第三篇 變頻調(diào)速篇
張燕賓（Zhang Yanbin）
7.1.2.3 單相變頻器主電路
單相變頻器的輸入側(cè)是單相交變電源，輸出側(cè)是三相可變交流電源，故也叫單進三出變頻器。
1．簡單濾波電路
如圖7-3（a）所示。
（1）存在問題
單相220V 交流電源經(jīng)全波整流并濾波后的直流電壓只有198V，逆變后的三相線電壓只有146V，不能和三相
220V 的電動機相配。
（2）增壓電路
在整流橋輸出端加接增壓電容器C01 和C02，增壓后，直流電壓可達297V，逆變后的三相線電壓可達220V，如
圖（b）所示。



7.1.3 變頻器的內(nèi)部控制電路

7.1.3.1 控制電路總框圖
變頻器內(nèi)部的控制框圖如圖7-4 所示。其主要部分有：
1．主控電路
這是控制電路的核心，相當于人的大腦。里面的主要部件是計算機的中央處理器CPU。

2．開關(guān)電源
向控制電路的各部分提供穩(wěn)定的直流電源。
3．采樣與檢測電路
對變頻器的各項運行數(shù)據(jù)進行實時的檢測。
4．輸入和輸出電路
向變頻器輸入給定信號和各種運行指令的輸入電路，以及輸出變頻器運行狀態(tài)的電路。
5．操作面板
（1）顯示屏
在運行模式下，顯示變頻器的各種運行數(shù)據(jù)；在編程模式下，顯示功能碼和數(shù)據(jù)碼。
（2）鍵盤
向變頻器發(fā)出給定信號和各種操作指令。



7.1.3.2 外接控制端子
1．外接輸入控制端
（1）模擬量輸入端

主要用于輸入頻率給定信號，如圖7-5（a）中之AVI端所示，其內(nèi)部電路如圖（b）所示。



（2）開關(guān)量輸入端
用于輸入各種開關(guān)指令，如起動、停止、加速、減速等，其內(nèi)部電路如圖（c）所示。
2．外接輸出控制端
（1）模擬量輸出端
主要用于輸出外部測量信號，如電流、頻率等，也可用于其他控制，如圖7-6（a）中之FM 所示。
（2）開關(guān)量輸出端
有兩種情況：
①繼電器輸出
可用于電壓較高的交流電路中。如圖（a）中之A、B、C 端所示。
②晶體管輸出
只能用于低壓直流電路中，如圖（a）中之Y1、Y2端所示。
它們的內(nèi)部電路如圖（b）所示。


7.1.3.3 開關(guān)電源
開關(guān)電源的全稱是高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源，在變頻器里用于為控制電路的各部分提供電壓穩(wěn)定的直流電源。
1．一次電源
變頻器里，向開關(guān)電源的一次繞組提供電源的方式主要有兩種：
（1）直流回路供電
從變頻器內(nèi)部的直流回路向開關(guān)電源提供電源，如圖
7-7（a）所示。從電路上說，這種方式比較簡單，但必須在變頻器接通電源后，開關(guān)電源才開始工作。所以，這種方式一般不允許變頻器上電起動。



（2）單獨供電
從主接觸器KM 的前面通過變壓器降壓后向開關(guān)電源
供電，如圖（b）所示。其外部接線如圖（c）所示。這種方式的開關(guān)電源比變頻器先得電，可以使控制電路事先做好準備工作后再讓變頻器通電。毫無疑問，這種方式是允許變頻器上電起動的。




2．二次繞組
如圖7-8 所示，除了N1 是一次高壓繞組外，其余都是二次的低壓繞組，它們是：
（1）自激電源 　
如圖中之N2，用于為PWM 發(fā)生器提供電源。
（2）CPU 電源 　
如圖中之N3，用于為CPU 提供5V 電源，是控制電路中對穩(wěn)定度要求最高的電源，所以采用π 形濾波電路，穩(wěn)定電壓的采樣電壓也由此取出。就是說，控制電壓的是否穩(wěn)定主要看5V 電壓。
（3）±15V 電源

如圖中之N4 和N5，主要為頻率給定電路提供電源。
（4）24V 電源
各種變頻器一般都為用戶提供24V 電源，以便用作傳感器或低壓控制電路的電源。
（5）驅(qū)動電源 　
為IGBT 管的驅(qū)動電路提供電源。驅(qū)動電源又分兩種情況：
（1）上臂驅(qū)動電源 　
因為逆變橋上橋臂的三個逆變管分別和輸出的U、V、
W 相聯(lián)接，故三個電源的二次繞組必須分開，互相間是絕緣的，如圖中之N7、N8 和N9 所示。
（2）下臂驅(qū)動電源 　
因為逆變橋下橋臂的三個逆變管的發(fā)射極都和直流電路的負端N 相接，故可以共用一個電源，變壓器的二次繞組如圖中之N10 所示。

7.1.3.4 IGBT 的驅(qū)動電源
1．基本驅(qū)動電路
基本的驅(qū)動電路如圖7-9（a）所示，說明如下：


當?shù)玫介_通信號時，A 點為高電位，VT1 導(dǎo)通而VT2
截止，IGBT 的G、E 間得到正向驅(qū)動電壓+15V，IGBT飽和導(dǎo)通，如圖（b）中的①區(qū)所示。當?shù)玫疥P(guān)斷信號時，A 點為低電位，VT1 截止而VT2導(dǎo)通，IGBT 的G、E 間得到反向偏置電壓為-10V，IGBT截止，如圖（b）中的②區(qū)所示。
G、E 間的穩(wěn)壓管VS1 和VS2 是保護用的，使 不超過允許范圍。
2．集成驅(qū)動電路示例
以EXB 系列的驅(qū)動模塊為例，其框圖如圖7-10 所示。
各管腳的功能如下：
（1）電源端
2 腳是電源“+”端，9 腳是電源“−”端。
（2）信號輸入端
15 腳是輸入信號的“+”端，14 腳是輸入信號的“−”端。


（3）信號輸出端
3 腳接IGBT 的G極，1 腳為+5V 輸出，接IGBT 的E 極。
（4）過電流保護端
6 腳用于過電流保護，正常情況下，6 腳電位等于IGBT 的飽和壓降，只有3V 左右，二極管VD1 是導(dǎo)通的。過電流或短路時，IGBT 的C、E 間的電壓降將迅速上升至7V，6 腳電位上升。這時：
VD1 截止，運算放大器A2 的采樣電壓US 將大于基準電壓UR，B 點由高電位變成低電位。經(jīng)整理電路整理后：
一方面，將 A 點的電位轉(zhuǎn)換成低電位，使IGBT 管迅速截止；
另一方面，使5 腳電位下降，通過光耦合器PC2 把相關(guān)信號告訴CPU，使故障繼電器動作，并顯示故障代碼。

7.1.3.5 檢測電路
1．電流的檢測
（1）從直流回路采樣
在直流回路中串聯(lián)兩個30mΩ 的電阻，利用直流電流在該兩電阻上的電壓降進行測量，如圖7-11（a）所示。
（2）利用霍爾元件采樣
把一個線圈纏繞在高頻磁心上，高頻磁心的一側(cè)開一個口，把霍爾心片鑲嵌在里面，將被測電流通入線圈，則被測電流IX 的大小，將決定高頻磁心里磁場的大小，也就決定了霍爾心片感應(yīng)出的霍爾電動勢UH 的大小，如圖（b）所示。