變頻器主電路設(shè)計(jì)

1、3變頻器主電路設(shè)計(jì)3.1 主電路的工作原理變頻調(diào)速實(shí)際上是向交流異步電動(dòng)機(jī)提供一個(gè)頻率可控的電源。 能實(shí)現(xiàn)這個(gè) 功能的裝置稱為變頻器。 變頻器由兩部分組成:主電路和控制電路, 其中主電路 通常采用交 -直 -交方式, 先將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?(整流, 濾波 , 再將直流電轉(zhuǎn) 變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電(逆變 。在本設(shè)計(jì)中采用圖 3.1的主電路,這也是變頻器常用的格式 4。 圖 3.1 電壓型交直交變頻調(diào)速主電路1. 交直電路設(shè)計(jì)選用整流管 61VD VD 組成三相整流橋,對(duì)三相交流電進(jìn)行全波整流。整流 后的電壓為 d U =1.35L U =1.35×380V=513V。濾波電容 F C

2、濾除整流后的電壓波紋,并在負(fù)載變化時(shí)保持電壓平穩(wěn)。 當(dāng)變頻器通電時(shí),濾波電容 F C 的充電電流很大,過大的沖擊電流可能會(huì)損 壞三相整流橋中的二極管,為了保護(hù)二極管,在電路中串入限流電阻 L R ,從而 使電容 F C 的充電電流限制在允許的范圍內(nèi)。當(dāng) F C 充電到一定程度,使 L S 閉合, 將限流電阻短路。在許多下新型的變頻器中, L S 已有晶閘管替代。電源指示燈 HL除了指示電源通電外,還作為濾波電容放電通路和指示。由于濾波電容的容量較大,放電時(shí)間比較長(zhǎng)(數(shù)分鐘 ,幾百伏的電壓會(huì)威脅人員 安全。因此維修時(shí),要等指示燈熄滅后進(jìn)行。B R 為制動(dòng)電阻,在變頻器的交流調(diào)速中,電動(dòng)機(jī)的減速是

3、通過降低變頻器的輸出頻率而實(shí)現(xiàn)的,在電動(dòng)機(jī)減速過程中,當(dāng)變頻器的輸出頻率下降過快時(shí), 電動(dòng)機(jī)將處于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài), 拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能要回饋到直流電路中, 使直流電路 電壓 (稱泵升電壓 不斷上升, 導(dǎo)致變頻器本省過電壓保護(hù)動(dòng)作, 切斷變頻器的 輸出。 為了避免出現(xiàn)這一現(xiàn)象, 必須將再生到直流電路的能量消耗掉, B R 和 B V 的 作用就是消耗掉這部分能量。 如圖 3.1所示, 當(dāng)直流中間電路上電壓上升到一定 值,制動(dòng)三極管 B V 導(dǎo)通,將回饋到直流電路的能量消耗在制動(dòng)電阻上。2. 直交電路設(shè)計(jì)選用逆變開關(guān)管 61V V -組成三相逆變橋, 將直流電逆變成頻率可調(diào)的交流電, 逆變管在這里選用

4、IGBT 。續(xù)流二極管 127VD VD -的作用是:當(dāng)逆變開關(guān)管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí),雖然電 壓突然變?yōu)榱? 但是由于電動(dòng)機(jī)線圈的電感作用, 儲(chǔ)存在線圈中的電能開始釋放, 續(xù)流二極管提供通道, 維持電流在線圈中流動(dòng)。 另外, 當(dāng)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí), 續(xù)流二 極管為再生電流提供通道,使其回流到直流電源。電阻 0601R R -,電容 0601C C -,二極管 0601VD VD -組成緩沖電路,來保護(hù)逆 變管。 由于開關(guān)管在開通和關(guān)斷時(shí), 要受集電極電流 c I 和集電極與發(fā)射極間的電 壓 ce V 的沖擊,因此要通過緩沖電路進(jìn)行緩解。當(dāng)逆變管關(guān)斷時(shí), ce V 迅速上升,c I 迅速降低, 過高增長(zhǎng)

5、的電壓對(duì)逆變管造成危害, 所以通過在逆變管兩端并聯(lián)電容(0601C C -來減小電壓增長(zhǎng)率。當(dāng)逆變管開通時(shí), ce V 迅速下降, c I 迅速升 高, 并聯(lián)在逆變管兩端的電容由于電壓降低, 將通過逆變管放電, 這將加速電流c I 的增長(zhǎng)率, 造成IGBT 的損壞。 所以增加電阻 0601R R -, 限制電容的放電電流?？墒钱?dāng)逆變管關(guān)斷時(shí), 該電阻又會(huì)阻止電容的充電, 為了解決這個(gè)矛盾, 在電阻 兩端并聯(lián)二極管(0601VD VD - ,使電容充電時(shí)避開電阻,通過二極管充電。放 電時(shí), 通過電阻放電, 實(shí)現(xiàn)緩沖功能。 這種緩沖電路的缺點(diǎn)是增加了損耗, 所以 適用于中小功率變頻器。 因本次設(shè)計(jì)

6、所選用的電動(dòng)機(jī)為中容量型, 在此選用此種 緩沖電路。1. 整流電路整流電路是把交流電變換為直流電的電路。 本設(shè)計(jì)中采用了三相橋式不控整 流電路, 主要優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單, 功率因數(shù)接近于 1, 由于整流電路原理比較簡(jiǎn)單, 設(shè)計(jì)中不再做詳細(xì)的介紹 5。2. 逆變的基本工作原理將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的過程稱為逆變。 完成逆變功能的裝置叫做逆變器, 它 是變頻器的主要組成部分,電壓性逆變器的工作原理如下: (1單相逆變電路在圖 3.2的單相逆變電路的原理圖中:當(dāng) 1S 、 4S 同時(shí)閉合時(shí), ab U 電壓為正; 2S 、 3S 同時(shí)閉合時(shí), ab U 電壓為負(fù) 。 由于開關(guān) 1S 4S 的輪番通斷,從而

7、將直流電壓 D U 逆變成了交流電壓 ab U 。 可以看到在交流電變化的一個(gè)周期中,一個(gè)臂中的兩個(gè)開關(guān)如:1S 、 2S 交 替導(dǎo)通,每個(gè)開關(guān)導(dǎo)通 電角度。因此交流電的周期(頻率可以通過改變開關(guān) 通斷的速度來調(diào)節(jié),交流電壓的幅值為直流電壓幅值 D U 。圖 3.2 單相逆變器原理圖(2三相逆變電路三相逆變電路的原理圖見圖 3.3所示。圖 3-3中, 1S 6S 組成了橋式逆變電路,這 6個(gè)開關(guān)交替地接通、關(guān)斷就可 以在輸出端得到一個(gè)相位互相差 32的三相交流電壓。當(dāng) 1S 、 4S 閉合時(shí), V U u -為正; 3S 、 2S 閉合時(shí), V U u -為負(fù)。 用同樣的方法得:當(dāng) 3S 、

8、6S 同時(shí)閉合和 5S 、 4S 同時(shí)閉合, 得到 W V u -, 5S , 2S 同時(shí)閉合和 1S 、 6S 同時(shí)閉合,得到 U W u -。為了使三相交流電 V U u -、 W V u -、 U W u -在相位上依次相差 32;各開關(guān)的接通、 關(guān)斷需符合一定的規(guī)律, 其規(guī)律在圖 3.3b 中已標(biāo)明。 根據(jù)該規(guī)律可得 V U u -、 W V u -、UW u -波形如圖 3.3c 所示。 a 結(jié)構(gòu)圖 b 開關(guān)的通斷規(guī)律 c 波形圖圖 3.3 三相逆變器原理圖觀察 6個(gè)開關(guān)的位置及波形圖可以發(fā)現(xiàn)以下兩點(diǎn):各橋臂上的開關(guān)始終處于交替打開、關(guān)斷的狀態(tài)如 1S 、 2S 。各相的開關(guān)順序以各

9、相的“首端”為準(zhǔn),互差 32電角度。如 3S 比 1S , 滯后 32, 5S 比 3S 滯后 32。上述分析說明,通過 6個(gè)開關(guān)的交替工作可以得到一個(gè)三相交流電,只要調(diào) 節(jié)開關(guān)的通斷速度就可調(diào)節(jié)交流電頻率,當(dāng)然交流電的幅值可通過 D U 的大小來 調(diào)節(jié)。3.2 主電路參數(shù)計(jì)算根據(jù)前面所給出的原始參數(shù),主電路各部分的計(jì)算如下 6:1. 整流二極管的參數(shù)計(jì)算m I (峰值電流N=2×15.6=22.06A dI (有效值 = /m I 二極管額定電流值 e I =(1.52 Id/1.57=14.91A19.88A額定電壓值 e U =(23 m U =(23×2×380=1074.64V1611.96V 2. 濾波電容系統(tǒng)采用三相不控整流,經(jīng)濾波后 d U =1.1×2×380=591.05V。 3. 制動(dòng)部分制動(dòng)電阻粗略計(jì)算為 NdB I U R 2=N d I U =18.9437.89b V 擊穿電壓:當(dāng)線電壓為 380V時(shí),根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值選 1000V 。BV 集 電 極 最 大 電 流 cm I:按 照 正 常 電 壓 流 經(jīng) B R 電 流 的 兩 倍 來 計(jì) 算 :bdCM R U I 2=2×591.05/18.94=62.41A4.IGBT 的選用峰值電壓 =(22.