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[综合] 【学习笔记】变频器原理

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【学习笔记】变频器原理

1. 系统框图

1.jpg
说明:
①三相交流电源经过不可控整流单元整流滤波后得到平稳的直流,逆变单元通过PWM调制将直流逆变为频率、幅值可变的三相交流电。
②控制单元通过用户设置、系统给定、编码器反馈、电压电流采样、实时计算产生PWM脉冲波控制逆变单元产生三相交流驱动电机。

2.  主回路拓扑

1)两象限

2.jpg
说明:
①经典的三相六脉波不可控整流+三相两电平电压型逆变器的交-直-交拓扑
②整流侧:整流二极管(或可控硅);逆变侧:IGBT.
③直流侧:母线电容(包含均压电阻)、直流电抗器(或改为在输入侧加交流电抗器)、制动IGBT.

2)四象限

3.jpg
说明:
①组成:LCL滤波+上电缓冲电路+IGBT整流+电容滤波+IGBT逆变
②L1: 电网侧电抗器,感量较小,与电容C组成LC滤波器,滤除电网高频谐波
③L2: 升级电感器,感量比较大,可控整流时做升压电感用;能量回馈时与电容C组成LC正弦波滤波器,滤除电压、电流谐波;
④电阻R和并联的开关组成上电缓冲电路。

3. 主回路相关单元说明

1)母线电压与母线电流

①整流单元输出的直流母线电压是6倍频波纹(300HZ)
②母线电压:由于整流桥压降、输入交流电抗器或直流电抗器压降
a.  无载时:Udc ≈ 1.414Uin
b.  部分载时:Udc ≈ 1.35Uin
c.  满载时:Udc ≈ 1.32Uin
③再考虑到IGBT压降、最小P≈WM脉冲波丢失、死区时间的影响,在非过调制时,逆变输出电压会比Udc/1.414更低。

2)制动电路(由制动IGBT和制动电阻组成)

①存在原因:当电机减速时,由于机械惯性的原因,转子的实际转速会大于同步转速使得电机工作在发电状态,此时电机能量回馈到变频器,由于二极管整流的单向导电性,这部分能量不能回馈到电网,只能储存在母线电容上,导致母线电压上升,过高的母线电压对电容和IGBT有风险,需要通过制动电阻把这部分能量泄放掉。
②如何实现:当母线电压升到起始制动电压时,由控制单元发出控制信号开通制动IGBT,从而把制动电阻接入直流母线上消耗能量
③电路:
4.jpg

3)母线电容

作用:储能、滤波
①把整流桥整流出来的脉动的母线电压滤成平滑的直流母线电压,给逆变部分提供平稳的电压
②提供IGBT开关时的高频脉动电流

4)电抗器

①种类分为输入电抗器、直流电抗器、输出电抗器
②位置&作用
5.jpg
③直流电抗器和输入电抗器差异
a.  输入电抗器对于变频器的低频传导干扰具有抑制作用,直流电抗器几乎没有
b.  输入电抗器能削弱三相电源电压不平衡导致输入电流不平衡的问题,直流电抗器没有
c.  由于直流电抗器工作时,负载电流是连续的流过直流电抗器,而输入交流电抗器的三个线包是间断地过电流的,所以直流电抗器的利用率要高一点。
d.  在满足同样的谐波电流要求下,输入交流电抗器的成本和体积要比直流电抗器高。

4. 驱动部分电路组成

1)检测电路

①电流检测:输出电流检测、母线电流检测、制动电流检测
中大功率:一般用霍尔,中小功率:用电阻采样(分流器+线性光耦)
②电压检测:母线电压检测
变压器绕组正激采样、高阻隔离、电压传感器
③温度检测:IGBT温度检测
a. 电阻分压形式,直接送到DSP的AD端口
b. 利用IGBT内部的NTC,利用散热器上的NTC
④其他检测:输入缺项检测、继电器吸合检测
输入缺项:a. 通过采样模拟量送ADC,软件判断。b. 通过光耦隔离
继电器吸合:检测缓冲电阻两端的压降。

2)控制电路

①IGBT驱动控制
a. 中小功率:直接光耦驱动。
b. b. 中大功率:由于驱动电流大,一般光耦后加推挽电路,提高驱动能力
②缓冲继电器控制
三极管驱动+普通光耦:缓冲继电器的驱动电源一般是24V~COM或者独立的电源(继电器内部不满足加强电源),要隔离。
③风扇控制
三极管驱动+普通光耦:虽然都是二次侧电源,但风扇电源是24V~COM,DSP过来的信号一般是GND,参考地不同,也要隔离。

3)保护电路

①过流保护:输出硬件过流、母线过流、制动过流、Vce直通保护
通过采样的电流模拟量通过比较电路实现,送到DSP的中断。
②过压保护与过温保护现依靠软件实现

4)接口电路:电源接口、信号接口、扩展接口

5)电源电路:常用供电电源、接触器供电、驱动供电

5. 控制部分电路组成

1)DSP最小系统
DSP及外围:电源、时钟、复位、外扩寄存器
2)信号转换:电平转换电路
3)信号处理
①检测(AI):输出电流、母线电压、温度
②控制(DO): 驱动、风扇、接触器
③保护(DI):过流保护、逐波限流、过压保护
4)键盘显示:本机键盘扫描及显示电路
5)对外接口:模拟量(AI、AO)、数字量(DI、DO)、通信接口、调试接口、在线升级
6)电源电路:常用供电电源、对外供电、二次稳压电源、基准电压

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yyc99888 2020-4-4 12:32:09 | 显示全部楼层
不错,学习了。。
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