1)關(guān)斷時(shí),在基極和發(fā)射極之間加入反向電壓,使晶體管容易截止,如圖2b)所示。
(2)當(dāng)晶體管飽和導(dǎo)通后,應(yīng)適當(dāng)降低驅(qū)動(dòng)電壓,使晶體管退出深度飽和的狀態(tài),如圖2c)所示。
圖2 變頻器對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的要求
a)開(kāi)通時(shí)要求b)關(guān)斷時(shí)要求c)驅(qū)動(dòng)電源的電壓
2.驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)
驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖3a)所示,其負(fù)載是晶體管的B-E結(jié)。根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路對(duì)電源電壓的要求,濾波電容器CB的容量不宜太大。
3.突然停電后的過(guò)渡過(guò)程
一方面,由于CB的容量不大,另一方面,其輸出電流又并不小,所以,停電后,電壓UB和驅(qū)動(dòng)電流IB將衰減得很快,如圖3b)中的曲線①所示。
圖3 驅(qū)動(dòng)電路的電源
a)電路框圖b)停電后的過(guò)渡過(guò)程
控制電路的直流電源
1.控制電路的電源結(jié)構(gòu)
控制電路的主體是中央處理器(CPU),它對(duì)電壓穩(wěn)定度的要求極高。在圖4a)中,W1是開(kāi)關(guān)電源輸出變壓器的一次繞組,CPU的電源從二次繞組之一取出。
本來(lái),開(kāi)關(guān)電源本身就具有穩(wěn)壓功能,但為了增強(qiáng)CPU電源的穩(wěn)定度和抗干擾能力,又增加了穩(wěn)壓電路,如圖4a)所示。圖中,7805是集成穩(wěn)壓電路,濾波電容器C01的容量很大,以保持直流電壓更加穩(wěn)定。C02和C03用于抗干擾。
圖4 控制電路的直流電源
a)電源框圖b)停電后的過(guò)渡過(guò)程
逆變用晶體管的額定功率
1.晶體管的功耗
眾所周知,晶體管有三個(gè)工作狀態(tài):截止?fàn)顟B(tài)、飽和導(dǎo)通狀態(tài)和放大狀態(tài)。今假設(shè)某晶體管的額定數(shù)據(jù)是:1200V、100A、500W。則在三個(gè)狀態(tài)之下的功耗如圖5所示。
(1)截止?fàn)顟B(tài)的功耗
在截止?fàn)顟B(tài),集電極只有1mA的漏電流,電阻RC上的電壓降幾乎為0,晶體管的管壓降和電源電壓近乎相等,晶體管的功耗只有0.5W,如圖a)所示;
(2)飽和狀態(tài)的功耗
在飽和導(dǎo)通狀態(tài),集電極電流為100A,晶體管的管壓降為2.6V,功耗為260W,如圖b)所示;
(3)放大狀態(tài)的功耗
以某放大狀態(tài)為例,集電極電流為50A,集電極電阻RC上的電壓降為248V,晶體管的管壓降為252V,功耗高達(dá)2.6kW。大大超過(guò)額定功耗。所以,開(kāi)關(guān)晶體管只能用在開(kāi)關(guān)狀態(tài),絕對(duì)不允許在放大區(qū)停留。
圖5 晶體管的功耗
a)截止?fàn)顟B(tài)b)飽和狀態(tài)c)放大狀態(tài)
變頻器停電時(shí)的狀態(tài)
正常情況下,應(yīng)該首先使變頻器停止工作,然后切斷電源。
如果變頻器在正常運(yùn)行的狀態(tài)下突然切斷電源,情況如何呢?
1.基極電流
如上述,停電后,基極驅(qū)動(dòng)電路的電壓下降得很快,故基極電流也很快減小。假設(shè),在tX時(shí)間內(nèi),基極電流從額定狀態(tài)的1.5A減小為0.375A,晶體管進(jìn)入放大狀態(tài),集電極電流減小為20A,如圖6a)所示。
2.主電路電壓
主電路電壓也下降得很快,但因?yàn)槌跏贾岛艽螅裕谙嗤膖X時(shí)間內(nèi),雖然下降得只有額定電壓的30%,但仍有150V。
3.晶體管的功耗
集電極電流的減小,使RC上的電壓降為100V,而晶體管的管壓降減小為50V,晶體管的功耗為1000W,是額定功耗的2倍。所以,晶體管必?zé)裏o(wú)疑。
變頻器的逆變器件改用IGBT管以后,因?yàn)槠淇刂茦O電流極小,驅(qū)動(dòng)電路的電壓不會(huì)很快下降,上述現(xiàn)象基本上不再發(fā)生。
圖6 突然停電的結(jié)果
a)基極電流b)主電壓c)飽和狀態(tài)d)放大狀態(tài)
小小體會(huì)
當(dāng)電源電壓突變時(shí),分析各部分電路的暫態(tài)過(guò)程是十分重要的,也是解開(kāi)各種迷團(tuán)的主要途徑。
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