绝缘栅

变频器内部主电路的详细解析与探讨

发布时间:2025/2/8 11:56:12   
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内部主电路详解

低压变频器,其内部主电路采用“交-直-交”结构,包含整流与逆变两大核心部分,如图所示。三相交流电从R、S、T端输入后,会经过三相整流桥(由二极管D至D6组成)被整流成直流电,电压值为UD。滤波电容器C和C2用于平滑电压波动。紧接着,6个IGBT管(绝缘栅双极性晶体管)V至V6组成三相逆变桥,将直流电高效逆变为频率和电压均可灵活调整的三相交流电。

均压电阻和限流电阻

在图中,我们可以看到滤波电容器C和C2的两端各自并联了一个电阻。这些电阻的作用是确保两个电容器上的电压保持基本一致,从而防止电容器在工作中可能遭受的损坏。值得注意的是,随着技术的进步,如今低压(V)变频器的电解电容大多数已经无需串联使用。

此外,在整流桥和滤波电容器之间,还接有一个电阻R和一对接触器触点KM。这是为了应对变频器刚接通电源时的充电冲击问题。由于滤波电容器在接通电源前电压为0V,而整流电压峰值在电源电压为V时可达V,因此瞬间会产生很大的充电电流,可能损坏整流二极管。同时,电压为0V的滤波电容器会使整流电压瞬间降至0V,对电源网络造成干扰。为了解决这些问题,限流电阻R被引入电路,将充电电流限制在允许范围内。然而,为了不影响变频器的输出电压和电能转换效率,一旦滤波电容器充电完成,接触器KM会将其短接,使限流电阻退出运行。

主电路的对外连接端子

各种变频器的主电路对外连接端子布局相似,如图2所示。其中,R、S、T端子用于接入交流三相电源,U、V、W端子则负责将变频器的输出连接到电动机上。P+端子是整流桥输出的正端,出厂时通常会用一个截面积充足的铜片将其与P端短接。当需要接入直流电抗器DL时,只需拆去铜片并将DL接在P+和P之间即可。同时,P、N端子用于连接制动单元和制动电阻,而PE端子则是接地端子。

变频系统的共用直流母线

当电动机处于制动(发电)状态时,变频器会吸收电动机产生的能量,这些能量通常被存储在变频器的直流环节电解电容中,导致直流母线电压上升。为了处理这部分能量,变频器配备了制动单元和制动电阻(这两者均为可选组件)。通过短时间接通这些电阻,变频器能以热的方式消耗掉再生电能,这被称为能耗制动。然而,这种方案并不总是最优的。再生能量回馈方案能够更有效地解决变频调速系统的再生能量问题,并有助于节能。但标准通用PWM变频器通常不具备将再生能量反馈到三相电源的功能。

一种更高效的解决方案是采用共用直流母线技术。通过将多台变频器的直流环节互连,一台或多台电动机产生的再生能量可以被其他电动机以电动方式消耗。或者,在直流母线上设置一组制动单元和制动电阻,用以吸收不能被电动状态电动机吸收的再生能量。若进一步结合能量回馈单元,多余能量可被直接反馈到电网中,从而显著提高节能效果。

综上所述,在多电动机变频调速系统中,采用共用直流母线技术,并配备适当的制动单元、制动电阻和能量回馈单元,是一种既提升系统性能又节约成本的有效方案。图3所示为一种广泛应用的共用直流母线方案示例。三相交流电源进线

各变频器的电源输入端均并联在同一个交流母线上,且需确保各变频器输入端电源相位的一致性。在图3中,断路器QF作为每台变频器的进线保护装置,其作用至关重要。当多台变频器在同一环境中运行时,相邻变频器可能产生的相互干扰是一个不可忽视的问题。为了消除或减轻这种干扰,同时提升变频器输入侧的功率因数,进线电抗器LR的接入变得必不可少。

直流母线

变频器的直流环节与公用直流母线的连接,是通过控制开关KM来控制的。而半导体快速熔断器FU,其额定电压通常可选为V,额定电流则需综合考虑驱动电动机在电动或制动时的最大电流,一般可选取额定负载电流的25%作为参考。

公共制动单元和(或)能量回馈装置

当回馈到公共直流母线上的再生能量无法完全被吸收时,共用的制动电阻会发挥作用,消耗这部分未被吸收的能量。若选用能量回馈装置,则该部分再生能量将被直接回馈至电网中,从而显著提升节能效果。

控制单元

各变频器根据控制单元的指令行事,通过控制开关KM将其直流环节并联到共用直流母线上,或在变频器出现故障时迅速与共用直流母线断开连接。



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