雙功率變頻器的製作方法

2023-10-27 06:11:12

專利名稱：雙功率變頻器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種雙功率變頻器(IH)，具體地說是應用於工業自動 化控制和家用電器等行業，具有雙功率等級，以適應恆轉矩和變轉矩兩種負 載條件。
背景技術：
變頻器，又可以稱為交流變頻調速器是應用矢量控制原理，採用模塊化 結構，集合數位技術，計算機技術和現在自動化控制技術於一體的智能型交 流電動機調速裝置。變頻器是把直流整流成交流的靜止裝置，但通常包含把 交流逆變成直流，用於鼠籠式電機的速度控制，電機的轉速與頻率成正比。變頻器可以進行調頻調壓的交流電源，可以一臺變頻器同時驅動多臺電 動機，從而節省設備的投資，變頻器通過交流一直流一交流的電源後，驅動 異步電機的，所以利用變頻器，驅動電動機的功率因素較高，而不受電動機 功率因素的影響。利用變頻器，對交流電動機進行調速控制的交流拖動系統，易實現對電 動機的調速控制，可以實現大範圍內的高小連續的調速控制，容易實現電動 機的正反轉切換，可以連續高頻率的起停運行，可以適應各種環境下工作， 可以一臺變頻器對多臺電動機控制，電源功率因素高，可以組成高性能的控 制系統。在已有技術中，變頻器的控制電路一般由整流電路、中間直流環節電路、 逆變電路和控制電路4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆 變部分為電源逆變器三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環節為 濾波、直流儲能和緩衝無功功率。該種結構的控制電路雖簡單，但功率較低。從變頻器結構上看，線路板上部件多數採用電纜線焊接，隨著工作時間 的推移，焊接點容易產生不良。變頻器殼體小容量、體積大，部件採用螺絲 連接，拆裝不方便。線路控制板與電源板距離過近，容易造成幹擾，影響產 品正常運行。發明內容本實用新型的目的在於克服上述不足之處，從而提供一種雙功率變頻器， 具有雙功率等級，適用於供熱通風與空調工程應用，帶空間矢量控制，以適應恆轉矩和變轉矩兩種負載條件；用戶可通過適用於不同負載條件的雙功率 等級來選擇最合適的變頻器，這樣可避免使用功率過大的變頻器。並具有轉 矩大，精度高，噪聲低，功能齊全，運行可靠，操作簡單，維修方便，節約 能源等特點。本實用新型的主要解決方案是這樣實現的本實用新型主要採用在底座內設置控制線路板、電源板，控制電路設在 控制線路板和電源板上，特徵是電源輸入電路輸出端連接整流電路輸入端，所述的電源輸入電路輸入電源通過整流電路輸出到濾波電路；整流電路輸出端分別連接充電電阻及接觸器輸入端，所述的充電電阻是用來限制衝擊電流，防止二極體模塊損壞；所述的接觸器是把充電電阻短路，使變頻器內部電路的電阻減小，減少用電損耗；充電電阻輸出端連接濾波電路輸入端，所述的濾波電路是從電源輸入電 路輸入電流，使用電解電容器濾波，使電流轉換成直流電；濾波電路輸出端分別與逆變電路及開關電源電路輸入端連接，所述的逆 變電路把直流電轉變成交流電源，逆變器的信號由微處理器控制；逆變電路輸出端連接電源輸出電路輸入端，所述的電源輸出電路是從逆 變電路輸出電流到電源輸出電路，電源輸出電路電流輸出電流到電動機；開關電源電路輸出端連接微處理器輸入端，從濾波電路獲得電源，輸出 電源信號至微處理器；微處理器輸出端分別與逆變電路及顯示和控制輸入面板連接，微處理器 輸入端分別與開關電源電路、電流傳感器、顯示和控制輸入面板連接，從電 流傳感器獲得電流信號，從面板獲得指令信號，用來運算和處理信號；所述的顯示和輸入面板電路是顯示變頻器的狀態和控制變頻器，面板從 微處理器輸入信號，再輸出信號到微處理器。電源輸出電路連接電流傳感器，所述的電流傳感器從電源輸出電路檢測 電流大小，進行信號轉換，再反饋到微處理器。本實用新型與已有技術相比具有以下優點1、適用於供熱通風與空調工程應用，帶空間矢量控制；具有雙功率等級， 以適應恆轉矩和變轉矩兩種負載條件；用戶可通過適用於不同負載條件的雙 功率等級來選擇最合適的變頻器，這樣可避免使用功率過大的變頻器。2、採 用空間矢量脈寬調製技術，該技術具有出色的控制特性，其總諧波失真低，電流脈動小，轉矩脈動小，電機升溫低，並且電壓的利用率更高。3、內置比 例積分控制，在控制過程中，內置比例積分控制具有很重要的作用，內置比 例積分控制器通過閉式迴路中的反饋值與參考值之間的比例和積分對流量、 溫度、壓力等進行控制。4、設有方便的各種通訊接口 ，可使用RS485、 ModBus RTU、 DeviceNet、 Profibus以及F-net通訊接口運行。5、可為用戶提供監控 和控制的便利，Driveview2.0提供有圖形監視器、面板模擬器、參數編輯器 以及文本編輯器，可幫助用戶對變頻器進行監控和控制。6、易於使用的線性 編程，具有簡單的分組編程流程。它通過一個32字符的兩行液晶顯示面板實 現快速和簡易的參數變更以及監控。7、總轉速範圍內的高轉矩,適用於重型 行業中，在低轉速下具有150%的轉矩，因此，其轉矩性能在重型應用中得 以證明，使用點動控制方式，可以採用速度跟蹤運行狀態。

圖l、圖2、圖3為本實用新型結構示意圖。圖4為本實用新型電路方框原理圖。圖5為本實用新型開關電源電路元器件連接原理圖。
具體實施方式
下面本實用新型將結合附圖中的實施例作進一步描述如圖l、圖2、圖3所示底座4採用冷軋鋼板加工成型後，表面噴塗， 有比較強的硬度，適用於重型行業。在底座4上分別設置電源逆變器1、散 熱器、整流二極體2、繼電器3、保險絲5、 4個電容6。電源逆變器l與散 熱器(鋁製插片式散熱器)底面使用導熱矽脂緊密結合，電源逆變器l熱傳導 至散熱片上分別散熱。整流二極體2主要用於交-直整流。保險絲5能避免電 源逆變器模塊損壞，強大保護功能，有過壓、欠壓、過流、變頻器過載、過熱、 電機過熱等。電容6主要作濾波，4個電容布置在散熱片一側，發熱量大，產 生的熱量通過冷卻風扇對流風道，進行強制冷冷卻，底座側面開散熱窗進行 自然風冷,使產品內部保持工作溫度。電源板接線端子7可供客戶輸入和輸出 線連接以及接地端子獨立連接，電源R，S，T端子以及電機連接UVW端子。 Pl， P2， N連接支流電抗器與制動單元。冷卻風扇8通過冷卻風扇轉動使熱量 傳輸出產品以外，空氣對流風道，進行吹散強制冷卻。微處理器9進行反饋
信號處理。在底座4內設置控制線路板10及電源板，控制線路板10上主要 設有微處理器等控制迴路部件，屬於弱電部件。控制線路板lO和電源板ll 採用兩板獨立設計，並使用隔板12分離開。這樣不僅電氣上完全隔離，而且 使用中間鋼板進行隔離，增加了穩定和安全運行性能耐。在控制線路板10 上設有微處理器及顯示和輸入面板電路；在電源板11上設有整流電路、充電 電阻、濾波電路、逆變電路、電源輸出、接觸器、開關電源電路、電流傳感 器等。上述電路通過導線連接為控制電路。本實用新型結構部件全部採用冷軋鋼板加工成型後，表面噴塗處理。內部 全部採用2. 0銅板連接導電，有充足的電流運行。如圖4所示為本實用新型控制電路電源輸入電路主要是電源輸入端子，壓敏電阻組成。輸入220V/380V交 流電源，其中含有壓敏電阻，用來保護變頻器的內部電路，防止衝擊電壓損 壞變頻器。1、電源輸入電路輸出端連接整流電路的輸入端，整流電路主要是 二極體組成，交流電經過二極體以後，變成直流電，再經過電解電容濾波以 後，變成恆定的直流電。2、整流電路的輸出端分別連接充電電阻及接觸器的 輸入端，所述的充電電阻在變頻器啟動時，充電電阻是用來限制衝擊電流， 防止二極體模塊損壞；所述的接觸器在變頻器正常運行以後，接觸器接通， 把充電電阻短路，使變頻器內部電路的電阻減小，減少用電損耗；3、充電電 阻的輸出端連接濾波電路，所述的濾波電路主要是電解電容組成，從電源輸 入電路輸入電流，使用電解電容器濾波，使電流接近直流電。4、濾波電路的 輸出端連接到逆變電路的輸入端逆變電路主要是電源逆變器和穩壓電路組 成；逆變電路的輸入是從濾波電路而來；逆變電路的主要作用是把直流電轉 變成交流電源，逆變器的信號由微處理器控制。5、逆變電路的輸出端連接到 電源輸出電路的輸入端電源輸出電路主要是電源輸出端子組成；電源輸出 電路是從逆變電路輸出電流到電源輸出電路，電源輸出電路電流輸出電流到 電動機。輸出信號到逆變電路。6、濾波電路有電壓連接開關電源電路的輸入 端所述的開關電源電路從濾波電路後獲得電源；作用是為微處理器提供合 適的電源。其輸出信號是5伏電源信號好微處理器。7、微處理器的輸出信號 是逆變電路及顯示和控制輸入面板，輸入電路是開關電源，提供所需的電源: 從電流傳感器獲得電流信號，從面板獲得指令信號，用來運算和處理信號。8、 電源輸出電路連接電流傳感器的輸出電路電流傳感器從電源輸出電路檢測 電流大小，進行信號轉換，再反饋到微處理器。9、顯示和控制輸入面板控 制輸入面板主要是顯示變頻器的狀態和控制變頻器。面板從微處理器輸入信 號，再輸出信號到微處理器，。如圖5所示本實用新型開關電源電路(模塊)元器件連接關係如下1、 從濾波電路輸入電源DCPF和零電位DCNF,電容C18並聯在輸入電源—兩側;2、 電容C42與電阻R51並聯以後與二極體D14的輸出端串聯接到變壓器 Tl上的原邊；3、 二極體D14的輸入端連接場效應管Q10的漏極，場效應管Q10的柵極 經過電容C30和電阻R43連接到變壓器Tl上的線圈一端，場效應管的源極接 到變壓器的另一側；4、 穩壓二極體ZD6和電阻R36並聯以後連接到場效應管Q10的柵極和源 極兩端；5、 變壓器T1的原邊連接R41，電阻R41的另一端連接場效應管QIO的 柵極和三極體Q12的集電極，三極體Q12的發射極直接連接到零點為DCNF。 零電位DCNF連接到電阻R28和R37，這兩個電阻的另一側連接到變壓器Ql。6、 三極體Q12的基極通過電容C31與變壓器Tl連接。穩壓二極體ZD4， 電阻R38和二極體D9A串聯，電阻R42和二極體D9B串聯；這兩個電路並聯 連接電阻R44後接到光電耦合器PC6的輸出端，另外一側分別與三極體Q12 的基極和變壓器T1連接；7、 變壓器Tl的二次測經過二極體D20和電感Ll輸出+5伏的直流電壓 信號；電容C61，電容C51，電容C49並聯後連接在+5V和零電位G上；8、 變壓器T1的二次測經過二極體D18輸出+15伏的直流電壓信號；電 容C59，電容C70，電容C69並聯後連接在+15V和零電位G上；變壓器Tl的 二次測經過二極體D19輸出-5伏的直流電壓信號；電容C60，電容C67，電 容C66並聯後連接在+5V和零電位G上；9、 變壓器T1的二次側經過二極體D17整流，通過濾波器FIL2輸出+24 伏信號，電容C58和電容C48並聯在兩側，電容C57並聯在濾波器FIL2之後；10、 變壓器Tl的輸出側經過二極體D12和二極體Dll輸出信號到放大器 Ul輸出信號PP15和信號NN15;11、 電容C25，電容C26並聯到PP15和零電位DCNF之間，電容C24,電
容C27並聯到NN15和零電位DCNF之間；12、 變壓器T1輸出側輸出信號引出兩根線，其中一根連接電容C61後並 聯到電阻R55和電阻R57的兩端；13、 電阻R56 —端與變壓器Tl的輸出信號引腳6連接， 一端連接光電耦 合器PC6的輸入引腳1;14、 電阻R55和電阻R57中間引出信號連接到齊納二極體ZD7，通過電 容C44與光電耦合器PC6連接；15、 齊納二極體ZD7的一端與光電耦合器PC6連接，另一端與電阻R57 相連。電路原理分析1、 電容C18是大容量的電解電容，主要作用是濾波。電阻R51，電容C42， 二極體D14組成緩衝吸收電路，用以吸收場效應管Q10在關斷過程中由於變 壓器漏感引起的電壓尖峰脈衝。2、 當輸入端DCPF加上直流電壓時，電流經過電阻R41和電阻R36流向 負極，場效應管Q10是N溝道功率場效應電晶體，場效應管Q10柵極1和源 極3之間的電壓即為電阻R36兩端的電壓，根據米勒效應，要使場效應管Q10 導通，需要超過20n電容電量，這時場效應管Q10處在關斷狀態。3、 經過電阻R41的一部分電流向儲能元件電容C30充電，電容C30的容 量和二次線圈(變壓器Tl的11, 12端)的匝數決定儲存電量的多少。當充電 結束時，場效應管Q10導通，即一次線圈(變壓器T1的13， 14端子)通電。 場效應管Q10柵極1和源極3之間直流電壓連續供給通過電阻R42和電容C30 來完成。4、 穩壓二極體ZD9A的作用可以有助於釋放電容C23的電量，並且可以 鉗住場效應管Q10柵極1和源極3之間的電壓，使電壓不超過20V。5、 與此同時，二次線圈(變壓器T1的11， 12端)輸出的電壓通過二極 管D9A，穩壓二極體ZD4,電阻R38向電容C31充電，當電容C31兩端的電壓超 過0.7V時，三極體Q12導通，電容C30急劇放電，使場效應管Q10被關斷， 出現反相電壓，導致光耦和電容C31通過電阻R42， 二極體D9B，電阻R44出 現放電電流。6、 當電容C31電壓兩端的電壓低於0.7V時，場效應管Q10截止，電流 向儲能元件電容C30重新充電。所以二次線圈(變壓器Tl的ll， 12端)的
電壓、穩壓二極體ZD4、電阻R38、電容C31和光耦電流的大小決定場效應管 Q10通斷的佔空比。7、 二次線圈(變壓器Tl的6、 7端)提供15V直流電壓，二極體D20 和電容C26，電感L1，電容C51,電容C49起到整流濾波的作用。8、 二次雙抽頭線圈(變壓器T1的3、 5端)提供+15V和-15V直流電壓， 中心抽頭變壓器Tl的4端為共用負極，電流從抽頭3經過二極體D18整流和 電容C59，電容C70的濾波之後，輸出穩定的+15V電壓，二極體D19是-15V 的整流二極體，再經過電容C60，電容C67的濾波之後，使-15V穩定輸出。9、 二次線圈(變壓器T1的1、 2端)經過二極體D17和電容C58整流和 濾波後，再經過電容C48，濾波器FIL2，電容C57組成的低通濾波電路，輸 出24V直流電壓。10、 二次雙抽頭線圈(變壓器T1的8、 9， 10端)經過D12和電容C24 整流和濾波後，通過三端穩壓器U1，電容C26濾波後，輸出正15V，因為9， IO為異名端，同理，二極體D11和電容C24整流和濾波後，通過三端穩壓器 U2，電容C27濾波後，輸出負15V電壓。11、 電阻R56與電阻R55,電阻R57光電耦合器P電容C6組成反饋迴路， ZD7並聯穩壓器內部包含2.5V帶隙基準電壓、運算放大器和驅動器，作次級 基準誤差放大器用。電阻R56限流電阻(控制在幾十毫安以下)，電容C44隻是 起到穩壓作用，電阻R55和電阻R57決定了參考電壓為2. 5V。當輸出電壓發 生波動時，通過ZD7等器件組成的反饋電路，改變流過光耦的發光二極體的 電流，從而改變流入場效應管Q10的柵極1的電流，調整場效應管Q10的輸 出佔空比，使輸出電壓重新穩定。
權利要求1、一種雙功率變頻器，採用在底座內設置控制線路板、電源板，控制電路設在控制線路板和電源板上，控制電路包括逆變電路、整流電路，其特徵是電源輸入電路輸出端連接整流電路輸入端，所述的電源輸入電路輸入電源通過整流電路輸出到濾波電路；整流電路輸出端連接充電電阻及接觸器的輸入端，所述的充電電阻是用來限制衝擊電流，防止二極體模塊損壞；所述的接觸器是把充電電阻短路，使變頻器內部電路的電阻減小，減少用電損耗；充電電阻連接濾波電路，所述的濾波電路是從電源輸入電路輸入電流，使用電解電容器濾波，使電流轉換成直流電；濾波電路輸出端與逆變電路，開關電源電路連接，所述的逆變電路把直流電轉變成交流電源，逆變器的信號由微處理器控制；逆變電路輸出端連接電源輸出電路的輸入端，所述的電源輸出電路是從逆變電路輸出電流到電源輸出電路，電源輸出電路電流輸出電流到電動機；開關電源電路連接微處理器，從濾波電路獲得電源，輸出電源信號至微處理器；微處理器輸出端與逆變電路，顯示和控制輸入面板連接。微處理器的輸入端是電流傳感器，控制面板和開關電源。微處理器用來運算和處理信號；所述的顯示和輸入面板是顯示變頻器的狀態和控制變頻器，面板從微處理器輸入信號，再輸出信號到微處理器。電源輸出電路連接電流傳感器，所述的電流傳感器從電源輸出電路檢測電流大小，進行信號轉換，再反饋到微處理器。
2、 根據權利要求1所述的雙功率變頻器，其特徵在於所述的控制線路板 和電源板(11)中間設有隔板(12)。
3、 根據權利要求1所述的雙功率變頻器，其特徵在於所述的開關電源電路元器件連接關係如下(1) 、從濾波電路輸入電源，電容(C18)並聯在輸入電源兩側；(2) 、電容(C42)與電阻(R51)並聯後與二極體(D14)的輸出端串聯 接到變壓器(Tl)上；(3) 、 二極體(D14)的輸入端連接場效應管(Q10)的漏極，場效應管 (Q10)的柵極經過電容(C30)和電阻(R43)連接到變壓器(Tl)上的線圈一端，場效應管的源極接到變壓器的另一側；(4) 、穩壓二極體(ZD6)和電阻(R36)並聯後連接到場效應管(Q10) 的柵極和源極兩端；(5) 、變壓器(T1)連接(R41)，電阻(R41)的另一端連接場效應管(Q10) 的柵極和三極體(Q12)的集電極，三極體(Q12)的發射極直接連接到零點(DCNF);零電位(DCNF)連接到電阻(R28和R37)，兩個電阻的另一側連接 變壓器(Ql);(6) 、三極體(Q12)的基極通過電容(C31)與變壓器(Tl)連接，穩 壓二極體(ZD4)，電阻(R38)和二極體(D9A)串聯，電阻(R42)和二極體(D9B)串聯；兩個電路並聯連接電阻(R44)後接到光電耦合器(PC6)的輸 出端，另外一側分別與三極體(Q12)的基極和變壓器(Tl)連接；(7) 、變壓器(Tl)的二次測經過二極體(D20)和電感(Ll)輸出直流 電壓信號；電容(C61)，電容(C51)，電容(C49)並聯後連接在零電位(G) 上；(8) 、變壓器(Tl)的二次測經過二極體(D18)輸出直流電壓信號；電 容(C59)，電容(C70)，電容(C69)並聯後連接在零電位(G)上；變壓器(T1)的二次測經過二極體(D19)輸出直流電壓信號；電容(C60)，電容(C67)， 電容(C66)並聯後連接在零電位(G)上；(9) 、變壓器(Tl)的二次側經過二極體(D17)整流，通過濾波器(FIL2) 輸出信號，電容(C58)和電容(C48)並聯在兩側，電容(C57)並聯在濾波 器(FIL2)之後；(10) 、變壓器(Tl)的輸出側經過二極體(D12)和二極體(D11)輸出 信號到放大器(Ul)輸出信號(PP15)和信號(麗15);(11) 、電容(C25),電容(C26)並聯到(PP15)和零電位(DCNF)之 間，電容(C24)，電容(C27)並聯到(,15)和零電位(DCNF)之間；(12) 、變壓器(T1)輸出側輸出信號引出兩根線，其中一根連接電容(C61) 並聯到電阻(R55)和電阻(R57)的兩端；(13) 、電阻(R56) —端與變壓器(Tl)的輸出信號引腳(6)連接，另 一端連接光電耦合器(PC6)的輸入引腳(1);(14) 、電阻(R55)和電阻(R57)中間引出信號連接到齊納二極體(ZD7)， 通過電容(C44)與光電耦合器(PC6)連接；(15) 、齊納二極體(ZD7)的一端與光電耦合器(PC6)連接，另一端與 電阻(R57)相連。
專利摘要本實用新型涉及一種雙功率變頻器(IH)，特徵是其控制電路主要採用電源輸入電路輸入端連接整流電路，整流電路分別連接充電電阻及接觸器，充電電阻連接濾波電路，濾波電路分別與逆變電路及開關電源電路連接，逆變電路連接電源輸出電路，開關電源電路連接微處理器，微處理器分別與逆變電路及顯示和控制輸入面板連接，電源輸出電路連接電流傳感器。本實用新型能適用於供熱通風與空調工程應用，帶空間矢量控制，以適應恆轉矩和變轉矩兩種負載條件；用戶可通過適用於不同負載條件的雙功率等級來選擇最合適的變頻器，這樣可避免使用功率過大的變頻器。並具有轉矩大，精度高，噪聲低，功能齊全，運行可靠，操作簡單，維修方便，節約能源等特點。
文檔編號H02M5/44GK201044423SQ200720036868
公開日2008年4月2日 申請日期2007年5月9日 優先權日2007年5月9日
發明者朱雲亮, 李星坤 申請人:樂星產電(無錫)有限公司