变频器知识浅探课件.ppt
變頻器知識淺探變頻器知識淺探AMD 工程部通用變頻器的原理通用變頻器的原理 一.概述1.交流調速傳動直流馬達機械式換向器給調速帶來的缺點:A.維修工作量大,事故率高 B.容量,電壓,電流和轉速的上限受換向條件的限制 C.使用環境受限交流馬達固有的優點:A.容量,電壓,電流和轉速的上限不像直流馬達那樣受限 B.結構簡單,造價低 C.堅固耐用,事故率低,容易維護結論:交流調速傳動比直流調速傳動有更大的發展前景目前所說的交流調速主要是指採用電子式電力變換器對交流馬達的變頻調速傳動.其它如變極調速,定子調壓調速,轉差離合器調速等交流調速方法由於性能較差,終將會被變頻調速所取代.交流調速(變頻調速)技術的迅速發展與下列技術的進展有關:A.電力電子器件的製造技術 B.基於電力電子電路的電力變換技術 C.交流馬達的矢量變換控制技術和直接轉矩控制技術 D.PWM(Pulse Width Modulation)技術 E.以微型計算機與大規模積體電路為基礎的全數字化控制技術2.2.變頻調速的概況變頻調速的概況A.交流調速裝置的大容量化B.開關器件的自關斷化SCR,RCT,ASCR,TRIAC(半控器件)GTO,BJT,IGBT(全控器件)01500KW:IGBT10007500KW:GTOUP 7500KW:SCRC.變頻裝置的高性能化 U/f控制方式(早期):只對交流電量的量值進行控制 轉矩響應慢,低速特性差 矢量控制:控制量值的同時也控制相位 坐標變換,實現定子電流的磁場分量和轉矩分量的解耦控制D.PWM技術的應用PWM 技術用於變頻器的好處:1)改善變頻器的輸出波形,降低馬達的諧波損耗,減小轉矩脈動2)簡化逆變器的結構,加快調節的速度,提高系統的動態響應3)用于整流器控制可實現輸入電流正弲和電網功因為1PWM波形的生成方法:1)載波調制法:單極性調制和雙極性調制2)微機查表法:諧波消去法和優化法3)實時計算法4)自激振盪法E.全數字控制技術的應用全數字控制的特點:1)精度高2)穩定性好3)可靠性高4)靈活性好5)存儲能力強6)邏輯運算能力強全數字控制方式充實了系統的RAS功能:Reliability(可靠性)Availability(可操作性)Serviceability(可維護性)3.3.通用變頻器概況通用變頻器概況1)通用變頻器的發展a.容量不斷擴大b.結構的小型化c.多功能化和高性能化d.應用領域不斷擴大2)通用變頻器的技術動向a.IGBT 的應用b.網側整流器的PWM控制c.矢量控制變頻器的通用化二二.變頻器的簡單原理變頻器的簡單原理馬達的同步轉速為 n1=60f1/np馬達的軸轉速 n=n1(1-s)=60f1(1-s)/np改變馬達的供電頻率,可以改變其同步轉速,實現調速運行.地球人都知道的變頻器工作原理!三三.變頻器的基本構成變頻器的基本構成變頻器可分為:交-交和交-直-交兩種形式交-交變頻器:可將工頻交流直接變換成頻率,電壓均可變化的交流,又稱直接式變頻器.交-直-交變頻器:先將工頻交流電通過整流器變成直流,然後再把直流電變換成頻率,電壓均可控制的交流電變頻器主要由以下幾個部分構成:A.整流器B.中間直流環節C.逆變器D.控制電路變頻器(交-直-交)的基本構成框圖整流器逆變器控制電路馬達運行指令控制指令控制指令工頻交流交流輸出中間直流環節ACDCAC四四.變頻器的分類變頻器的分類(主要為交主要為交-直直-交變頻器交變頻器)1.按直流電源的性質分類A.電流型變頻器B.電壓型變頻器2.按輸出電壓調節方式分類A.PAM方式:脈衝幅值調制方式B.PWM方式:脈衝寬度調制方式C.高載波頻率的PWM方式3.按控制方式分類A.U/f 控制B.轉差頻率控制C.矢量控制4.按主開關器件分類目前,最常見的變頻器是交-直-交電壓型變頻器.台達電子工業有限公司生產的變頻器基本都屬於該類型,具有多種控制方式選擇,主開關器件採用IGBT.變頻器電路結構淺析NOTE:以台達公司生產的自有品牌變頻器及部分代工變頻器為編寫依據 Adapted byAsan Studio整流部分電路整流電路主要有如下三種形式:A.不可控橋式整流(二極管整流)B.特點:控制簡單,成本較低,原側功因理論上可接近1,C.輸出不可調;電能無法回授電網.B.半控橋式整流 特點:控制較複雜,成本較高,輸出可調;電能無法回授電網.C.全控橋式整流 特點:控制複雜,成本高,輸出可調;可實現電能回授電網.A.A.不可控整流不可控整流(二機管整流二機管整流)DRAW1:單相不可控二極管整流電路(倍壓電源)單相整流橋濾波器突波吸收器濾波器(T1):減少外部輸入電流的高次諧波干擾突波吸收器(VAR1):緩衝輸入突波的影響單相不可控二極管整流電路單相不可控二極管整流電路(倍壓電源倍壓電源)仿真圖仿真圖SIM1:單相不可控二極管整流電路(倍壓電源)仿真電壓電流兩相不可控整流電路兩相不可控整流電路(單極性電源單極性電源)DRAW2:兩相不可控整流電路(單極性電源)兩相不可控整流電路兩相不可控整流電路(單極性電源單極性電源)仿真圖仿真圖SIM2:兩相不可控整流電路(單極性電源)仿真NOTE:倍壓電源約為單極性電源的兩倍,但同樣條件下,倍壓電源脈動較大.電壓電流三相不可控整流電路三相不可控整流電路DRAW3:三相不可控整流電路DRAW4:三相整流電路可作兩相整流使用三相不可控整流電路的仿真圖三相不可控整流電路的仿真圖SIM3:三相不可控整流電路的仿真電壓電流DRAW5:整流橋模塊化整流橋的模塊化整流橋的模塊化B.B.可控整流電路可控整流電路DRAW6:半控整流電路半控器件SCR欲上電,為SPS提供工作電源,為整流控制信號產生做準備.R1值較大,可不使用RELAY電路.可控整流電路仿真電路可控整流電路仿真電路SIM6:可控整流電路的仿真電路NOTE:可控整流電路的觸發脈衝頻率可以是輸入電源頻率的1倍或3倍 有效導通角調節範圍都是120o濾波電容1 1倍電源頻率觸發下整流效果仿真倍電源頻率觸發下整流效果仿真有電容濾波無電容濾波3 3倍電源頻率觸發下整流效果仿真倍電源頻率觸發下整流效果仿真有電容濾波無電容濾波可控整流器的控制信號的產生可控整流器的控制信號的產生(1)(1)DRAW7:可控整流的控制信號發生源(1)改變DR36,Dr37可以改變充放電時間,從而改變控制信號的觸發時刻.RY可以控制觸發信號的輸出與否.可控整流器的控制信號的產生可控整流器的控制信號的產生(2)(2)初始復位DRAW8:可控整流的控制信號發生源(2)MC1455 TIMING CIRCUITMC1455 TIMING CIRCUIT2/3Vcc1/3Vcc結合DRAW7分析如下:設初始狀態,Q=1,則pin7高阻,pin3=1.Vcc通過DR111,DR36,DD55給DC5充電.當Vdc5(1/3Vcc),CA=0,CB=1,Q=1,pin7高阻,pin3=1;當(1/3Vcc)Vdc5(2/3Vcc),CA=1,CB=0,Q=0,pin7=0,pin3=0.DC5通過DD56,DR37開始放電.當Vdc5(1/3Vcc),CA=0,CB=0,Q=0不變,pin7=0,pin3=0,DC5繼續放電;當放電至Vdc57V,A=1;因為此時Vout=1,LED=1,所以FAULT=1,由於鎖存的作用,即使隨後出現DESAT7V,FAULT仍保持1;在FAULT=1或LED=0(使Vout=0)期間,Q1 導通,DESAT端不對Uce作出檢測.ABC鎖存錯誤訊號Q1Q2當FAULT=1,RS觸發器輸出Q=1,Q3導通,Pin6輸出錯誤訊號0給微處理器.Q=1經過一段延時傳輸給G1,使G1輸出LED=0.Q3G15us延遲Vcc2Vcav直流臂電流檢測信號應用直流臂電流檢測信號應用(2)(2)的仿真的仿真-VcpnVcpn運轉時直流電流的大小與Vcpn輸出無關,Vcpn輸出為低電平(約0.3V左右)煞車時馬達的反電勢向電容充電,從GND會有電流經穩壓二極管流向逆變橋,從而二極管的壓降(約-0.7V)作為Vcn電路的輸入,所以Vcn的輸出為較穩定的正電壓.煞車時,直流電流的大小與Vcpn輸出無關,Vcpn輸出為高電平(約4.5V左右)該電路作為馬達向電容充電的標示直流臂電流檢測信號應用直流臂電流檢測信號應用(2)(2)的仿真的仿真-Vcp,VcppVcp,VcppNORMAL OR ABNORMAL OPERATION CONDITIONVcpVcppBRAKE CONDITIONVcav,Vcpp,Vcpn,VavVcav,Vcpp,Vcpn,Vav的輸出的輸出Vcp,VcpnVcp,Vcpn的輸出的輸出煞車反充電時屏蔽OC偵測直流臂漏電檢測直流臂漏電檢測P1,P2串聯入直流上臂;N1,N1,串聯入直流下臂;當直流上下臂的電流相等,即無漏電時,DCS1中的霍爾元件所受的磁場作用為0,P5P6間輸出電壓為零;若上下臂電流不等,即有漏電時,霍爾元件所受磁場作用不為0,P5P6間輸出電壓不為零.求P5和P6輸出的電壓差上臂串入端下臂串入端GROUND FAULT SENSORP1P2和N1N1,的輸入應使上下臂輸入電流產生的磁場方向相反.GROUND FAULT SENSORGROUND FAULT SENSORHALL元件調零電阻放大電阻絕對值運算電路1.Hall元件偵測上下臂電流產生的合成磁場大小;產生穩流源2.調節調零電阻可使霍爾元件的一端輸出為零,另一輸出端的值則可表征霍爾元件的輸出電壓;3.放大電阻可對霍爾元件的輸出電壓進行放大;4.絕對值運算電路可實現對U1B輸出電壓的絕對值運算,使GF端電壓輸出始終為非負值;SPS(Switch Power Supply)簡介 VFD中的SPS電路主要為控制系統提供所需的直流工作電壓,這些直流電壓的一個顯著特點就是彼此隔離,可實現不共地的多組直流電壓輸出.SPS中採用脈衝變壓器,與傳統的交流變壓器相比,體積有了很大的降低,但脈衝變壓器需解決的磁路過飽和問題.SPS中採用UC2842來產生脈衝變壓器的驅動信號.UC2842高性能電流型PWM控制器(High Performance Current Mode PWM Controller)的特點:Trimmed oscillator for precise frequency control Oscillator frequency guaranteed at 250KHz Current mode operation to 500KHz Automatic feed forward compensation Latching PWM for cycle-by-cycle current limiting Internally trimmed reference with undervoltage lockout High current totem pole output Undervoltage lockout with hysteresis Low start-up and operating currentUC2842UC2842高性能電流型高性能電流型PWMPWM控制器控制器PIN1:the Error Amplifier output and available for loop compensation.PIN2:the inverting input of Error Amplifier,connected to the switching power supply output through a resistor divider.PIN3:a voltage proportional to inductor current is connected to this input,the PWM use this information to terminate output switch conduction.PIN4:the oscillator frequency and maximum output duty cycle are programmed by connecting to resistor RT to Vrefand capacitor CT to ground.Operation to 500KHz is possible.PIN5:the pin is the combined control circuitry and power ground.PIN6:this output directly drives the gate of a power MOSFET.Peak currents up to 1A are sourced and sunk by this pin.PIN7:this pin is the positive supply of the control IC.PIN8:this is the reference output.It provides charging current for capacitor CT through resistor RT.正常情況下:VREF GOOD LOGIC=1允許OUTPUT輸出高電平;電流比較器輸出0,則PWM LATCH=0,允許OUTPUT輸出高電平;OSCTOUTPUT由於T觸發器,即 toggle flip flop 的存在,使輸出脈衝的最大占空比為50%.Used only in UC3844B and UC3845BUC2842 Output Waveforms and UVLOUC2842 Output Waveforms and UVLO在CT充電至某一電壓Vth的過程中,OUTPUT輸出高電平,當CT上的電壓等於Vth時,OSCILLATOR輸出高電平給晶體管使之導通,CT放電,在放電過程中OUTPUT輸出低電平.當ViVon時,Icc 0,then DA=-3/7AVID=+16VC=+5V(高電平)B=(30/25.2)AVI 0elseA=0D=-5V C=0(低電平)B=-(30/25.2)AVI 0endAVI電壓的正負可用來指令電機的正反轉,大小用來作為頻率大小指令的輸入AVI AVI 電路電路(3)(3)(續續)B200k300100k24k100k2.7k1.1k1ka
