高压电机常识

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变频电机变频器的作业原理

  

  
  
变频电机变频器的作业原理
变频(frequency conversion)器又称为变流器(Inverter),它是将电压值固定的直流电,变换为频率及电压有效值可变的设备,在工业上被广泛运用,如不断电系统、感应电动机与沟通伺服电动机的调速驱动等。
二.基本原理
变频器之功能为将直流输入电压变换为所需之巨细与频率之沟通输出电压。若其直流输入电压为定值,则称为电压源型变频器(Voltage Source Inverter, VSI);若直流输入电流坚持定值,则称为电流源型变频器(Current Source Inverter, CSI)。变频器它的输出电力操控办法有PAM方法与PWM方法两种。
PAM(Pulse Amplitude Modulation),由电源电压改换振幅而进行操控输出功率的方法,所以在变频器(Variable-frequency Drive)部位,只要操控频率(frequency),变流器操控输出电压。在闸(zhá)流体变频器场合,因转流时刻为100~数百μs,闸流体高频切换很难,其次是因为PWM操控艰难,在该变频器部位的操控频率选用PAM方法,如图 1.1所示依PAM电压调整时之输出电压波形,电压高和电压低的景象。
脉波宽度调变(Pulse-width Modulation, PWM),在输出波形中作成多次之切开,经由改动电压脉波宽度而达到输出电压之改动,如图1.2所示。依PWM变频器(Variable-frequency Drive)的电压调整原理,图(A)为三角载波与正弦波型的信号波。图(B)和图(C)为所对应之波宽调变波形及输出信号波之振幅。振幅一样、脉波宽度不一样、可获得调整改动之正弦波的输出波形。
图1.3为三相变频(frequency conversion)器主电路之基本构造,其中前级由三相全波整流器构成,三相交流电源由L1 L2 L3输入,其直流输出电压通过电感L及电容C之滤波后,可获得几近无涟波之直流电压VDC。高压电机指额定电压在1000V以上的电动机。常使用的是6000V和10000V电压,由于国外的电网不同,也有3300V和6600V的电压等级。高压电机优点是功率大,承受冲击能力强;缺点是惯性大,启动和制动都困难变频器以后级由六个电力电子组件构成,其输出端为U V W,此六个组件的导通与封闭时刻可运用正弦式脉波宽度调变(Sinusoidal Pulse-width Modulation, SPWM)技术加以操控,SPWM是由一正弦波参阅信号与较高频三角形载波相对比而发作,同图1.2所示,参阅信号之频率决议变频器输出电压频率,而参阅信号之峰值则操控了输出电压之有效值。而每半周期之脉波数目P则依据载波频率而定。SPWM方法可消除输出电压中所有低于或等于2P-1阶之谐波。
在理想的情况下,图1.3同相输出之上下开关,其 PWM波形应是互补的,也即是上开则下关,上关则下开。但因为功率(指物体在单位时间内所做的功的多少)组件的截止(turn-off)时刻,一般大于导通(turn-on)时刻,因而必须于上下开关的PWM 信号之间参加一段推迟时刻,以避免短路的情况发作。此推迟时刻的设定首要依据的功率组件的截止时刻而定,一般设为截止时刻的2~3倍。
三.模块说明
A.直流电源供给器及设定单元请参阅本企业电力电子实习手册。
B.沟通马达宽调变信号操控器EM5201-3C如图1.4所示。
首要功能在发作六组PWM操控信号:说明如下
电源供给±15V/0.5A,输入之操控信号±10V。
1.推迟操控器:当操控信号输入后先通过推迟操控器,在电机之机械负载惯性较大时,必须将推迟时刻调至较慢处,避免因操控信号变动太快,而损坏驱动器或机械构造。高压电机指额定电压在1000V以上的电动机。常使用的是6000V和10000V电压,由于国外的电网不同,也有3300V和6600V的电压等级。高压电机优点是功率大,承受冲击能力强;缺点是惯性大,启动和制动都困难
2.指令弦波发作器:推迟操控器只将输入信号推迟并不改动其电压值,操控信号经推迟后别离送到指令弦波发作器及BOOST调整操控器,指令弦波发作器依输入之指令信号,发作二个相位差为120度之正弦波;当输入指令信号为10V时,正弦波信号为±10VP/60HZ,当输入指令信号为-10V时,正弦波信号照旧为±10VP/60HZ,但两组正弦波信号相序相反。
3.BOOST调整操控:正弦波宽调变SPWM最简单之操控方法为VVVF,及亦即输出电压及频率(frequency)成线性关系改动,但此方法当低频时须作适当之电压进步,以使电机在低频操作下有较好之特性。所以在较高频率下BOOST调整操控器不动作,坚持原先输入之指令电压,当指令电压约低于4V时便参加BOOST调整操控以进步指令电压。
4.乘法器: 指令弦波发作器,发作之操控信号为随输入之指令电压而改动频率(frequency)之正弦波信号,其振幅固定为±10V。
亦只要V/F变换,故而将指令电压及指令弦波发作器送入乘法器,当低指令电压乘以低频正弦波时,输出就是振幅小且频率低之指令信号,反之当高指令电压乘以较高频正弦波时,输出就是振幅大且频率高之指令信号,故而达到电压及频率线性改动之意图。
5.加法器:因乘法器报价(quotation)昂贵,且三相平衡时三组信号相加为零,在实用上只需发作两组VVVF操控信号R*及S*,第三组操控信号只需将R*及S*信号相加再反向便可。
6.三角波载波发作器: 可挑选不一样频率(frequency)之三角波,5KH
  Z、10KH
  Z、20KHZ,以了解载波频率不一样时,对系统之影响。
7.PWM信号发作器: 由三组对比器所构成,将三组VVVF指令操控信号R* S*及T*,与三角波载波发作器对比,发作三组PWM操控信号,因驱动器之开关组件(IGBT)导通及截止都有时刻推迟,易形成上下臂IGBT一起导通而短路(电流不经用电器、直接连电源两极),需经DEAD-TIME 操控,发作六组PWM操控信号。
C.沟通马达驱动器EM5201-3C
将沟通电源转成直流,再将直流转成电压/频率可变之沟通电源,驱动电机。


1。
三相整流及滤波电路:将输入单相或三相之沟通电转变成直流电,直流输出300V/5AMAX。
2。
电流(Electron flow)限制器: 当直流输出电流过大,封闭IGBT避免损坏。
3。
光耦合电路:将操控电路之低电压信号,运用光耦合方法与高电压之信号分隔。
4。
驱动电路(DC):将操控信号放大以驱动IGBT。
5.输出单元: 驱动组件IGBT,50A/800V。
6.输出电流检测器:由霍尔效应组件构成,供给两组输出电流信号,当电流输出为1A时,霍尔组件输出电压为0.4V。
一.推迟操控器
如图2.1所示,当操控信号由I/P端输入后,经OP U1A及U1B所构成之推迟电路作时刻之推迟,当可变电阻R10越大时推迟之时刻越久,因为操控之所需,此推迟后之操控信号再经OP U1C及U1D,所构成之整流电路加以处理,因而不管输入之操控信号为正电压或是负电压,推迟操控器之输出信号VC巨细与输入信号一样,但永远为正值,而正负电压之判断由对比器U5决议,当输入电压为正时,转向输出信号DIR为正+5V,当输入电压为负时,DIR为0V,操控器运用DIR之信号决议马达正转或反转。
二.指令弦波发作器
指令弦波发作器是本操控器之心脏,如图2.2所示,推迟操控器之输出信VC,送入由U3(LM331)所构成之V/F变换电路,因而U3输出信号FO为频率随VC改动之脉波。
转向信号DIR与频率信号FO经U10ABC处理,送入由U11 U12 U13 (74193)构成之计数器,当DIR信号为高电位时,U11之CU输入端有脉波信号输入、计数器上数,当DIR信号为低电位时U11之CD输入端有脉波信号输入、计数器下数。
计数器之输出信号送入内建值正弦波之EPROM中(U14 SIN0,U15 SIN120),每一个地址(address)对应一个输出,再经数字转模仿IC (DAC0800),及信号处理(OP07),便可输出正弦波信号,当FO之频率越高对应输出之信号改动越快,输出正弦波频率越高,因EPROM U14及U15内建正弦波值相差120,因而输出信号SIN0及SIN120为频率一样之二个相位差为120度之正弦波;当转速信号DIR高电位,计数器上数时,输出信号SIN0抢先SIN120 120度,反之当转速信号DIR为低电位,计数器下数,输出信号SIN0落后SIN120 120度,即两组正弦波信号相序相反。而U3之V/F变换电路,决议正弦波信号之频率,当输入信号VC为10V时,应调整可变电阻R33,使正弦波信号SIN0 SIN120之频率刚好等于60HZ。
三.BOOST调整操控器
如图2.3所示,对比器U6之+输入端,电压恰为4V,当VC输电压高于4V时,U6输出为低电位,RELAY不动作,BOOST输出B等于VC,当VC输电压低于4V时,U6
输出为高电位,RELAY动作,BOOST输出B等于VC乘份额K(U2A)+0.8V(U2B),当R52越大时K值越大BOOST量越大。
四.乘法器
图2.4供给两种乘法器电路AD532及AD533供运用者参阅,其运算之结果均一样(两个输入信号相乘除以10),但AD532只需调整一个输出OFFSET量,而AD533不光需调整输出OFFSET亦需调整两个输入信号之OFFSET量,故运用上AD532较便利,但其报价相对也较高。
五.加法器
图2.5为一简单之反相加法器电路,其输入电阻及回授电阻,均需运用精密(precise)电阻,以将误差量降至最低。
六.三角波载波发作器
如图2.6由两个OP构成之三角波电路,R62为OFFSET调整,R27为峰值(peak)之调整,藉由开关挑选不一样之电阻,可获得不一样频率之三角波。
七.PWM信号发作器
如图2.7为PWM信号发作器电路,三相之正弦波信号R* S* T*别离与一样之三角波(TRI)对比,得到三组初始之PWM操控信号,再经史密特触发IC(7414),作波形分相(三组操控信号经反相变成六组操控信号),再经DEAD-TIME操控(电阻-电容推迟电路)而发作U+ U- V+ V- W+ W- 六组PWM操控信号。
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