交-直變頻器內(nèi)部主體電路分析

不同系列交-直-交變頻器內(nèi)部的主體電路基本相同，變頻調(diào)速過程中出現(xiàn)的許多現(xiàn)象都可通過主體電路來進(jìn)行分析。

一、交-直變換電路

交-直-交變頻器的交-直變換電路部分由整流電路、濾波電路、限流電路和電源指示電路組成。

交-直變換電路就是整流和濾波電路，其任務(wù)是把電源的三相(或單相)交流電變換成平穩(wěn)的直流電。由于整流后的直流電壓較高，且不允許再降低，因此在電路結(jié)構(gòu)上具有其特殊性。

1、全波整流電路

在SPWM變頻器中大多采用橋式全波整流電路，在中、小容量的變頻器中整流器件采用不可控的整流二極管或二極管模塊，如下圖所示變頻器交-直變換電路中的VD1~ VD6。當(dāng)三相線電壓為380V時(shí)，整流后的峰值電壓為537V，平均電壓為515V。

2、濾波電路

在上圖中，濾波電路是指CF1和C F2 。由于受到電解電容的電容量和耐壓能力的限制，濾波電路通常由若干個(gè)電容器并聯(lián)成一組，又由兩個(gè)電容器組CF1和CF2串聯(lián)而成。因?yàn)殡娊怆娙萜鞯碾娙萘坑休^大的離散性，故電容器組CF1和CF2的電容量不能完全相等。其結(jié)果是各電容器組承受的電壓UD1和UD2不相等，使承受電壓較高一側(cè)的電容器組容易損壞。為了使UD1和UD2相等，在CF1和CF2旁各并聯(lián)一個(gè)阻值相等的均壓電阻RC1和R C2 。

3、限流電路

1）在上圖中，限流電路是指串接在整流橋和濾波電容器之間，由限流電阻RL和短路開關(guān)SL組成的并聯(lián)電路。

2）限流電阻RL的作用是：變頻器在接入電源之前，濾波電容器C F (由CF1和CF2串聯(lián)而成)上的直流電壓U D =0。因此,變頻器剛接入電源的瞬間,將有一個(gè)很大的沖擊電流經(jīng)整流流向?yàn)V波電容，可能損壞整流橋。如果電容器的容量很大，還會(huì)使電源電壓瞬間下降而形成對電網(wǎng)的干擾。限流電阻RL是為了削弱該沖擊電流而串接在整流橋和濾波電容間的。

3）短路開關(guān)SL的作用是：如果限流電阻RL長期接在電路內(nèi)，會(huì)影響直流電壓UD和變頻器輸出電壓的大小。所以，當(dāng)UD增大到一定程度時(shí)，令短路開關(guān)SL接通，把RL切出電路。SL大多由晶閘管構(gòu)成，在容量較小的變頻器中常由繼電器的觸點(diǎn)構(gòu)成。

4、電源指示電路

電源指示燈HL除了表示電源是否接通外，還有一個(gè)十分重要的功能，即在變頻器切斷電源后，表示濾波電容器CF上的電荷是否已經(jīng)釋放完畢。

由于CF的容量較大，而切斷電源又必須在逆變電路停止工作的狀態(tài)下進(jìn)行，所以CF沒有快速放電的回路，其放電時(shí)間往往長達(dá)數(shù)分鐘。又由于CF上的電壓較高，如果不放完電，對人身安全將構(gòu)成威脅，故在維修變頻器時(shí)，必須等HL完全熄滅后才能接觸變頻器內(nèi)部的導(dǎo)電部分。所以，HL也具有提示保護(hù)的作用。

二、直-交變換電路

1、三相逆變橋電路

逆變橋電路的功能是把直流電轉(zhuǎn)換成三相交流電。逆變橋電路由下圖中的開關(guān)器件 V1~V6 構(gòu)成。目前中、小容量的變頻器中，開關(guān)器件大部分使用IGBT 管。

2、續(xù)流電路

續(xù)流電路由上圖中的VD7~VD12構(gòu)成。其功能如下：

1）為電動(dòng)機(jī)繞組的無功電流返回直流電路提供通路。

2)當(dāng)頻率下降從而同步轉(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通路。

3）為電路的寄生電感在逆變過程中釋放能量提供通路。

3、緩沖電路

逆變管在關(guān)斷和導(dǎo)通的瞬間，其電壓和電流的變化率是很大的，有可能使逆變管受到損害。因此，每個(gè)逆變管旁還應(yīng)接入緩沖電路，以減緩電壓和電流的變化率。緩沖電路的結(jié)構(gòu)因逆變管的特性和容量等的不同而有較大差異，下圖所示的是比較典型的一種緩沖電路(由R01~~R06~、C01~~C06~、VD01~~VD06~構(gòu)成)。

各元件功能如下:

1）電容C01~~C06~

逆變管 V1V6每次由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換成截止?fàn)顟B(tài)的過程中，集電極和發(fā)射極之間的電壓UCE將極為迅速地由近乎0V上升至UD~。在此過程中，電壓增長率是很高的，很容易導(dǎo)致逆變管損壞。C01~~C06的功能便是減小V1V6在關(guān)斷時(shí)的電壓增長率。

2）電阻R01~~R06~

V1V6每次由截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，C01C06上所充的電壓(等于U D )將向V1V6 放電。放電電流的初始值是很大的，并且將迭加到負(fù)載電流上，導(dǎo)致V1V6 損壞。電阻R01R06就是用來限制C01~~C06對V1~V6的放電電流的。

3）二極管VD01~VD06

限流電阻R01~~R06的接入，又會(huì)影響C01C06在V1V6關(guān)斷時(shí)限制電壓增長率的效果，VD01VD06接入后，在V1V6的關(guān)斷過程中，使R01R06不起作用。

三、能耗制動(dòng)電路

1、能耗制動(dòng)電路的作用

在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的降速和停機(jī)是通過逐漸減小頻率來實(shí)現(xiàn)的。在頻率剛減小的瞬間，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨之下降，而由于機(jī)械慣性的原因，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速未變。當(dāng)同步轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的方向相反了，轉(zhuǎn)子電流的相位幾乎改變了180°,使電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，也稱為再生制動(dòng)狀態(tài)。

電動(dòng)機(jī)再生的電能經(jīng)續(xù)流二極管(上圖中的VD7VD12)全波整流后反饋到直流電路中。由于直流電路的電能無法回輸給電網(wǎng)，只能由CF1和CF2~吸收，使直流電壓升高為“泵升電壓”。過高的直流電壓將使變流器件受到損害。因此，當(dāng)直流電壓超過一定值時(shí)，就要求提供一條放電回路，將再生的電能消耗掉，這一條放電回路就是能耗制動(dòng)電路。

2、能耗制動(dòng)電路的構(gòu)成

能耗制動(dòng)電路由制動(dòng)電阻RB和制動(dòng)單元BV構(gòu)成，如下圖所示。

制動(dòng)電阻RB用于消耗掉直流電路中的多余電能，使直流電壓保持平穩(wěn)。制動(dòng)單元BV的功能是控制放電回路的工作，具體地說，當(dāng)直流回路的電壓UD超過規(guī)定的限值時(shí)，VB導(dǎo)通，使直流回路通過RB釋放能量，降低直流電壓；而當(dāng)UD在正常范圍內(nèi)時(shí)，VB將可靠截止，以避免不必要的能量損失。

四、主體電路

將上述各部分電路匯總后成為主體電路，如下圖所示。

1、 交-交變頻器又稱為直接變頻器。交-交變頻器輸出電壓是依靠調(diào)節(jié)反并聯(lián)整流橋晶閘管的觸發(fā)相位來實(shí)現(xiàn)的，輸出頻率則取決于輸出端A、B、C各組間的換流頻率。根據(jù)輸出電壓波形的不同，交-交變頻器可分為120°導(dǎo)通型方波電流源變頻器、180°導(dǎo)通型正弦波電壓源變頻器。

2、 矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)可以使異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速具有和直流電動(dòng)機(jī)相媲美的高精度和快速響應(yīng)能力。矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，可應(yīng)用于要求高速響應(yīng)的工作機(jī)械、高精度的電力拖動(dòng)裝置。