眾所周知，交－直－交、電壓型變頻器中，每個逆變管旁邊，都要反并聯(lián)一個二極管，如圖1(a)中之VD7～VD12所示。

圖1　電壓型變頻器的逆變電路

  逆變電路實際輸出線電壓的波形是經(jīng)過SPWM調(diào)制后的高頻脈沖系列，如圖1(b)所示。但就宏觀效果而言，它和圖1(c)所示的正弦波是等效的。因此，在分析過程中，為了便于理解，把逆變電路的輸出線電壓就看成是圖1(c)所示的正弦電壓。
1.1 電動機狀態(tài)的工況
  假設(shè)，電動機帶動一個起升機構(gòu)向下運行，如圖2(a)所示。
  當(dāng)?shù)蹉^處于空鉤狀態(tài)時，吊鉤的自身重量不足以向下運行，必須由電動機來帶動。故電動機處于電動狀態(tài)。
  這時，電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速(旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速)，轉(zhuǎn)子繞組以和磁場旋轉(zhuǎn)的相反方向切割磁力線，所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向和磁場旋轉(zhuǎn)方向相同，是帶動吊鉤下降的，如圖2(a)所示。

圖2　 電動機工作在電動狀態(tài)

  根據(jù)磁動勢平衡的原理，電動機的定子電流

由轉(zhuǎn)子等效電流

和勵磁電流

合成:
 

(1)
  其矢量圖如圖2(b)所示。由圖知，定子電流將滯后于電壓φ1角(電角度)，瞬時值的變化曲線則如圖2(d)所示。
  由圖2(d)知，在t1區(qū)間，電源電壓為“＋”，而電流為“－”。這說明，電流的方向和電壓是相反的。事實上，在t1時間內(nèi)，電流是電動機的反電動勢克服了電源電壓而形成的。電流在反電動勢的作用下，經(jīng)反并聯(lián)二極管流向直流電路，是反電動勢在作功。
  在t2區(qū)間，電源電壓和電流都為“＋”。這說明，電流的方向和電壓是相同的。就是說，在t2時間內(nèi)，電流是電源電壓克服了電動機的反電動勢而形成的。電流是在電源電壓的作用下，經(jīng)逆變管流向電動機的，是電源電壓在作功。
  因為t1＜t2，所以，總的來說，平均功率為“＋”，是電源在作功。
1.2 勵磁狀態(tài)的工況
  當(dāng)?shù)蹉^帶著一定的重物下降時，重物本身的重力加速度將使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速加快，如果該重物的重量，恰好使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速加快到等于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組將不切割磁力線，轉(zhuǎn)子電流為0，如圖3(a)所示。

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圖3　 電動機工作在勵磁狀態(tài)

  這時，定子繞組中只有產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的勵磁電流，其矢量圖如圖3(b)所示。勵磁電流與電壓間的相位差角為π/2，故電流與電壓方向相異的時間和相同的時間相等(t1＝t2)，如圖3(d)所示。就是說，有一半時間是電動機的反電動勢克服電源電壓而作功，電流經(jīng)反并聯(lián)二極管流向直流電路;而另一半時間是電源電壓克服電動機的反電動勢而作功，電流經(jīng)逆變管流向電動機。而平均功率等于0，如圖3(c)所示。
1.3 再生狀態(tài)的工況
  當(dāng)?shù)蹉^所帶重物很重時，重物的重力加速度將使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的方向和磁場旋轉(zhuǎn)方向相同，轉(zhuǎn)子電流以及電磁轉(zhuǎn)矩的方向都和磁場的旋轉(zhuǎn)方向相反，如圖4(a)所示。其結(jié)果，是定子電流與電壓之間的相位差角大于π/2，如圖4(b)所示。電流與電壓的瞬時值曲線如圖4(d)所示。

圖4　 電動機工作在再生狀態(tài)

  由圖4(d)知，反電動勢克服電源電壓，經(jīng)反向二極管流向直流電路而作功的時間超過了電源電壓克服反電動勢經(jīng)逆變管流向電動機而作功的時間(t1＞t2)，所以，總的來說，是電動機的反電動勢在作功。或者說，是重物的位能通過電動機發(fā)電而作功。
1.4 結(jié)論
  電感電路的基本規(guī)律是:電流比電壓滯后φ角(電角度)，電源的電能和線圈的磁場能之間，不斷地交換著。
  在普通電路里，能量的交換就在電路內(nèi)進行。
  而在變頻器的逆變電路里，逆變管只能在電源作功時單方向?qū)ǎ虼耍仨殲榉措妱觿葑鞴μ峁┗芈贰７聪蚨O管就是為此而設(shè)立的。

2  共母線開關(guān)器件的選擇
  某公司所生產(chǎn)控制柜，因變頻器數(shù)量較多，故采用公共直流母線，由專用整流電路供電，同時，每臺變頻器的進線端仍接三相交流電源，如圖5所示。多臺電動機中，有一臺放卷電動機在運行過程中，將連續(xù)處于再生制動狀態(tài)(發(fā)電機狀態(tài))。

圖5　 多臺變頻器共直流母線

提出的問題是，每臺變頻器與直流母線之間的接觸器和熔斷器的額定電流該如何確定？
2.1 電源的外特性
 電源供電的重要特性之一是它的外特性，即端電壓與負(fù)載電流之間的關(guān)系。

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圖6 　電源的外特性

  圖6(a)是一個簡單的直流電路，電源的電動勢是E，端電壓為U。兩者之間的關(guān)系為:
   U＝E－Ir0    (2)
  式中，I—負(fù)載電流，A;
 　    r0－電源的內(nèi)電阻，Ω。
  由式(2)知，空載時(I=0)，端電壓與電動勢相等;當(dāng)負(fù)載電流I增加時，電源內(nèi)部的電阻壓降Ir0   也增加，故端電壓U將減小，如圖6(b)所示。
  整流橋也是一種向負(fù)載提供直流電壓的電源，它同樣也有外特性。以變頻器內(nèi)的整流橋(包括濾波電容)為例，空載時，直流電壓等于輸入側(cè)交變電壓的振幅值。當(dāng)輸入線電壓為380V時，空載直流電壓等于537V。負(fù)載開始增加時，由于濾波電容放電的原因，其輸出電壓下降較快，滿載時，直流電壓等于整流后的平均值。當(dāng)輸入線電壓為380V時，直流電壓等于513V。
  故變頻器中，三相全波整流橋的外特性如圖6(d)所示。