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变频器的工作原理图详细讲解 电工必备技能基础知识

变频器的整理电路构成,在应用和维修中经常见到的变频器,因为主电路的中间环节有一个电容储能电站,又称为电压型变频器,其逆变电路是由电容储能提供电源供应的;电路的能量传递为交一直方式,将输人三相交流电压先由整流桥电路整流和电容滤波(储能)变成直流电话,再逆变为交流输出。变频器本身是个逆变器, 比之于工频电源, 变频器是个输出频平电压)可变的三相电源, 具有(从几伏- 40)从0Hz几百赫兹的频率输出范围。

中的上部主电路电压型变频器的主电路结构,下半部分则为控制电路,其主要制等任务是生成逆变功率电路所需6路脉冲信号,并承担故障检测,停机保护和操作控制任务。

1.变频器的主电路(见图1-6)

变频器的主电路包括三相整流电路、电容储能(谴波)电路和IGBT功奉模块(或6只IGBT)构成,在整流电路和储能电容之间,还增设一个由限流电阻RI、KMI接触器主触头的预充电(或称为充电限流)电路, 在上电期间先由RI对储能电容cl、Cc2 进行限流充电,充电完成后,KM1 动作,短接RI, 使变频器进人待机工作状态。有些机型将整流二极管D1、D3、D5换成单向晶闸管器件,控制晶闸管在电容充电过程结束后导通,由此可省去接触器KM1 (具体电路见后文所述)。逆变功率电路由Q1~Q6等6只IGBT (功率模块)组成,每只IGBT的集电极和发射极之间并联有反向连接的二极管,是与IGBT密切结合在一体的(并不是外接的),提供IGBT的反向电流通路,消除反向电压对IGBT的威胁,在负载电动机因超速产生发电时,提供电动机的发电电能向直流回路的回馈通路。

变频器的功率级别往往以18. 5kW/P型(15kW/G 型)为分界线,大于此者为中功率机型,小于此者为小功率机型。大、中功率的划分尚见不出明晰的分界。小功率机型中,整流电路和逆变功率电路往往采用一体化模块电路 。为降低生产成本,有些机型中逆变功率电路采用6只IGBT分立器件。中功率机型中,整流与逆变功率电路多采用双管式功率模块(整流模块内含两只整流二极管,逆变模块内含两只ICBT功率管)。大功率机型采用多贝功率模块并联,以提升电流/功率输出能力。

小功率机型,机器内部往内警制动开关管和制动电肌,对负款电动机因赏的反发电能量进行消耗,以保麻储能电容和逆变功率电路的安全。大、中功率机型中,制动单元物动电阻必须经主电路引出端子外接。


2.变频器的控制电路


变频器的控制电路是以MCU (单片机或称微控制器)为核心的,包括工作电源(开关电源电路)、电压、电流等检测(故障报警、保护)电路、ICBT驱动电路和操作控制电路、MCU基本电路等五大部分。


1)开关电源电路。一 般是从主电路的直流回路(C1、C2两端)取得530V直流供电,经DC-AC-DC变换,取得+5V、+15V、 -15V、 24V等几路稳定直流电压,供控制电路的工作电源。IGBT驱动电路所需的4路或6路驱动电源也由开关电源供给。


2)驱动电路。MCU引脚输出的6路脉冲信号由缓冲电路输人至驱动电路,经光电转换和隔离、功率放大后,用于驱动IGBT,使之按-定规律导通和截止, 将DCS30V电源逆变成三相交流电压输出。

3)电流、电压、功率模块温度、0C故障等检测电路。从主电路的直流回路取得电压检测信号,用于直流电压值显示以及过、欠电压报警和停机保护等;从∪、v、W输出端串接电流互感器(霍尔元器件及电路),对输出电流进行检测,用于运行电流显示、输出控制、过载报警与停机保护等;温度传感器安装于散热片上,检测逆变功率模块的温度变化,异常时实施超温报警和停机保护,并控制散热风扇的运转;驱动电路一般有IGBT的故障检测功能,逆变功率电路工作异常时,产生OC信号,用于报警和停机保护。


4)操作控制电路。变频器的控制端子内部电路(包括辅助电源、数字/模拟输入/输出电路)、操作显示面板等电路,对变频器完成起、停、通信等控制功能。功能。面板同时有运行状态监控功能。


5) MCU基本电路。以上3)、4)电路的检测信号和控制信号最后都输人MCU,进行软件程序处理后,输出6路脉冲信号和相关控制信号。MCU器件作为“指挥中心’’, 对整机的正常工作进行有序的协调,集中处理输人、输出信号。+5V工作电源、复位电路、品振电路、外挂存储器电路等形成MCU工作的基本条件,故称为MCU基本电路。从维修用度考虑,MCU的接口电路、操作显示电路等也并人其基本电路的范畴之内。故障检修中,确定该部分电路正常是检修其他故障电路的前提。


变频器产品是电力电子(高反压、大电流)器件和微电子(微控制器)技术成熟后密切结合的产物,在一-定程度上体现了当今的电子科技水平;它是弱电和强电、软件和硬件的有机结合;它强大的功能,各种完善的检测和保护电路,控制上的智能化和灵活多变,它*微电子技术和电力半导体器件结合应用,它的电路元器件的非通用性和特殊要求,说明着之类机器的智能化电气设备的特点,因而检修思路和方法也有独特性。