一種低壓變頻器的製造方法

2023-06-25 19:19:51

一種低壓變頻器的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種低壓變頻器，變頻器主電路迴路為交-直-交變頻器結構，變頻器主電路包括整流電路、中間直流環節電路、能耗制動電路和逆變電路，整流電路為三相橋式不可控整流電路，逆變電路為IGBT三相逆變器電路，輸出為PWM波形，中間直流環節為濾波，直流儲能和緩衝無功功率。
【專利說明】一種低壓變頻器

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電力電子技術和微電子【技術領域】，尤其涉及一種低壓變頻器。

【背景技術】
[0002]一般風機、水泵系統大多數是靠閥門來調節出水流量或壓力，擋板這種調節方式是以增加管網損耗，耗費大量能源為代價的，因此，不可避免的造成電能的浪費。而且由於設計時，系統是按最大的負載來設計的，在實際運行當中，絕大部分時間系統是不可能運行在滿負荷狀態下，存在較大的富餘，所以就存在較大的節能潛力。
[0003]採用變頻調速控制裝置，通過改變風機和水泵的轉速，從而改變風機風量和水泵流量以適應生產工藝的需求，而且運行能耗最省，綜合效益最高。所以變頻調速是高效的最佳調速方案，它可以實現無級調速，並且可以方便的組成閉環控制系統，實現恆壓或恆流量的控制。一般變頻器只是變頻調節執行器，應用於風機水泵等負載需要另外加控制系統。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的就在於為了解決上述問題而提供一種低壓變頻器。
[0005]本實用新型通過以下技術方案來實現上述目的:
[0006]一種低壓變頻器，包括變頻器主電路迴路為交-直-交變頻器結構，變頻器主電路包括整流電路、中間直流環節電路、能耗制動電路和逆變電路，整流電路為三相橋式不可控整流電路，逆變電路為叩81三相逆變器電路。
[0007]具體地，整流電路包括多個壓敏電阻町、整流電路和濾波電路，變頻器輸入端的尺相與3相之間、I？相與I相之間和3相與I相之間分別接有壓敏電阻，整流電路包括第一二極體01、第二二極體02、第三二極體03、第四二極體04、第五二極體05、第六二極體06，濾波電路包括第一電容和第二電阻組以，第二電阻組以包括兩個電阻，I？相分別與第一二極體01的正極和第二二極體02的負極連接，3相分別與第三二極體03的正極和第四二極體04的負極連接，I相分別與第五二極體05的正極和第六二極體06的負極連接，第一電容的第一端分別與第一二極體01的負極、第三二極體03的負極和第五二極體05的負極連接，第一電容的第二端分別與兩個電阻的第一端連接，兩個電阻的第二端連接後再與第二二極體02的正極、第四二極體04的正極和第六二極體06的正極連接。
[0008]進一步地，中間直流環節電路包括延時(限流)電阻…、開關X、短路電流傳感器丁1、第一濾波電容2、第一均壓電阻財、第二濾波電容、第二均壓電阻和平波電抗器(直流電抗器)匕延時(限流)電阻03的第一端分別與開關1(的第一端和第一電容的第一端連接，延時(限流)電阻…的第二端分別與開關1(的第二端和平波電抗器(直流電抗器I的第一端連接，平波電抗器(直流電抗器I的第二端與短路電流傳感器II的第一端連接，短路電流傳感器!'1的第二端分別與第一濾波電容2的第一端和第一均壓電阻財的第一端連接，第一濾波電容2的第二端分別與第一均壓電阻財的第二端和第二濾波電容的第一端和第二均壓電阻的第一端連接，第二濾波電容的第二端分別與第二均壓電阻的第二端和第六二極體06的正極連接。
[0009]進一步地，能耗制動電路包括制動電阻即和制動單元78，制動電阻即的第一端與短路電流傳感器II的第二端連接，制動電阻即的第二端與制動單元78的第一端連接，制動單元％的第二端與第二均壓電阻的第二端連接。
[0010]進一步地，逆變電路包括第一逆變管V1、第二逆變管V〗、第三逆變管V〗、第四逆變管乂4、第五逆變管乂5、第六逆變管乂6、吸收電路(緩衝電路％2、第一輸出電流傳感器丁2、第二輸出電流傳感器、第七二極體07、第八二極體08、第九二極體09、第十二極體010、第^^一二極體011和第十二二極體012，吸收電路(緩衝電路)(:2包括第一電容、第二電容和第三電容，第一電容的第一端分別與第二電容的第一端、第三電容的第一端、制動電阻尺8的第一端、第一逆變管VI的第一端、第三逆變管V〗的第一端、第五逆變管I的第一端、第七二極體07的負極、第九二極體09的負極和第十一二極體011的負極連接，第一逆變管VI的第二端分別與第七二極體07的正極、第二逆變管V〗的第一端、第八二極體08的負極和第一輸出電流傳感器72的第一端連接，第一輸出電流傳感器12的第二端連接II輸出端，第二逆變管％的第二端分別與第一電容的第二端、第二電容的第二端、第三電容的第二端、制動單元％的第二端、第八二極體08的正極、第十二極體010的正極、第十二二極體012的正極、第四逆變管料的第一端和第六逆變管訓的第一端連接，第四逆變管乂4的第二端和第十二極體的負極分別與第三逆變管％的第二端、第九二極體09的正極和V輸出端連接，第六逆變管％的第二端分別與第五逆變管乂5的第二端、第十一二極體011的正極、第十二二極體012的負極和第二輸出電流傳感器的第一端連接，第二輸出電流傳感器的第二端連接I輸出端。
[0011]本實用新型的有益效果在於:
[0012]本實用新型提供了一種低壓變頻器，變頻器主電路迴路為交-直-交變頻器結構，變頻器主電路包括整流電路、中間直流環節電路、能耗制動電路和逆變電路，整流電路為三相橋式不可控整流電路，逆變電路為1681三相逆變器電路，輸出為？麗波形，中間直流環節為濾波，直流儲能和緩衝無功功率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型一種低壓變頻器的電路圖。

【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖對本實用新型作進一步說明:
[0015]如圖1所示，本實用新型一種低壓變頻器，包括變頻器主電路迴路為交-直-交變頻器結構，變頻器主電路包括整流電路、中間直流環節電路、能耗制動電路和逆變電路，整流電路為三相橋式不可控整流電路，逆變電路為1681三相逆變器電路。
[0016]整流電路包括多個壓敏電阻[、整流電路和濾波電路，變頻器輸入端的I？相與3相之間、I？相與I相之間和3相與I相之間分別接有壓敏電阻，為防止電源輸入端瞬間出現過高的尖峰電壓，在輸入端的三相之間接入了壓敏電阻，組成了一個瞬間尖峰電壓吸收電路。整流電路將三相交流電源整流成直流電，實現交-直變換，整流電路包括第一二極體01、第二二極體02、第三二極體03、第四二極體04、第五二極體05、第六二極體06，濾波電路包括第一電容￠:1和第二電阻組以，消除了整流後在電源母線上產生的高次諧波電壓對整流管的損壞。第二電阻組以包括兩個電阻，I？相分別與第一二極體01的正極和第二二極體02的負極連接，8相分別與第三二極體03的正極和第四二極體04的負極連接，X相分別與第五二極體05的正極和第六二極體06的負極連接，第一電容的第一端分別與第一二極體01的負極、第三二極體03的負極和第五二極體05的負極連接，第一電容的第二端分別與兩個電阻的第一端連接，兩個電阻的第二端連接後再與第二二極體02的正極、第四二極體04的正極和第六二極體06的正極連接。
[0017]進一步地，中間直流環節電路包括延時(限流)電阻…、開關X、短路電流傳感器丁1、第一濾波電容2、第一均壓電阻財、第二濾波電容、第二均壓電阻和平波電抗器(直流電抗器)1^延時(限流)電阻03的第一端分別與開關X的第一端和第一電容的第一端連接，延時(限流)電阻…的第二端分別與開關1(的第二端和平波電抗器(直流電抗器I的第一端連接，當第一電容充電到一定程度時，令開關X接通，將延時(限流)電阻…短路掉。開關X用的是可控矽，大功率的是交流接觸器，3(?工作特點:當八、1(間有一正向電壓時，在門極和陰極間加一不大的正向電壓的為「 + 」上為「一」)時，3(?即導通。此時，即使取消門電壓，3(?仍保持導通，只有當八、1(間是反向電壓時，3(?才判斷。所以，只需要用一個脈衝信號，就可以控制其導通了。變頻器剛合上電源的瞬間，第一濾波電容2的充電電流特別大，可能使三相整流橋的二極體及電解電容損壞，延時(限流)電阻…的接入，是為了將電容器的充電電流限制在允許範圍內。平波電抗器(直流電抗器I的第二端與短路電流傳感器II的第一端連接，短路電流傳感器II的第二端分別與第一濾波電容2的第一端和第一均壓電阻財的第一端連接，第一濾波電容2的第二端分別與第一均壓電阻財的第二端和第二濾波電容的第一端和第二均壓電阻的第一端連接，第二濾波電容的第二端分別與第二均壓電阻的第二端和第六二極體06的正極連接。
[0018]其中，濾波電容的作用是濾平全波整流後的電壓紋波，當負載變化時，使直流電壓保持平穩。電解電容有較大的離散性，故兩個電容的電容量不完全相同，這將使它們承受的電壓不相等，為使其相等，故在電容旁各並聯一個阻值相等的均壓電阻。
[0019]平波電抗器(直流電抗器I的主要作用是抑制諧波電流，改善輸入側功率因素。因為脈動的直流輸出電壓中所包含的諧波分量在逆變時將產生不必要的損耗和發熱。諧波中的負序分量則產生反向力矩，而且當晶閘管深控時，若脈動的直流輸出電壓的瞬時值低於電動機的反電勢，則將使電流不連續。整流電路的脈波數總是有限的，在輸出的直流電壓中也總是有紋波的，而這種紋波往往是有害的，故需要由平波電抗器加以抑制。平波電抗器用於整流後的直流迴路中，經它之後輸出的直流接近於理想直流。平波電抗器[雖能使逆變環節運行更穩定，改善變頻器的功率因素，但主要是減小輸入電流的高次諧波成分，提高輸入電源的功率因數(可達0.95),並能限制短路電流。平波電抗器可與交流電抗同時使用，變頻器功率大於30鼎時才考慮配置平波電抗器。我們的低壓產品是從901(1開始配置平波電抗器，3.7X1-551(1的臥式變頻器平波電抗器的位置以短路片取代。
[0020]短路電流傳感器II在正母線上加一個電流傳感器以檢測變頻器的短路電流，作為電流監控信號取樣之用。
[0021]能耗制動電路包括制動電阻即和制動單元78，制動電阻即的第一端與短路電流傳感器II的第二端連接，制動電阻即的第二端與制動單元78的第一端連接，制動單元乂8的第二端與第二均壓電阻的第二端連接。
[0022]上述中乂8制動單元由及其驅動電路、電壓採樣比較電路構成，其功能相當於接通制動電阻的「開關」。當直流迴路的電壓仙超過設定值時38導通，能耗電路接通使直流迴路的電能通過制動電阻後以熱能方式釋放能量。
[0023]電動機在工作頻率下降過程中，將處於再生制動狀態，拖動系統的動能要反饋到直流電路中，使直流電壓仙不斷上升，甚至到危險的地步。因此，須將再生到直流電路的能量消耗掉，使V。保持在允許範圍內。88即是用於消耗直流電路中多餘的電能使V。保持平衡。它有兩個重要的參數，電阻阻值和功率容量。
[0024]有再生能量產生時的才需要配置這一部分，低壓產品裡油田專用抽油機、油田鑽機專用變頻器配有制動部分。
[0025]逆變電路包括第一逆變管V1、第二逆變管V〗、第三逆變管V〗、第四逆變管料、第五逆變管％、第六逆變管乂6、吸收電路(緩衝電路)02、第一輸出電流傳感器12、第二輸出電流傳感器、第七二極體07、第八二極體08、第九二極體09、第十二極體010、第十一二極體011和第十二二極體012，吸收電路(緩衝電路)02包括第一電容、第二電容和第三電容，第一電容的第一端分別與第二電容的第一端、第三電容的第一端、制動電阻即的第一端、第一逆變管VI的第一端、第三逆變管V〗的第一端、第五逆變管乂5的第一端、第七二極體07的負極、第九二極體09的負極和第十一二極體011的負極連接，第一逆變管VI的第二端分別與第七二極體07的正極、第二逆變管乂2的第一端、第八二極體08的負極和第一輸出電流傳感器12的第一端連接，第一輸出電流傳感器12的第二端連接I輸出端，第二逆變管乂2的第二端分別與第一電容的第二端、第二電容的第二端、第三電容的第二端、制動單元％的第二端、第八二極體08的正極、第十二極體010的正極、第十二二極體012的正極、第四逆變管料的第一端和第六逆變管76的第一端連接，第四逆變管74的第二端和第十二極體的負極分別與第三逆變管％的第二端、第九二極體09的正極和卩輸出端連接，第六逆變管乂6的第二端分別與第五逆變管％的第二端、第^^一二極體011的正極、第十二二極體012的負極和第二輸出電流傳感器的第一端連接，第二輸出電流傳感器的第二端連接I輸出端。
[0026]上述中，逆變管乂1；6組成的逆變橋，把經整流橋整流所得的直流電再「逆變」成頻率可調的交流電。這是變頻器實現變頻的具體執行環節，因而是變頻器的核心部分。常用的逆變管有等，本實用新型用的是1(^81。以下以1(^81代稱逆變管。
[0027]續流二極體02主要功能有兩個:①電動機的繞組是電感性的，其電流具有無功分量，續流二極體為無功電流返回直流電源時提供通道。為電動機的無功分量提供通道②當頻率下降、電動機處於再生制動狀態時，再生電流將通過續流二極體整流後返回給直流電路。為再生發電提供通道，使電容充電。③叩81進行逆變的基本工作過程是，同一橋臂的兩個逆變管處於不停地交替導通和截止狀態。在這交替導通和截止的換相過程中，也不時地需02提供通道。為上、下1部1'交替導通提供通道。
[0028]1681是103？價(108場效應電晶體)和以尺相結合的產物。其主體部分與電晶體相同，也有集電極和發射極2，但驅動部分和場效應管相同，是絕緣柵結構。
[0029]1681工作特點:控制部分和場效應電晶體相同，控制信號為電壓信號，輸入阻抗很高，柵極電流為0，幫驅動功率很小。主電路和相同，工作電流為集電極電流。
[0030]1(^81'擊穿電壓已做到17007，集電極最大飽和電流已超過15001其工作頻率要達20狃2，由1(^81作為變頻器的載波頻率一般都在10狃2以上，電機電流波形比較平滑，基本無電磁噪聲。
[0031]1(^81在關斷和導通的瞬間，其電壓和電流的變化率很大，有可能損害1(^81。因此1681旁應加吸收電路(緩衝電路)02，以緩解電壓和電流的變化率。
[0032]續流二極體的作用是當導通叩81管突然截止時，為不能突變的負載電流提供電流通路。
[0033]1681的吸收電路低壓用到的主要有如圖所示的兩種形式:
[0034]電容吸收電路，由一個無(低)感電容組成，適用於小功率設計，用作對瞬變電壓有效而低成本的控制。隨著功率級別的增大，這種緩衝電路可能會同母線寄生電感作減幅振蕩。此時採用如圖8所示的電路結構-1--吸收，使用快恢復二極體箝住瞬變電壓，從而抑制諧振的發生。吸收的優點是吸收好，緩衝讓叩81開關過程軟化，減少了開關損耗，缺點是電阻上的功耗大。
[0035]12輸出電流傳感器:在三相輸出的任兩相各加一個電流傳感器以檢測變頻器的輸出電流，作為電流監控信號取樣之用。
[0036]在特定情況下需要輸入電抗器和輸出電抗器。
[0037]輸入電抗器:串聯在電源進線與變頻器的輸入側⑶、3、丁)，用於抑制輸入電流的高次諧波。它能限制電網電壓突變和操作過電壓引起的浪湧電壓對變頻器的衝擊，有效保護變頻器整流單元，並能改善三相電源的不平衡性，提高輸入電源的功率因數(0.75?0.85)。即輸入電抗器既能阻止來自電網的幹擾，又能減少由整流單元產生的諧波電流對電網的汙染。
[0038]輸出電抗器:串聯在變頻器的輸出側⑴、V、1)與電動機之間，主要作用是補償長線分布電容的影響，並能抑制變頻器輸出的諧波，起到減少變頻器噪聲的作用。同時也有助於減少變頻器的過電流和過電壓故障，提高系統可靠性。變頻器與電動機間電纜較長時，為避免電動機絕緣過早老化和電動機、變頻器損壞，可選用輸出電抗器來減少電動機端子上的如/也值和減小負荷電流的峰值。一般變頻器、電動機間距離在50米以上時配置輸出電抗器。
[0039]上面的實施例僅僅是對本實用新型的優選實施方式進行描述，並非對本實用新型的範圍進行限定，在不脫離本實用新型設計精神前提下，本領域普通工程技術人員對本實用新型技術方案做出的各種變形和改進，均應落入本實用新型的權利要求書確定的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種低壓變頻器，其特徵在於:包括變頻器主電路迴路為交-直-交變頻器結構，變頻器主電路包括整流電路、中間直流環節電路、能耗制動電路和逆變電路，整流電路為三相橋式不可控整流電路，逆變電路為IGBT三相逆變器電路。
2.根據權利要求1的一種低壓變頻器，其特徵在於:整流電路包括多個壓敏電阻R1、整流電路和濾波電路，變頻器輸入端的R相與S相之間、R相與T相之間和S相與T相之間分別接有壓敏電阻，整流電路包括第一二極體D1、第二二極體D2、第三二極體D3、第四二極體D4、第五二極體D5、第六二極體D6，濾波電路包括第一電容Cl和第二電阻組R2，第二電阻組R2包括兩個電阻，R相分別與第一二極體Dl的正極和第二二極體D2的負極連接，S相分別與第三二極體D3的正極和第四二極體D4的負極連接，T相分別與第五二極體D5的正極和第六二極體D6的負極連接，第一電容Cl的第一端分別與第一二極體Dl的負極、第三二極體D3的負極和第五二極體D5的負極連接，第一電容Cl的第二端分別與兩個電阻的第一端連接，兩個電阻的第二端連接後再與第二二極體D2的正極、第四二極體D4的正極和第六二極體D6的正極連接。
3.根據權利要求2的一種低壓變頻器，其特徵在於:中間直流環節電路包括延時(限流)電阻R3、開關K、短路電流傳感器Tl、第一濾波電容E、第一均壓電阻R4、第二濾波電容、第二均壓電阻和平波電抗器(直流電抗器)L，延時(限流)電阻R3的第一端分別與開關K的第一端和第一電容的第一端連接，延時(限流)電阻R3的第二端分別與開關K的第二端和平波電抗器(直流電抗器)L的第一端連接，平波電抗器(直流電抗器)L的第二端與短路電流傳感器Tl的第一端連接，短路電流傳感器Tl的第二端分別與第一濾波電容E的第一端和第一均壓電阻R4的第一端連接，第一濾波電容E的第二端分別與第一均壓電阻R4的第二端和第二濾波電容的第一端和第二均壓電阻的第一端連接，第二濾波電容的第二端分別與第二均壓電阻的第二端和第六二極體D6的正極連接。
4.根據權利要求3的一種低壓變頻器，其特徵在於:能耗制動電路包括制動電阻RB和制動單元VB，制動電阻RB的第一端與短路電流傳感器Tl的第二端連接，制動電阻RB的第二端與制動單元VB的第一端連接，制動單元VB的第二端與第二均壓電阻的第二端連接。
5.根據權利要求4的一種低壓變頻器，其特徵在於:逆變電路包括第一逆變管V1、第二逆變管V2、第三逆變管V3、第四逆變管V4、第五逆變管V5、第六逆變管V6、吸收電路(緩衝電路)C2、第一輸出電流傳感器T2、第二輸出電流傳感器、第七二極體D7、第八二極體D8、第九二極體D9、第十二極體D10、第i^一二極體Dll和第十二二極體D12，吸收電路(緩衝電路)C2包括第一電容、第二電容和第三電容,第一電容的第一端分別與第二電容的第一端、第三電容的第一端、制動電阻RB的第一端、第一逆變管Vl的第一端、第三逆變管V3的第一端、第五逆變管V5的第一端、第七二極體D7的負極、第九二極體D9的負極和第十一二極體Dll的負極連接，第一逆變管Vl的第二端分別與第七二極體D7的正極、第二逆變管V2的第一端、第八二極體D8的負極和第一輸出電流傳感器T2的第一端連接,第一輸出電流傳感器T2的第二端連接U輸出端，第二逆變管V2的第二端分別與第一電容的第二端、第二電容的第二端、第三電容的第二端、制動單元VB的第二端、第八二極體D8的正極、第十二極體DlO的正極、第十二二極體D12的正極、第四逆變管V4的第一端和第六逆變管V6的第一端連接，第四逆變管V4的第二端和第十二極體的負極分別與第三逆變管V3的第二端、第九二極體D9的正極和V輸出端連接，第六逆變管V6的第二端分別與第五逆變管V5的第二端、第十一二極體DlI的正極、第十二二極體D12的負極和第二輸出電流傳感器的第一端連接，第二輸出電流傳感器的第二端連接W輸出端。
【文檔編號】H02M5/458GK204119051SQ201420405686
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年7月22日 優先權日:2014年7月22日
【發明者】王永利, 張立 申請人:北京首聚能源科技發展有限公司