交—直—交电压型变频器主电路

2019-09-07作者：电工小雨我要评论

中、小型通用变频器的主要型式是交—直—交电压型变频器,其主电路如图1-2-1所示。

图1-2-1 交—直—交通用型变频器主电路

从图1-2-1中不难看出,通用型变频器的主电路由以下几个部分组成:

(一) 三相桥式整流电路

三相桥式整流电路又叫全波整流电路,在中小容量变频器中,通常采用此电路。VD1～VD6通常采用电力整流二极管或整流模块。R、S、T (即L1、L2、L3或A、B、C) 为电源输入端。

(二) 滤波电路

滤波电路通常用若干只电容器并联成C_F1以增大容量后,再串联相同容量的电容器C_F2组合而成。

由于C_F1、C_F2所采用的是电解电容器,具有较大的离散性,所以C_F1≠C_F2,使得其所承受的电压值也不完全相等。为了解决这个问题,在C_F1和C_F2旁各并联一只阻值相当的均压电阻器R_C1和R_C2。

(三) 限流电路

限流电路由电阻器R_S和开关S并联构成。

变频器在接入电源之前,滤波电容器C_F上的直流电压U_D＝0,因此,在变频器通电瞬间,会有一个很大的冲击电流经三相桥式整流器加至C_F两端,使VD1～VD6有可能损坏;与此同时,还可能使电源造成瞬间电压下降明显,形成干扰信号。而设置R_S,则削弱了该冲击电流。

R_S如果自始至终长期串入电路,既影响直流电压U_D,又会影响变频器的输出电压。设置了短路开关S,当U_D增大到一定程度时,令S接通,则把R_S设为旁路 (或曰“切出电路”),以确保变频器的输出不受影响。在图1-2-1中,Rs与S之间另并联一只晶闸管,通常S是由晶闸管充当。在容量较小的变频器,S则由继电器的常开触头充当。

(四) 逆变电路

逆变电路由电力电子器件V1～V6构成,常称“逆变桥”,它们接受控制电路中SPWM调制信号的 “命令” (控制),将直流电逆变成三相交流电,由U、V、W三个输出端输出,供给交流异步电动机。

(五) 续流电路

VD7～VD12构成续流电路 (见图1-2-1),其作用有以下三点:

(1) 为三相交流异步电动机绕组无功电流返回直流电路,提供了通路。

(2) 当频率下降引起电动机同步转速下降时,VD7～V12为绕组的再生电能反馈至直流电路提供续流。

(3) 为电路的寄生电感在逆变过程中释放能量提供续流通路。

(六) 能耗制动电路

在变频器调速系统中,电动机的降速和停机是通过逐渐减小频率来实现的。在频率刚刚减小的瞬间,电动机的同步转速随之下降,而由于机械惯性的作用,转子转速未变。当同步转速低于转子转速时,转子电流的相位几乎改变180°,电动机此时处于发电机状态; 与此同时,电动机轴上的转矩变成了制动转矩,使电动机的转速迅速下降。因此,认为此时的电动机处于再生制动状态。

电动机再生的电能经续流电路VD7～VD12作全波整流后,反馈到直流电路。由于直流电路电压U_D无法回输给电网,仅仅依靠C_F1、C_F2(见图1-2-1) 吸收,尽管各部分电路还在继续消耗电能,但C_F1、C_F2上仍有短时间的电荷堆积,形成所谓的 “泵生电压”,使直流电压U_D升高。过高的直流电压将危及各部分电路的电力电子器件。所以,在直流电压U_D超过一定值时,就要求提供一条“放电回路”,把再生的电能消耗掉。因此,这时从变频器的角度上来看,电动机在转速下降时减少的动能,由电动机 “再生” 电能后,在变频器的直流电路中被消耗了。总之,此时是通过消耗能量而获得制动转矩的,属于能耗制动状态。

用于消耗电动机再生电能的电路,就是能耗制动电路。R_B是能耗制动电路中的重要元件 (见图1-2-1),它把电动机的再生电能转换成热能而消耗掉。R_B的阻值一般以使制动电流不超过变频器额定电流的一半为宜,其功率取决于电动机的容量和工况 (机械设备的工作状况)。

除了制动电阻R_B外,电路中还有一个十分重要的制动部件BV,如图1-2-2所示。

这里的VB,即图1-2-1中的VB。BV的作用是当直流回路电压U_D超过规定的限值时,接通耗能电路,使直流回路经过R_B释放能量。VB是电力功率管,用于接通或关断能耗电路,是制动电路BV的核心部件。“采样比较” 即为电压取样与比较电路,这是由于VB的 “驱动” 电路是低压电路,所以只能按比例取出U_D的一部分作为采样电压,与基准电压进行比较,加至VB的基极从而实现控制目的。电力功放管VB常用器件是GTR或IGBT,其选择指标主要是击穿电压U_CEX,即在电源电压为380V时,选U_CEX＝1000X即可; 集电极最大电流I_CM,须按正常电压下流经R_B的电流的2倍来选取。