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1、（复习资料）某公司要生产一款电动机调速装置，下图是电路原理图，请认真分析并完成以下任务。电动机调速电路原理图任务一：说明变频器组成及各元件作用(30分)变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。交-直部分整流电路：由VD1-VD6六个整流二极管组成不可控全波整流桥。对于380V的额定电源，一般二极管反向耐压值应选1200V，二极管的正向电流为电机额定电流的1.414-2倍。直-交部分VT1-VT6逆变管（IGBT绝缘栅双极型功率管）：构成逆变电路的主要器件，也是变频器的核心元件。把直流电逆变频率，幅值都可调的交流电。T1-T6
2、是续流二极：作用是把在电动机在制动过程中将再生电流返回直流电提供通道并为逆变管T1-T6在交替导通和截止的换相过程中，提供通道。电容C1：是吸收电容,整流电路输出是脉动的直流电压，必须加以滤波，压敏电阻：有三个作用,一过电压保护,二耐雷击要求,三安规测试需要.热敏电阻：过热保护霍尔：安装在UVW的其中二相,用于检测输出电流值。选用时额定电流约为电机额定电流的2倍左右。充电电阻：作用是防止开机上电瞬间电容对地短路，烧坏储能电容开机前电容二端的电压为0V；所以在上电（开机）的瞬间电容对地为短路状态。如果不加充电电阻在整流桥与电解电容之间，则相当于380V电源直接对地短路，瞬间整流桥通过无穷大的电流
3、导致整流桥炸掉。一般而言变频器的功率越大，充电电阻越小。充电电阻的选择范围一般为：10-300。储能电容：又叫电解电容，在充电电路中主要作用为储能和滤波。PN端的电压电压工作范围一般在430VDC700VDC之间，而一般的高压电容都在400VDC左右，为了满足耐压需要就必须是二个400VDC的电容串起来作800VDC。容量选择60uf/A均压电阻：防止由于储能电容电压的不均烧坏储能电容；因为二个电解电容不可能做成完全一致，这样每个电容上所承受的电压就可能不同，承受电压高的发热严重（电容里面有等效串联电阻）或超过耐压值而损坏。C2电容;吸收电容,主要作用为吸收IGBT的过流与过压能量。控制部分:
4、电源板、驱动板、控制板（CPU板）电源板：开关电源电路向操作面板、主控板、驱动电路、检测电路及风扇等提供低压电源，开关电源提供的低压电源有：5V、15V、24V向CPU其附属电路、控制电路、显示面板等提供电源。驱动板：主要是将CPU生成的PWM脉冲经驱动电路产生符合要求的驱动信号激励IGBT输出电压。控制板（CPU板）：也叫CPU板相当人的大脑，处理各种信号以及控制程序等部分任务二：请说明电机的旋转速度为什么能够自由地改变？(25分)电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可表示为rpm.例如：2极电机50Hz3000r/min4极电机50Hz1500r/min可见电机的旋转速度同频率成比交流电机
5、的旋转速度决定于电机的极数和频率。由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。由于该极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以一般不适于通过改变该值来调整电机的速度。另外，频率能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。n=60f/p（n:同步速度f:电源频率p:电机极对数）改变频率和电压是最优的电机控制方法：如果仅改变频率而不改变电压，频率降低时会使电机出于过电压（过励磁），导致电机可能被烧坏。因此变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。输出频率在额定频率以上时，电压却不可以继
6、续增加，最高只能是等于电机的额定电压。例如：为了使电机的旋转速度减半，把变频器的输出频率从50Hz改变到25Hz，这时变频器的输出电压就需要从400V改变到约200V任务三：当变频器调速到大于50Hz频率时，电机的输出转矩将怎样变化？(25分)通常的电机是按50Hz电压设计制造的，其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调速.(T=Te,P=Pe)变频器输出频率大于50Hz频率时，电机产生的转矩要以和频率成反比的线性关系下降。当电机以大于50Hz频率速度运行时，电机负载的大小必须要给予考虑，以防止电机输出转矩的不足。举例，电机在100Hz时产生的转矩大约要降低到
7、50Hz时产生转矩的1/2。因此在额定频率之上的调速称为恒功率调速.(P=Ue*Ie)其他和输出转矩有关的因素发热和散热能力决定变频器的输出电流能力，从而影响变频器的输出转矩能力。载波频率:一般变频器所标的额定电流都是以最高载波频率,最高环境温度下能保证持续输出的数值.降低载波频率,电机的电流不会受到影响。但元器件的发热会减小。环境温度：就象不会因为检测到周围温度比较低时就增大变频器保护电流值.海拔高度:海拔高度增加,对散热和绝缘性能都有影响.一般1000m以下可以不考虑.以上每1000米降容5%就可以了.任务四：变频器制动的有关问题（20分）制动:指电能从电机侧流到变频器侧（或供电电源侧）,
8、这时电机的转速高于同步转速.负载的能量分为动能和势能.动能(由速度和重量确定其大小）随着物体的运动而累积。当动能减为零时，该事物就处在停止状态。机械抱闸装置的方法是用制动装置把物体动能转换为摩擦和能消耗掉。对于变频器，如果输出频率降低，电机转速将跟随频率同样降低。这时会产生制动过程.由制动产生的功率将返回到变频器侧。这些功率可以用电阻发热消耗。在用于提升类负载,在下降时,能量(势能)也要返回到变频器(或电源)侧,进行制动.这种操作方法被称作再生制动，而该方法可应用于变频器制动。在减速期间，产生的功率如果不通过热消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到变频器电源侧的方法叫做功率返回再生方法。在实际中
9、，这种应用需要能量回馈单元选件。提高制动能力的方法：为了用散热来消耗再生功率，需要在变频器侧安装制动电阻。为了改善制动能力，不能期望靠增加变频器的容量来解决问题。请选用制动电阻、制动单元或功率再生变换器等选件来改善变频器的制动容量电力电子技术综合知识一：指出下图中各保护元件及VD、Ld的名称和作用。(18分)解：星形接法的硒堆过电压保护；三角形接法的阻容过电压保护；桥臂上的快速熔断器过电流保护；晶闸管的并联阻容过电压保护；桥臂上的晶闸管串电感抑制电流上升率保护；直流侧的压敏电阻过电压保护；直流回路上过电流快速开关保护；VD是电感性负载的续流二极管；Ld是电动机回路的平波电抗器；二：试述变频调速
10、系统的优点。（18分）答：变频调速的优点主要有：（1）调速范围宽，可以使普通异步电动机实现无级调速；（2）启动电流小，而启动转矩大；（3）启动平滑，消除机械的冲击力，保护机械设备；（4）对电机具有保护功能，降低电机的维修费用；（5）具有显著的节电效果；（6）通过调节电压和频率的关系方便的实现恒转矩或者恒功率调速。三：过电流跳闸的原因分析（16分）答：（1）重新起动时，一升速就跳闸。这是过电流十分严重的表现。主要原因有：1）负载侧短路；2）工作机械卡住；3）逆变管损坏；4）电动机的起动转矩过小，拖动系统转不起来（2）重新起动时并不立即跳闸，而是在运行过程中跳闸可能的原因有：1）升速时间设定太短；
11、2）降速时间设定太短；3）转矩补偿设定较大，引起低速时空载电流过大；4）电子热继电器整定不当，动作电流设定得太小，引起误动作。四：试比较GTR、GTO、MOSFET、IGBT之间的差异和各自的优缺点及主要应用领域。（20分）器件器件优点优点缺点缺点应用领域应用领域GTR耐压高，电流大，开关特性好，耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强，饱和压降低通流能力强，饱和压降低开关速度低，电流驱动型开关速度低，电流驱动型需要驱动功率大，驱动电需要驱动功率大，驱动电路复杂，存在路复杂，存在2次击穿问题次击穿问题UPS、空调等中小功率、空调等中小功率中频场合中频场合GTO电压、电流容量很大，适用于电压、电流
12、容量很大，适用于大功率场合，具有电导调制效大功率场合，具有电导调制效应，其通流能力很强应，其通流能力很强电流关断增益很小，关断电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电流大，开时门极负脉冲电流大，开关速度低，驱动功率很大，关速度低，驱动功率很大，驱动电路复杂，开关频率驱动电路复杂，开关频率低低高压直流输电、高压高压直流输电、高压静止无功补偿、高压静止无功补偿、高压电机驱动、电力机车电机驱动、电力机车地铁等高压大功率场地铁等高压大功率场合。合。MOSFET开关速度快，开关损耗小，工开关速度快，开关损耗小，工作频率高，门极输入阻抗高，作频率高，门极输入阻抗高，热稳定性好，需要的驱动功率热稳定性好，需要的
13、驱动功率小，驱动电路简单，没有小，驱动电路简单，没有2次击次击穿问题穿问题电流容量小，耐压低，通电流容量小，耐压低，通态损耗较大，一般适合于态损耗较大，一般适合于高频小功率场合高频小功率场合开关电源、日用电气、开关电源、日用电气、民用军用高频电子产民用军用高频电子产品品IGBT开关速度高，开关损耗小，通开关速度高，开关损耗小，通态压降低，电压、电流容量较态压降低，电压、电流容量较高。门极输入阻抗高，驱动功高。门极输入阻抗高，驱动功率小，驱动电路简单率小，驱动电路简单开关速度不及电力开关速度不及电力MOSFET，电压、电流容，电压、电流容量不及量不及GTO。电机调速，逆变器、电机调速，逆变器、变
14、频器等中等功率、变频器等中等功率、中等频率的场合，已中等频率的场合，已取代取代GTR。是目前应。是目前应用最广泛的电力电子用最广泛的电力电子器件。器件。五、在下面两图中，一个工作在整流电动机状态，另一个工作在逆变发电机状态。（18分）（1）、标出Ud、ED及id的方向。（2）、说明E与Ud的大小关系。（3）、当与的最小值均为30度时，控制角的移向范围为多少？解：整流电动机状态：电流方向从上到下，电压方向上正下负，反电势E方向上正下负，Ud大于E，控制角的移相范围090。逆变发电机状态：电流方向从上到下，电压Ud方向上负下正，发电机电势E方向上负下正，Ud小于E，控制角的移相范围90150。六.单相桥式全控整流电路，负载中，L值极大，当时，要求：（1）作出、和的波形；（2）求整流输出平均电压、平均电流，变压器二次电流有效值；（10分）解：（1）作图。（2） 当时，
