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电工小创新(二十六)

发布日期:2016-08-10 浏览次数:12005
第三篇 变频调速篇
张燕宾(Zhang Yanbin)
7.1.2.3 单相变频器主电路
单相变频器的输入侧是单相交变电源,输出侧是三相可变交流电源,故也叫单进三出变频器。
1.简单滤波电路
如图7-3(a)所示。
(1)存在问题
单相220V 交流电源经全波整流并滤波后的直流电压只有198V,逆变后的三相线电压只有146V,不能和三相
220V 的电动机相配。
(2)增压电路
在整流桥输出端加接增压电容器C01 和C02,增压后,直流电压可达297V,逆变后的三相线电压可达220V,如
图(b)所示。



7.1.3 变频器的内部控制电路

7.1.3.1 控制电路总框图
变频器内部的控制框图如图7-4 所示。其主要部分有:
1.主控电路
这是控制电路的核心,相当于人的大脑。里面的主要部件是计算机的中央处理器CPU。

2.开关电源
向控制电路的各部分提供稳定的直流电源。
3.采样与检测电路
对变频器的各项运行数据进行实时的检测。
4.输入和输出电路
向变频器输入给定信号和各种运行指令的输入电路,以及输出变频器运行状态的电路。
5.操作面板
(1)显示屏
在运行模式下,显示变频器的各种运行数据;在编程模式下,显示功能码和数据码。
(2)键盘
向变频器发出给定信号和各种操作指令。



7.1.3.2 外接控制端子
1.外接输入控制端
(1)模拟量输入端

主要用于输入频率给定信号,如图7-5(a)中之AVI端所示,其内部电路如图(b)所示。



(2)开关量输入端
用于输入各种开关指令,如起动、停止、加速、减速等,其内部电路如图(c)所示。
2.外接输出控制端
(1)模拟量输出端
主要用于输出外部测量信号,如电流、频率等,也可用于其他控制,如图7-6(a)中之FM 所示。
(2)开关量输出端
有两种情况:
①继电器输出
可用于电压较高的交流电路中。如图(a)中之A、B、C 端所示。
②晶体管输出
只能用于低压直流电路中,如图(a)中之Y1、Y2端所示。
它们的内部电路如图(b)所示。


7.1.3.3 开关电源
开关电源的全称是高频开关稳压电源,在变频器里用于为控制电路的各部分提供电压稳定的直流电源。
1.一次电源
变频器里,向开关电源的一次绕组提供电源的方式主要有两种:
(1)直流回路供电
从变频器内部的直流回路向开关电源提供电源,如图
7-7(a)所示。从电路上说,这种方式比较简单,但必须在变频器接通电源后,开关电源才开始工作。所以,这种方式一般不允许变频器上电起动。



(2)单独供电
从主接触器KM 的前面通过变压器降压后向开关电源
供电,如图(b)所示。其外部接线如图(c)所示。这种方式的开关电源比变频器先得电,可以使控制电路事先做好准备工作后再让变频器通电。毫无疑问,这种方式是允许变频器上电起动的。




2.二次绕组
如图7-8 所示,除了N1 是一次高压绕组外,其余都是二次的低压绕组,它们是:
(1)自激电源  
如图中之N2,用于为PWM 发生器提供电源。
(2)CPU 电源  
如图中之N3,用于为CPU 提供5V 电源,是控制电路中对稳定度要求最高的电源,所以采用π 形滤波电路,稳定电压的采样电压也由此取出。就是说,控制电压的是否稳定主要看5V 电压。
(3)±15V 电源

如图中之N4 和N5,主要为频率给定电路提供电源。
(4)24V 电源
各种变频器一般都为用户提供24V 电源,以便用作沙龙365或低压控制电路的电源。
(5)驱动电源  
为IGBT 管的驱动电路提供电源。驱动电源又分两种情况:
(1)上臂驱动电源  
因为逆变桥上桥臂的三个逆变管分别和输出的U、V、
W 相联接,故三个电源的二次绕组必须分开,互相间是绝缘的,如图中之N7、N8 和N9 所示。
(2)下臂驱动电源  
因为逆变桥下桥臂的三个逆变管的发射极都和直流电路的负端N 相接,故可以共用一个电源,变压器的二次绕组如图中之N10 所示。

7.1.3.4 IGBT 的驱动电源
1.基本驱动电路
基本的驱动电路如图7-9(a)所示,说明如下:


当得到开通信号时,A 点为高电位,VT1 导通而VT2
截止,IGBT 的G、E 间得到正向驱动电压+15V,IGBT饱和导通,如图(b)中的①区所示。当得到关断信号时,A 点为低电位,VT1 截止而VT2导通,IGBT 的G、E 间得到反向偏置电压为-10V,IGBT截止,如图(b)中的②区所示。
G、E 间的稳压管VS1 和VS2 是保护用的,使 不超过允许范围。
2.集成驱动电路示例
以EXB 系列的驱动模块为例,其框图如图7-10 所示。
各管脚的功能如下:
(1)电源端
2 脚是电源“+”端,9 脚是电源“−”端。
(2)信号输入端
15 脚是输入信号的“+”端,14 脚是输入信号的“−”端。


(3)信号输出端
3 脚接IGBT 的G极,1 脚为+5V 输出,接IGBT 的E 极。
(4)过电流保护端
6 脚用于过电流保护,正常情况下,6 脚电位等于IGBT 的饱和压降,只有3V 左右,二极管VD1 是导通的。过电流或短路时,IGBT 的C、E 间的电压降将迅速上升至7V,6 脚电位上升。这时:
VD1 截止,运算放大器A2 的采样电压US 将大于基准电压UR,B 点由高电位变成低电位。经整理电路整理后:
一方面,将 A 点的电位转换成低电位,使IGBT 管迅速截止;
另一方面,使5 脚电位下降,通过光耦合器PC2 把相关信号告诉CPU,使故障继电器动作,并显示故障代码。

7.1.3.5 检测电路
1.电流的检测
(1)从直流回路采样
在直流回路中串联两个30mΩ 的电阻,利用直流电流在该两电阻上的电压降进行测量,如图7-11(a)所示。
(2)利用霍尔元件采样
把一个线圈缠绕在高频磁心上,高频磁心的一侧开一个口,把霍尔心片镶嵌在里面,将被测电流通入线圈,则被测电流IX 的大小,将决定高频磁心里磁场的大小,也就决定了霍尔心片感应出的霍尔电动势UH 的大小,如图(b)所示。


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