输出滤波器换相式电流源型变频器在一些调速范围不大(比如60-100%)的场合还是应用比较成功 的。 3负载换相式电流源型变频器(LCI) 负载换相式电流源型变频器(LCI: Load Commutated Inverter,负载为 同步电机,变频器工作原理与输出滤波器换相式电流源型变频器有些类似,组成结构见图3。 晶闸管的关断主要靠同步电机定子交流反电势自然完成,不需要强迫换相,逆变器晶闸管的换流 与整流桥晶闸管的换流极其相似。变频器的输出频率一般不是独立调节的,而是依靠转子位置检测器得到 的转子位置信号按一定顺序周期性地触发逆变器中相应的晶闸管,LCI这种“自控式”功能,保证变频器的 输出频率和电机转速始终保持同步,不存在失步和振荡现象。同步电机在整个调速范围内都必须提供超前 的功率因数,以保证逆变器晶闸管的正常换相。电机必须有足够的漏电感,以限制晶闸管的didt,电机也 要能够承受变频器输出的谐波电流,除了需要特殊的同步电机之外,LCI应用是较为成功的。尤其是在 些超大容量的传动系统中,因为LC无须强迫换流电路,结构简单,在大容量时只有晶闸管能够提供所需 的电压和电流耐量,从电机角度来说,同步电机在大容量时,相对异步电机也有不少优势。现在,随着大 容量自关断器件的应用越来越广泛,LCI应用逐渐减少。 变频器输出电流波形和输入电流波形极为相似,呈120°方波状,输出电流中含有丰富的谐波成分 谐波电流会产生电机的附加发热,也会产生转矩脉动。图4为该变频的输出电压,电流和转矩 在起动和低速时,电机反电势很小,不足以保证安全换相,因此,一般也采取电流断续换相法 LCI的一个主要缺点就是转矩过载能量不强。过载能力不强是因为换相造成的,为了保证利用反 电势换相的安全,要设置一定的换相提前角,比如空载换相提前角设为60°,这样一来就导致平均转矩下 降且转矩脉动增加。 第四节GTO一PWM式电流源型变频 GTO-PWM式电流源型变频器采用GTO作为逆变部分功率器件,见图5。GTO可以通过门极进行关断, 所以它不象晶管那样需要用于强迫关断的换流电路,可使主电路结构简化,对于额定电压为交流6KY的 变频器,逆变器侧可采用每个600的GTO串联,作为一个开关使用,一共由18个GTO组成,GTO 串联时,同样存在稳态和动态均压问题 GTO是在晶闸管基础上发展起来的全控型电力电子器件,目前的电压电流等级可达6000V, 60004GTO开关速度较低,损耗大,需要庞大的缓冲电路和门极驱动电路,增加系统的复杂性和成本 使其应用受到限制。GTO中数千只独立的开关单元做在一个硅片上,由于开关不均匀,需要缓冲电路来维 持工作,以限制器件承受的dvdt,缓冲电路一般采用RCD型结构,二极管和电容必须有与GTO相同的耐 压等级,亠极管要求用快恢复二极管。缓冲电路的损耗产生热量,影响器件的可靠运行,并且影响变频器 的效率。为了降低损耗,也有采取能量回馈型缓冲电路的方案,通过DCDC变换电路把缓冲电容中储存的 能量返回到中间直流环节,但增加了装置的复杂性。GTO的开关频率较低,一般在几百赫兹,比如300HZ 以6000V,3000A(最大可关断阳极电流值)的GTO为例,通态平均电流为1030A,通态压降35V, 门极开通触发电流1A,通态阳极电流上升率400A/s(f=200HZ条件下),滞后时间2.5us,上升时间5us 存储时间25us,下降时间3us,最小通态维持时间100us,最小断态维持时间100us,开通每脉冲能耗25Ws, 关断每脉冲能耗16ws。GTO的门极驱动,除了需要晶闸管一样的导通触发脉冲外,还需要提供相当大的 的反向关断电流,上述GTO的门极峰值关断电流就达900A,所以GTO的门极驱动峰值功率非常大 与输出滤波器换相式电流源型变频器相比,GTO-PWM式电流源型变频器输出滤波电容的容量可 以大大降低,但不能省去。因为电机可近看作漏电感再加一个旋转反电势组成。电流源型变频器的输出电 流幅值是由整流电路的电流环决定的。在换流过程中,由于流过电机电感的电流不能突变,所以必须有电 容缓冲变频器输出电流和电机绕组电流的差值。电容容量的选择取决于换流过程中允许产生尖峰电压的大 小。由于输出电容的容量比起输出滤波器换相式电流源型变频器大大下降了,电容的滤波效果也跟着下降 输出电流波形的质量也会下降。电机电流质量的提高可以通过GTO采用谐波消除的电流PWM开关模式来 实现。在低频时,输出电流每个周期内相应的PwM波形个数较多,谐波消除会比较有效。但是,由于受输出滤波器换相式电流源型变频器在一些调速范围不大(比如 60-100%)的场合还是应用比较成功 的。 3 负载换相式电流源型变频器（LCI） 负载换相式电流源型变频器(LCI：Load Commutated Inverter)，负载为 同步电机，变频器工作原理与输出滤波器换相式电流源型变频器有些类似，组成结构见图 3。 晶闸管的关断主要靠同步电机定子交流反电势自然完成，不需要强迫换相，逆变器晶闸管的换流 与整流桥晶闸管的换流极其相似。变频器的输出频率一般不是独立调节的，而是依靠转子位置检测器得到 的转子位置信号按一定顺序周期性地触发逆变器中相应的晶闸管，LCI 这种“自控式”功能，保证变频器的 输出频率和电机转速始终保持同步，不存在失步和振荡现象。同步电机在整个调速范围内都必须提供超前 的功率因数，以保证逆变器晶闸管的正常换相。电机必须有足够的漏电感，以限制晶闸管的 di/dt，电机也 要能够承受变频器输出的谐波电流，除了需要特殊的同步电机之外，LCI 应用是较为成功的。尤其是在一 些超大容量的传动系统中，因为 LCI 无须强迫换流电路，结构简单，在大容量时只有晶闸管能够提供所需 的电压和电流耐量，从电机角度来说，同步电机在大容量时，相对异步电机也有不少优势。现在，随着大 容量自关断器件的应用越来越广泛，LCI 应用逐渐减少。 变频器输出电流波形和输入电流波形极为相似，呈 120°方波状，输出电流中含有丰富的谐波成分， 谐波电流会产生电机的附加发热，也会产生转矩脉动。图 4 为该变频的输出电压，电流和转矩。 在起动和低速时，电机反电势很小，不足以保证安全换相，因此，一般也采取电流断续换相法。 LCI 的一个主要缺点就是转矩过载能量不强。过载能力不强是因为换相造成的，为了保证利用反 电势换相的安全，要设置一定的换相提前角，比如空载换相提前角设为 60°，这样一来就导致平均转矩下 降且转矩脉动增加。 第四节 GTO－PWM 式电流源型变频器 GTO-PWM 式电流源型变频器采用 GTO 作为逆变部分功率器件，见图 5。GTO 可以通过门极进行关断， 所以它不象晶闸管那样需要用于强迫关断的换流电路，可使主电路结构简化。对于额定电压为交流 6KV 的 变频器，逆变器侧可采用每三个 6000V 的 GTO 串联，作为一个开关使用，一共由 18 个 GTO 组成，GTO 串联时，同样存在稳态和动态均压问题。 GTO 是在晶闸管基础上发展起来的全控型电力电子器件，目前的电压电流等级可达 6000V， 6000A。GTO 开关速度较低，损耗大，需要庞大的缓冲电路和门极驱动电路，增加系统的复杂性和成本， 使其应用受到限制。GTO 中数千只独立的开关单元做在一个硅片上，由于开关不均匀，需要缓冲电路来维 持工作，以限制器件承受的 dv/dt，缓冲电路一般采用 RCD 型结构，二极管和电容必须有与 GTO 相同的耐 压等级，二极管要求用快恢复二极管。缓冲电路的损耗产生热量，影响器件的可靠运行，并且影响变频器 的效率。为了降低损耗，也有采取能量回馈型缓冲电路的方案，通过 DC/DC 变换电路把缓冲电容中储存的 能量返回到中间直流环节，但增加了装置的复杂性。GTO 的开关频率较低，一般在几百赫兹，比如 300HZ。 以 6000V，3000A(最大可关断阳极电流值)的 GTO 为例，通态平均电流为 1030A，通态压降 3.5V， 门极开通触发电流 1A，通态阳极电流上升率 400A/us(f=200HZ 条件下)，滞后时间 2.5us，上升时间 5us， 存储时间 25us，下降时间 3us，最小通态维持时间 100us，最小断态维持时间 100us，开通每脉冲能耗 2.5Ws， 关断每脉冲能耗 16Ws。GTO 的门极驱动，除了需要晶闸管一样的导通触发脉冲外，还需要提供相当大的 的反向关断电流，上述 GTO 的门极峰值关断电流就达 900A，所以 GTO 的门极驱动峰值功率非常大。 与输出滤波器换相式电流源型变频器相比，GTO-PWM 式电流源型变频器输出滤波电容的容量可 以大大降低，但不能省去。因为电机可近看作漏电感再加一个旋转反电势组成。电流源型变频器的输出电 流幅值是由整流电路的电流环决定的。在换流过程中，由于流过电机电感的电流不能突变，所以必须有电 容缓冲变频器输出电流和电机绕组电流的差值。电容容量的选择取决于换流过程中允许产生尖峰电压的大 小。由于输出电容的容量比起输出滤波器换相式电流源型变频器大大下降了,电容的滤波效果也跟着下降， 输出电流波形的质量也会下降。电机电流质量的提高可以通过 GTO 采用谐波消除的电流 PWM 开关模式来 实现。在低频时，输出电流每个周期内相应的 PWM 波形个数较多，谐波消除会比较有效。但是，由于受 中国设计师网自控频道 www.zk.shejis.com