交-直-交電壓型通用變頻器由主電路和控制電路組成,其基本結(jié)構(gòu)如下圖。其主要電路包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)和逆變器。其控制電路由運(yùn)算電路、檢測(cè)電路、控制信號(hào)的輸入輸出電路和驅(qū)動(dòng)電路組成。
1.主回路
(1)整流電路:整流電路的主要作用是把三相(或單相)交流電轉(zhuǎn)變成直流電,為逆變電路提供所需的直流電源,在電壓型變頻器中,整流電路的作用相當(dāng)于一個(gè)直流電壓源。在中小容量變頻器中,一般整流電路采用整流二極管或整流模塊,如主電路圖中的VD1~VD6。
(2)濾波及限流電路。濾波電路通常由若干個(gè)電解電容并聯(lián)成一組,如圖中的C1~C2。由于C1、C2兩個(gè)電容的電容量在實(shí)際工作中存在不對(duì)稱,可能使各電容承受的電壓不相等,為了解決電容C1和C2的均壓?jiǎn)栴},在兩個(gè)電容旁各并聯(lián)一個(gè)阻值相等的均壓電阻R1和R2。
在圖中,串聯(lián)在整流橋和濾波電流之間的電阻R3短路開(kāi)關(guān)KS
(虛線所劃開(kāi)關(guān))組成了限流電路。當(dāng)變頻器接入電源的瞬間,將有一個(gè)很大的沖擊電流整流橋流向?yàn)V波電容,整流橋可能因電流過(guò)大而在接入電源的瞬間受到損壞,限流電阻R3可以削弱該沖擊電流,起到保護(hù)整流橋的作用,在許多變頻器中R3已經(jīng)由晶閘管VS代替。
(3)直流中間電路。整流電路可以將電網(wǎng)的交流電源整流成直流電壓或直流電流,但這種電壓或電流含有電壓或電流紋波,將影響直流電壓或電流的質(zhì)量。為了減小這種電壓或電流的波動(dòng),需要加電容器或電感器作為直流中間環(huán)節(jié)。
對(duì)電壓型變頻器來(lái)說(shuō),直流中間電路通過(guò)大容量的電容對(duì)輸出電壓進(jìn)行濾波。
(4)逆變電路。逆變電路是變頻器最主要的部分之一,它的功能是在控制電路的控制下,將直流中電動(dòng)機(jī)的間電路輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換為電壓,頻率均可調(diào)的交流電壓,實(shí)現(xiàn)對(duì)異步的變頻調(diào)速控制。
在中小容量的變頻器中多采用PWM開(kāi)關(guān)方式的逆變電路,換流器件為大功率晶體管(P-MOSGET)。隨著開(kāi)關(guān)斷晶閘管(GTO)容量和可靠性的提高,在中,大容量變頻器中采用PWM開(kāi)關(guān)方式的GTO晶閘管逆變逐漸成為主流。
在圖中,由開(kāi)關(guān)管器件VT1-VT6構(gòu)成的電路稱為逆變橋,由VD7-VD12構(gòu)成的電路稱為續(xù)流電路。續(xù)流的電路作用如下:
(1)為電動(dòng)機(jī)繞組的無(wú)功電流電路提供通路。
(2)當(dāng)頻率下降使同步轉(zhuǎn)速下降時(shí),為電動(dòng)機(jī)的再生電能反饋至直流電路提供電路。
(3)為電路的寄生電感在逆變過(guò)程中釋放能量提供電路。
(4)能耗制動(dòng)電路,在變頻調(diào)速中,電動(dòng)機(jī)的減速和停機(jī)是通過(guò)減小變頻器的輸出頻率,從而降低電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)電動(dòng)機(jī)減速時(shí),在頻率減小的瞬間,電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨之降低,由于機(jī)械慣性,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速未變,使同步轉(zhuǎn)速低于電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速,電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài),負(fù)載機(jī)械和電動(dòng)機(jī)所具有的機(jī)械能量被回饋給電動(dòng)機(jī),并在電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生制動(dòng)力矩,使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速下降。
電動(dòng)機(jī)再生的電能經(jīng)過(guò)圖1-6中的續(xù)流二極管VD7-VD12全波整流后,反饋到直流電路,由于直流電路的電能無(wú)法回饋給電網(wǎng),在C1和C2上將產(chǎn)生短時(shí)間的電荷堆積,形成“泵生電壓”,使直流電壓升高,當(dāng)直流電壓過(guò)高時(shí),可能損壞換流器件,變頻器的檢測(cè)單元檢測(cè)到直流回路電壓US超過(guò)規(guī)定值時(shí),功率管VT7導(dǎo)通,接通能耗制動(dòng)電路,使直流回路通過(guò)電阻RT7釋放電能。
2控制電路
為變頻器的主電路提供通斷控制信號(hào)的電路,稱為控制電路,其主要任務(wù)是完成對(duì)逆變器開(kāi)關(guān)管器件的開(kāi)關(guān)控制和提供多種保護(hù)功能。其控制方式有模擬控制和數(shù)字控制兩種。目前已廣泛采用了以微處理器為核心的全數(shù)字控制技術(shù),靠軟件完成各種控制功能,以充分發(fā)揮微處理器計(jì)算能力強(qiáng)和軟件控制靈活性高的特點(diǎn),完成許多模擬控制方式難以實(shí)現(xiàn)的功能??刂齐娐分饕梢韵虏糠纸M成:
(1)運(yùn)算電路。運(yùn)算電路的主要作用是將外部的速度,轉(zhuǎn)矩等指令信號(hào)同檢測(cè)電路的電流,電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算,決定變頻器的輸出頻率和電壓。
(2)信號(hào)檢測(cè)電路。信號(hào)檢測(cè)電路的作用是將變頻器和電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)反饋至微處理器,并由微處理器按事先確定的算法進(jìn)行處理后為各部分電路提供所需的控制或保護(hù)信號(hào)。
(3)驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路的作用是為變頻器中逆變電路的換流器件提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。當(dāng)逆變電路的換流器件為晶管體時(shí),稱為基極驅(qū)動(dòng)電路;當(dāng)逆變電路的換流器件為可控硅(SCR),IGBT或GTO時(shí),稱為捫及驅(qū)動(dòng)電路。
(4)保護(hù)電路。保護(hù)電路的主要作用是對(duì)檢測(cè)電路得到的各種信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理,以判斷變頻器本身或系統(tǒng)是否出現(xiàn)異常,當(dāng)檢測(cè)到出現(xiàn)異常時(shí),保護(hù)電路進(jìn)行各種必要的處理,如使變頻器停止工作或抑制電壓,電流值等。
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