03.05 變頻器主電路上電分析

變頻器主電路分析


變頻器主電路上電分析

變頻器主電路上電分析


變頻器主電路元器件及單元電路的命名


變頻器的三相電源輸入端子,標註為R、S、T,對變頻器的三相電源輸出端子,標註為U、V、W。


由 VD1~VD6組成的三相全波整流電路,起名為三相橋式整電路,VD1、VD3、VD5分別起名為R相上橋臂整流二極管、S相上橋臂整流二極管、T相上橋臂整流二極管;VD1、VD3、VD5 有時候又統稱為上橋臂整流電路;VD2、VD4、VD6理所當然地被起名為下橋臂整流二極管,如同VD1、VD3、VD5的起名方式一樣。


電路中的Rs起名為充電電阻,而Ks被稱為充電接觸器。如是繼電器,則被起名為充電繼電器,小功率變頻器中用繼電器。電容C1、C2起名為直流回路的儲能電容。當然接於電

容兩端的直流電路即被起名為直流回路,直流回路的正、負端又被標註為P、N端,大部分變頻器廠家也是這麼標註的,個別標註為十、一。在這裡一律統一為直流回路和P、N。


在輸、配電工程中,N指中性線——零線,容易與這裡的N混為一談,但絕對是兩碼事。將直流回路的兩個端子標為P、N,絕大部分國內外的變頻器廠家都是這麼標註的。


V1~V6為IGBT,有時標為IGBT,有時又起名為IGBT模塊。由6只IGBT構成的電路,起名為逆變電路或逆變回路。構成 U相輸出電路的V1、V2,處於U相電路的上、下方,猶如人伸展的兩臂,故將V1起名為U相上臂IGBT,V2起名為U相下臂1GBT。在IGBT的 C、E極上並聯的二極管 D1~D6,就籠統起名為 IGBT 保護二極管。


將三相整流電路、直流回路的儲能電容器和三相逆變電路,起名為變頻器主電路。


變頻器上電分析


小功率變頻器機型(通常如18.5kW以下的機型),變頻器廠家常採用集成化功率模塊作為主電路。模塊是將三相整流電路與三相逆變輸出電路集成在一起,從而提升整機性能和縮小安裝面積,將機型做得緊湊。三相380V電源輸入端子,標註為R、T、S,在3個輸入端子間,還接入3只壓敏電阻,目的是吸收電網中的尖峰電壓,保障輸入整模塊的安全;三相變頻電源輸出端子標註為U、V、W,在小功率機型中,直接在輸出迴路中串入了毫歐(ma)級電阻,以取出電流採樣信號(有些機型是採用電流互感器來取出電流信號的),經後級運放電路處理和放大後,提供給CPU,用作電流顯示和故障保護等。


經三相整流橋整流後的六脈波300Hz的脈動直流電壓,並不是直接加到濾波(又稱儲能)電容上的,而是先經充電電阻 Rs對模塊外接電容進行充電,等電容C1、C2上充到一定的幅值時,CPU輸出一個充電繼電器的閉合指令,繼電器KS接通,將RS短接,變頻器隨後才進入待機狀態。這是因為:直流回路的儲能電容一般容量較大,而三相輸入電壓的幅值又較高,在變頻器上電瞬時儲能電容形同“短路”,瞬時的充電電流是很大的“浪湧電流”,不但有可能使三相整流電路嚴重過載而損壞,也因浪湧充電對電容器的電極形成衝擊而造成電容器的損壞,還有可能使變頻器外接三相電源開關因過載而跳閘無法投入電源。故接入充電電阻以做上電瞬

間對儲能電容充電的緩衝。


所有變頻器產品的外殼上都有這樣的警示:拆裝或接線時必須在停電幾分鐘後且須等到電容放電指示燈媳滅後才能進行。因直流回路的儲能電容的容量較大,其上電壓幅值又較高(DC530V左右),變頻器在關斷三相輸入電源後,電容上存儲的電荷有一個較為緩慢的釋放過程,而此時人體觸及常有電擊危險。通常都接有放電指示燈。


負載電動機在運行中,因某種原因可能會產生超速運行現象,即實際轉速超過了變頻器的給定轉速,此時電動機進入發電狀態。發電能量經由六隻 1GBT上所並聯的二極管饋入變頻器的直流電路,造成直流電路電壓異常升高,進而對儲能電容和逆變模塊形成威脅。常採用在直流電路中接人電阻(稱為制動電阻)來消耗此能量,又稱為直流制動。模塊的 RPB端子即為外接制動電阻的端子,當直流電路的電壓檢測電路檢測到異常高的電壓值(如660V)時,由模塊GB、N/E端子輸入制動控制信號,IGBT開關管接通,將外接制動電阻接入到直流回路中,對電動機的再生髮電能量進行消耗,以維持直流電路的電壓值在允許值以內。


三相逆變橋電路由六隻1GBT構成,連接正電源的稱為U相上臂

IGBT、V 相上臂 IGBT、W 相上臂 IGBT;連接負電源的稱為 U 相下臂1GBT、V 相下臂 IGBT、W 相下臂 IGBT。六隻管子受脈衝放大電路(又稱驅動電路)來的六路PWM脈衝信號控制,有序地開通和關斷,從而將直流電源逆變為三相頻率可變的交流電源。上三臂IGBT的射極不是同電位點,故有六線的脈衝信號輸入端子;下三臂IGBT的射極同電位,故三路脈衝有四線的脈衝輸入端子就可以了。


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