一種簡(jiǎn)單有效的平衡母線電壓方法

1、2021-12-26RCD system 1Andy Yang2007 10HHP Technical DocumentATV7122021-12-26 在變頻器系統(tǒng)中在變頻器系統(tǒng)中,由于直流母線電壓一般都比較高由于直流母線電壓一般都比較高,無(wú)法將單個(gè)電容直接并在母無(wú)法將單個(gè)電容直接并在母線兩端線兩端, 通常情況通常情況,都是將電容串連后都是將電容串連后,在并到母線電壓兩端在并到母線電壓兩端. 為了平衡兩個(gè)串連為了平衡兩個(gè)串連的電容上的電壓的電容上的電壓, 一般采用并聯(lián)均壓電阻的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓的平衡一般采用并聯(lián)均壓電阻的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓的平衡 . 但由于使用但由于使用均壓電阻必須考慮到電容的漏電

2、流的值均壓電阻必須考慮到電容的漏電流的值,所以一般已最壞情況下漏電流的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)所以一般已最壞情況下漏電流的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇電阻阻值選擇電阻阻值,這樣導(dǎo)致電阻的消耗功率較大這樣導(dǎo)致電阻的消耗功率較大, 而且由于產(chǎn)品一上電而且由于產(chǎn)品一上電,就通過(guò)均壓就通過(guò)均壓電阻在放電電阻在放電, 長(zhǎng)時(shí)間來(lái)看長(zhǎng)時(shí)間來(lái)看,這是一個(gè)不小的損耗這是一個(gè)不小的損耗. 為了避免這種無(wú)用的損耗為了避免這種無(wú)用的損耗,本文將介紹一種簡(jiǎn)單的本文將介紹一種簡(jiǎn)單的,低損耗的方法來(lái)取代均低損耗的方法來(lái)取代均壓電阻的方法壓電阻的方法. 用一種便宜用一種便宜,低電壓低電壓,小信號(hào)驅(qū)動(dòng)的雙向共基極三極管來(lái)均衡電容小信號(hào)驅(qū)動(dòng)的雙向共基極三極管來(lái)均衡

3、電容電壓電壓. 在下面的章節(jié)中將介紹這種電路的原理在下面的章節(jié)中將介紹這種電路的原理,分析平衡電壓電路的基本特征分析平衡電壓電路的基本特征,選擇元器件的主要標(biāo)準(zhǔn)選擇元器件的主要標(biāo)準(zhǔn).ATV7132021-12-26 Uc1Uc2I deltaATV7142021-12-26 在通用變頻器結(jié)構(gòu)中在通用變頻器結(jié)構(gòu)中, 通常存在交流變直流母線環(huán)節(jié)通常存在交流變直流母線環(huán)節(jié),為了減小母線電壓波動(dòng)為了減小母線電壓波動(dòng),一般用并聯(lián)電力電容的一般用并聯(lián)電力電容的方法來(lái)做緩沖電容方法來(lái)做緩沖電容, 由于在由于在400VAC供電系統(tǒng)下供電系統(tǒng)下,產(chǎn)品的母線電壓會(huì)達(dá)到產(chǎn)品的母線電壓會(huì)達(dá)到560V以上以上,變頻器運(yùn)

4、行時(shí)變頻器運(yùn)行時(shí),母線電壓母線電壓會(huì)在會(huì)在500800V之間撥動(dòng)之間撥動(dòng),但由于當(dāng)前的電力電容的耐壓值大都在但由于當(dāng)前的電力電容的耐壓值大都在500V 左右左右,所以通常用電容串連的方法來(lái)所以通常用電容串連的方法來(lái)提高電容的耐壓值提高電容的耐壓值. 電容的串連可以使用低耐壓值的電容來(lái)充當(dāng)緩沖器電容的串連可以使用低耐壓值的電容來(lái)充當(dāng)緩沖器, 但由于各個(gè)電容的壽命及使用條件的差異性但由于各個(gè)電容的壽命及使用條件的差異性,導(dǎo)致導(dǎo)致電容的漏電流各不相同電容的漏電流各不相同, 導(dǎo)致串連的電容并不能均勻分配母線電壓導(dǎo)致串連的電容并不能均勻分配母線電壓,電壓分配的不均勻電壓分配的不均勻,在極限情況下在極限情

5、況下,會(huì)損會(huì)損壞電容壞電容,或縮短電容的使用壽命或縮短電容的使用壽命. 為了平衡電容的電壓為了平衡電容的電壓,一般在設(shè)計(jì)上通常采用均壓電阻的方法來(lái)均分電壓一般在設(shè)計(jì)上通常采用均壓電阻的方法來(lái)均分電壓. 但由于為了滿足電容間最大但由于為了滿足電容間最大漏電流的補(bǔ)償漏電流的補(bǔ)償,通常需要選用功率較大的均壓電阻來(lái)分配電壓通常需要選用功率較大的均壓電阻來(lái)分配電壓,從而導(dǎo)致能源的損耗也比較大從而導(dǎo)致能源的損耗也比較大, 特別在現(xiàn)場(chǎng)特別在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中應(yīng)用中, 變頻器通常是始終供電的變頻器通常是始終供電的, 即使變頻器不在運(yùn)行狀態(tài)即使變頻器不在運(yùn)行狀態(tài),這種電阻損耗也一直存在這種電阻損耗也一直存在, 下一章節(jié)

6、我們會(huì)下一章節(jié)我們會(huì)詳細(xì)介紹這種電壓平衡方法的原理及弊端詳細(xì)介紹這種電壓平衡方法的原理及弊端. ATV7152021-12-26 現(xiàn)在有一種新的電壓平衡方法現(xiàn)在有一種新的電壓平衡方法,可以大大的降低這種能耗可以大大的降低這種能耗,而且成本也在合理范圍內(nèi)而且成本也在合理范圍內(nèi), 我們稱(chēng)其為主動(dòng)我們稱(chēng)其為主動(dòng)式電壓平衡式電壓平衡, 以前通過(guò)電阻來(lái)均壓的方法我們稱(chēng)之為被動(dòng)式電壓平衡方法以前通過(guò)電阻來(lái)均壓的方法我們稱(chēng)之為被動(dòng)式電壓平衡方法.下面簡(jiǎn)要介紹一下這種主動(dòng)式電壓平衡的原理下面簡(jiǎn)要介紹一下這種主動(dòng)式電壓平衡的原理:V2V4PAPNRBRBQNQPV1V3圖1 如圖如圖1: 當(dāng)當(dāng)V2=V1, V3

7、=V4時(shí)時(shí), 因因V1=V3, 所以所以V2=V4 , 電容電壓平衡電容電壓平衡, 電容漏電流一致電容漏電流一致 由于由于V1=V2, V3=V4,所以三極管所以三極管QN,QP關(guān)閉不工作關(guān)閉不工作. 當(dāng)當(dāng)V2V1,V4V3時(shí)時(shí), QN滿足導(dǎo)通工作條件滿足導(dǎo)通工作條件 ,向下電容補(bǔ)償漏電流向下電容補(bǔ)償漏電流,使得上下電容得漏電流一致使得上下電容得漏電流一致,達(dá)到新達(dá)到新的平衡后的平衡后, QN關(guān)閉關(guān)閉. 當(dāng)當(dāng)V2V3時(shí)時(shí), QP滿足導(dǎo)通工作條件滿足導(dǎo)通工作條件 ,上電容的多余漏電流由上電容的多余漏電流由QP導(dǎo)出導(dǎo)出,使得使得上下電容得漏電使得使得上下電容得漏電流一致流一致,達(dá)到新的平衡后達(dá)到新

8、的平衡后,QP關(guān)閉關(guān)閉.由此可見(jiàn)由此可見(jiàn),這種電壓平衡是動(dòng)態(tài)平衡這種電壓平衡是動(dòng)態(tài)平衡, 在電壓平衡后在電壓平衡后,損耗僅是損耗僅是RB上的微弱能耗上的微弱能耗,在后面的章節(jié)我們將詳細(xì)介在后面的章節(jié)我們將詳細(xì)介紹這種方法紹這種方法. ATV7162021-12-26V2=1/2UD+PAPNRBRB圖2 均壓電阻平衡電壓原理圖IIV2=1/2UD-UIQ+1/2IIQ-1/2在用兩個(gè)均壓電阻平衡電容電壓的系統(tǒng)中在用兩個(gè)均壓電阻平衡電容電壓的系統(tǒng)中,理想情況下理想情況下,Uc1=Uc2, Idelta=0 , 但由于電容的漏電流差異但由于電容的漏電流差異,導(dǎo)致必須導(dǎo)致必須要通過(guò)要通過(guò)Idelta

9、,來(lái)補(bǔ)償來(lái)補(bǔ)償, 為了提供足夠的為了提供足夠的 Idelta, 來(lái)補(bǔ)償電容漏電流的差異來(lái)補(bǔ)償電容漏電流的差異, 在選擇在選擇RB時(shí)時(shí),必須能提供足夠的必須能提供足夠的靜態(tài)電流靜態(tài)電流IQ ,而而IQ的存在的存在,導(dǎo)致了在電阻導(dǎo)致了在電阻RB上消耗大量的能源上消耗大量的能源 , 下面我們通過(guò)理論論證下面我們通過(guò)理論論證,來(lái)計(jì)算這種漏來(lái)計(jì)算這種漏電流的能耗時(shí)相當(dāng)可觀的電流的能耗時(shí)相當(dāng)可觀的.在正常應(yīng)用中在正常應(yīng)用中,通常兩個(gè)電容之間的電壓差通常兩個(gè)電容之間的電壓差 Udelta= 10*Idelta 在在10KW變頻器系統(tǒng)中變頻器系統(tǒng)中,采用兩個(gè)采用兩個(gè)10000uF/350V的電容串聯(lián)的電容串聯(lián)

10、,其漏電流達(dá)到其漏電流達(dá)到1.39mA , 為了平衡兩個(gè)為了平衡兩個(gè)電容的漏電流差值電容的漏電流差值, Idelta 一般選到一般選到5mA10mA 以上以上,這樣這樣IQ就必須達(dá)到就必須達(dá)到50100mA才能滿足要求才能滿足要求, 電阻電阻RB選用選用2.5K5Kohms這樣的均壓系統(tǒng)這樣的均壓系統(tǒng),即使在變頻器不運(yùn)行的狀態(tài)下即使在變頻器不運(yùn)行的狀態(tài)下, 一年的損耗至少在一年的損耗至少在220KWH以上以上, 能量損耗相當(dāng)大能量損耗相當(dāng)大. ATV7172021-12-26下面我們?cè)賮?lái)分析一下主動(dòng)式電壓平衡的原理和能耗分析下面我們?cè)賮?lái)分析一下主動(dòng)式電壓平衡的原理和能耗分析CPAPNRBRBQNQPIdeltaIdelta/圖3在能提供一定的在能提供一定的Idelta情況下情況下, 如果三級(jí)管的放大系數(shù)如果三級(jí)管的放大系數(shù)越大越大,則需要的門(mén)極驅(qū)動(dòng)電流就越小則需要的門(mén)極驅(qū)動(dòng)電流就越小, 這樣這樣RB的電的電阻值就可以選擇較大的值阻值就可以選擇較大的值,這樣這樣,靜態(tài)電流的損耗會(huì)很低靜態(tài)電流的損耗會(huì)很低, 三極管本身在工作狀態(tài)下能耗也相當(dāng)小三極管本身在工作狀態(tài)下能耗也相當(dāng)小. 當(dāng)當(dāng)然能在這么高電壓下工作的三