CN204119051U - 一种低压变频器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低压变频器，变频器主电路回路为交-直-交变频器结构，变频器主电路包括整流电路、中间直流环节电路、能耗制动电路和逆变电路，整流电路为三相桥式不可控整流电路，逆变电路为IGBT三相逆变器电路，输出为PWM波形，中间直流环节为滤波，直流储能和缓冲无功功率。

Description

一种低压变频器

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术和微电子技术领域，尤其涉及一种低压变频器。

背景技术

一般风机、水泵系统大多数是靠阀门来调节出水流量或压力，挡板这种调节方式是以增加管网损耗，耗费大量能源为代价的，因此，不可避免的造成电能的浪费。而且由于设计时，系统是按最大的负载来设计的，在实际运行当中，绝大部分时间系统是不可能运行在满负荷状态下，存在较大的富余，所以就存在较大的节能潜力。

采用变频调速控制装置，通过改变风机和水泵的转速，从而改变风机风量和水泵流量以适应生产工艺的需求，而且运行能耗最省，综合效益最高。所以变频调速是高效的最佳调速方案，它可以实现无级调速，并且可以方便的组成闭环控制系统，实现恒压或恒流量的控制。一般变频器只是变频调节执行器，应用于风机水泵等负载需要另外加控制系统。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种低压变频器。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种低压变频器，包括变频器主电路回路为交-直-交变频器结构，变频器主电路包括整流电路、中间直流环节电路、能耗制动电路和逆变电路，整流电路为三相桥式不可控整流电路，逆变电路为IGBT三相逆变器电路。

具体地，整流电路包括多个压敏电阻R1、整流电路和滤波电路，变频器输入端的R相与S相之间、R相与T相之间和S相与T相之间分别接有压敏电阻，整流电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6，滤波电路包括第一电容C1和第二电阻组R2，第二电阻组R2包括两个电阻，R相分别与第一二极管D1的正极和第二二极管D2的负极连接，S相分别与第三二极管D3的正极和第四二极管D4的负极连接，T相分别与第五二极管D5的正极和第六二极管D6的负极连接，第一电容C1的第一端分别与第一二极管D1的负极、第三二极管D3的负极和第五二极管D5的负极连接，第一电容C1的第二端分别与两个电阻的第一端连接，两个电阻的第二端连接后再与第二二极管D2的正极、第四二极管D4的正极和第六二极管D6的正极连接。

进一步地，中间直流环节电路包括延时(限流)电阻R3、开关K、短路电流传感器T1、第一滤波电容E、第一均压电阻R4、第二滤波电容、第二均压电阻和平波电抗器(直流电抗器)L，延时(限流)电阻R3的第一端分别与开关K的第一端和第一电容的第一端连接，延时(限流)电阻R3的第二端分别与开关K的第二端和平波电抗器(直流电抗器)L的第一端连接，平波电抗器(直流电抗器)L的第二端与短路电流传感器T1的第一端连接，短路电流传感器T1的第二端分别与第一滤波电容E的第一端和第一均压电阻R4的第一端连接，第一滤波电容E的第二端分别与第一均压电阻R4的第二端和第二滤波电容的第一端和第二均压电阻的第一端连接，第二滤波电容的第二端分别与第二均压电阻的第二端和第六二极管D6的正极连接。

进一步地，能耗制动电路包括制动电阻RB和制动单元VB，制动电阻RB的第一端与短路电流传感器T1的第二端连接，制动电阻RB的第二端与制动单元VB的第一端连接，制动单元VB的第二端与第二均压电阻的第二端连接。

进一步地，逆变电路包括第一逆变管V1、第二逆变管V2、第三逆变管V3、第四逆变管V4、第五逆变管V5、第六逆变管V6、吸收电路(缓冲电路)C2、第一输出电流传感器T2、第二输出电流传感器、第七二极管D7、第八二极管D8、第九二极管D9、第十二极管D10、第十一二极管D11和第十二二极管D12，吸收电路(缓冲电路)C2包括第一电容、第二电容和第三电容，第一电容的第一端分别与第二电容的第一端、第三电容的第一端、制动电阻RB的第一端、第一逆变管V1的第一端、第三逆变管V3的第一端、第五逆变管V5的第一端、第七二极管D7的负极、第九二极管D9的负极和第十一二极管D11的负极连接，第一逆变管V1的第二端分别与第七二极管D7的正极、第二逆变管V2的第一端、第八二极管D8的负极和第一输出电流传感器T2的第一端连接，第一输出电流传感器T2的第二端连接U输出端，第二逆变管V2的第二端分别与第一电容的第二端、第二电容的第二端、第三电容的第二端、制动单元VB的第二端、第八二极管D8的正极、第十二极管D10的正极、第十二二极管D12的正极、第四逆变管V4的第一端和第六逆变管V6的第一端连接，第四逆变管V4的第二端和第十二极管的负极分别与第三逆变管V3的第二端、第九二极管D9的正极和V输出端连接，第六逆变管V6的第二端分别与第五逆变管V5的第二端、第十一二极管D11的正极、第十二二极管D12的负极和第二输出电流传感器的第一端连接，第二输出电流传感器的第二端连接W输出端。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型提供了一种低压变频器，变频器主电路回路为交-直-交变频器结构，变频器主电路包括整流电路、中间直流环节电路、能耗制动电路和逆变电路，整流电路为三相桥式不可控整流电路，逆变电路为IGBT三相逆变器电路，输出为PWM波形，中间直流环节为滤波，直流储能和缓冲无功功率。

附图说明

图1为本实用新型一种低压变频器的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，本实用新型一种低压变频器，包括变频器主电路回路为交-直-交变频器结构，变频器主电路包括整流电路、中间直流环节电路、能耗制动电路和逆变电路，整流电路为三相桥式不可控整流电路，逆变电路为IGBT三相逆变器电路。

整流电路包括多个压敏电阻R1、整流电路和滤波电路，变频器输入端的R相与S相之间、R相与T相之间和S相与T相之间分别接有压敏电阻，为防止电源输入端瞬间出现过高的尖峰电压，在输入端的三相之间接入了压敏电阻，组成了一个瞬间尖峰电压吸收电路。整流电路将三相交流电源整流成直流电，实现交-直变换，整流电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6，滤波电路包括第一电容C1和第二电阻组R2，消除了整流后在电源母线上产生的高次谐波电压对整流管的损坏。第二电阻组R2包括两个电阻，R相分别与第一二极管D1的正极和第二二极管D2的负极连接，S相分别与第三二极管D3的正极和第四二极管D4的负极连接，T相分别与第五二极管D5的正极和第六二极管D6的负极连接，第一电容C1的第一端分别与第一二极管D1的负极、第三二极管D3的负极和第五二极管D5的负极连接，第一电容C1的第二端分别与两个电阻的第一端连接，两个电阻的第二端连接后再与第二二极管D2的正极、第四二极管D4的正极和第六二极管D6的正极连接。

进一步地，中间直流环节电路包括延时(限流)电阻R3、开关K、短路电流传感器T1、第一滤波电容E、第一均压电阻R4、第二滤波电容、第二均压电阻和平波电抗器(直流电抗器)L，延时(限流)电阻R3的第一端分别与开关K的第一端和第一电容的第一端连接，延时(限流)电阻R3的第二端分别与开关K的第二端和平波电抗器(直流电抗器)L的第一端连接，当第一电容C1充电到一定程度时，令开关K接通，将延时(限流)电阻R3短路掉。开关K用的是可控硅，大功率的是交流接触器，SCR工作特点：当A、K间有一正向电压时，在门极和阴极间加一不大的正向电压(G为“+”，K为“－”)时，SCR即导通。此时，即使取消门电压，SCR仍保持导通，只有当A、K间是反向电压时，SCR才判断。所以，只需要用一个脉冲信号，就可以控制其导通了。变频器刚合上电源的瞬间，第一滤波电容E的充电电流特别大，可能使三相整流桥的二极管及电解电容损坏，延时(限流)电阻R3的接入，是为了将电容器的充电电流限制在允许范围内。平波电抗器(直流电抗器)L的第二端与短路电流传感器T1的第一端连接，短路电流传感器T1的第二端分别与第一滤波电容E的第一端和第一均压电阻R4的第一端连接，第一滤波电容E的第二端分别与第一均压电阻R4的第二端和第二滤波电容的第一端和第二均压电阻的第一端连接，第二滤波电容的第二端分别与第二均压电阻的第二端和第六二极管D6的正极连接。

其中，滤波电容的作用是滤平全波整流后的电压纹波，当负载变化时，使直流电压保持平稳。电解电容有较大的离散性，故两个电容的电容量不完全相同，这将使它们承受的电压不相等，为使其相等，故在电容旁各并联一个阻值相等的均压电阻。

平波电抗器(直流电抗器)L的主要作用是抑制谐波电流，改善输入侧功率因素。因为脉动的直流输出电压中所包含的谐波分量在逆变时将产生不必要的损耗和发热。谐波中的负序分量则产生反向力矩，而且当晶闸管深控时，若脉动的直流输出电压的瞬时值低于电动机的反电势，则将使电流不连续。整流电路的脉波数总是有限的，在输出的直流电压中也总是有纹波的，而这种纹波往往是有害的，故需要由平波电抗器加以抑制。平波电抗器用于整流后的直流回路中，经它之后输出的直流接近于理想直流。平波电抗器L虽能使逆变环节运行更稳定，改善变频器的功率因素，但主要是减小输入电流的高次谐波成分，提高输入电源的功率因数(可达0.95)，并能限制短路电流。平波电抗器可与交流电抗同时使用，变频器功率大于30KW时才考虑配置平波电抗器。我们的低压产品是从90KW开始配置平波电抗器，3.7KW-55KW的卧式变频器平波电抗器的位置以短路片取代。

短路电流传感器T1在正母线上加一个电流传感器以检测变频器的短路电流，作为电流监控信号取样之用。

能耗制动电路包括制动电阻RB和制动单元VB，制动电阻RB的第一端与短路电流传感器T1的第二端连接，制动电阻RB的第二端与制动单元VB的第一端连接，制动单元VB的第二端与第二均压电阻的第二端连接。

上述中VB制动单元由IGBT及其驱动电路、电压采样比较电路构成，其功能相当于接通制动电阻的“开关”。当直流回路的电压Ud超过设定值时，VB导通，能耗电路接通使直流回路的电能通过制动电阻后以热能方式释放能量。

电动机在工作频率下降过程中，将处于再生制动状态，拖动系统的动能要反馈到直流电路中，使直流电压UD不断上升，甚至到危险的地步。因此，须将再生到直流电路的能量消耗掉，使UD保持在允许范围内。RB即是用于消耗直流电路中多余的电能使UD保持平衡。它有两个重要的参数，电阻阻值和功率容量。

有再生能量产生时的才需要配置这一部分，低压产品里油田专用抽油机、油田钻机专用变频器配有制动部分。

逆变电路包括第一逆变管V1、第二逆变管V2、第三逆变管V3、第四逆变管V4、第五逆变管V5、第六逆变管V6、吸收电路(缓冲电路)C2、第一输出电流传感器T2、第二输出电流传感器、第七二极管D7、第八二极管D8、第九二极管D9、第十二极管D10、第十一二极管D11和第十二二极管D12，吸收电路(缓冲电路)C2包括第一电容、第二电容和第三电容，第一电容的第一端分别与第二电容的第一端、第三电容的第一端、制动电阻RB的第一端、第一逆变管V1的第一端、第三逆变管V3的第一端、第五逆变管V5的第一端、第七二极管D7的负极、第九二极管D9的负极和第十一二极管D11的负极连接，第一逆变管V1的第二端分别与第七二极管D7的正极、第二逆变管V2的第一端、第八二极管D8的负极和第一输出电流传感器T2的第一端连接，第一输出电流传感器T2的第二端连接U输出端，第二逆变管V2的第二端分别与第一电容的第二端、第二电容的第二端、第三电容的第二端、制动单元VB的第二端、第八二极管D8的正极、第十二极管D10的正极、第十二二极管D12的正极、第四逆变管V4的第一端和第六逆变管V6的第一端连接，第四逆变管V4的第二端和第十二极管的负极分别与第三逆变管V3的第二端、第九二极管D9的正极和V输出端连接，第六逆变管V6的第二端分别与第五逆变管V5的第二端、第十一二极管D11的正极、第十二二极管D12的负极和第二输出电流传感器的第一端连接，第二输出电流传感器的第二端连接W输出端。

上述中，逆变管V1-V6组成的逆变桥，把经整流桥整流所得的直流电再“逆变”成频率可调的交流电。这是变频器实现变频的具体执行环节，因而是变频器的核心部分。常用的逆变管有IGBT、GTR、GTO、MOSFET等，本实用新型用的是IGBT。以下以IGBT代称逆变管。

续流二极管D2主要功能有两个：①电动机的绕组是电感性的，其电流具有无功分量，续流二极管为无功电流返回直流电源时提供通道。为电动机的无功分量提供通道②当频率下降、电动机处于再生制动状态时，再生电流将通过续流二极管整流后返回给直流电路。为再生发电提供通道，使电容充电。③IGBT进行逆变的基本工作过程是，同一桥臂的两个逆变管处于不停地交替导通和截止状态。在这交替导通和截止的换相过程中，也不时地需D2提供通道。为上、下IGBT交替导通提供通道。

IGBT是MOSFET(MOS场效应晶体管)和GTR相结合的产物。其主体部分与晶体管相同，也有集电极C和发射极E，但驱动部分和场效应管相同，是绝缘栅结构。

IGBT工作特点：控制部分和场效应晶体管相同，控制信号为电压信号，输入阻抗很高，栅极电流为0，帮驱动功率很小。主电路和GTR相同，工作电流为集电极电流。

IGBT击穿电压已做到1700V，集电极最大饱和电流已超过1500A。其工作频率要达20KHz，由IGBT作为变频器的载波频率一般都在10KHz以上，电机电流波形比较平滑，基本无电磁噪声。

IGBT在关断和导通的瞬间，其电压和电流的变化率很大，有可能损害IGBT。因此IGBT旁应加吸收电路(缓冲电路)C2，以缓解电压和电流的变化率。

续流二极管的作用是当导通IGBT管突然截止时，为不能突变的负载电流提供电流通路。

IGBT的吸收电路低压用到的主要有如图所示的两种形式：

电容吸收电路，由一个无(低)感电容组成，适用于小功率设计，用作对瞬变电压有效而低成本的控制。随着功率级别的增大，这种缓冲电路可能会同母线寄生电感作减幅振荡。此时采用如图B所示的电路结构-RCD吸收，使用快恢复二极管箝住瞬变电压，从而抑制谐振的发生。RCD吸收的优点是吸收好，缓冲让IGBT开关过程软化，减少了开关损耗，缺点是电阻上的功耗大。

T2输出电流传感器：在三相输出的任两相各加一个电流传感器以检测变频器的输出电流，作为电流监控信号取样之用。

在特定情况下需要输入电抗器和输出电抗器。

输入电抗器：串联在电源进线与变频器的输入侧(R、S、T)，用于抑制输入电流的高次谐波。它能限制电网电压突变和操作过电压引起的浪涌电压对变频器的冲击，有效保护变频器整流单元，并能改善三相电源的不平衡性，提高输入电源的功率因数(0.75～0.85)。即输入电抗器既能阻止来自电网的干扰，又能减少由整流单元产生的谐波电流对电网的污染。

输出电抗器：串联在变频器的输出侧(U、V、W)与电动机之间，主要作用是补偿长线分布电容的影响，并能抑制变频器输出的谐波，起到减少变频器噪声的作用。同时也有助于减少变频器的过电流和过电压故障，提高系统可靠性。变频器与电动机间电缆较长时，为避免电动机绝缘过早老化和电动机、变频器损坏，可选用输出电抗器来减少电动机端子上的du/dt值和减小负荷电流的峰值。一般变频器、电动机间距离在50米以上时配置输出电抗器。

上面的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种低压变频器，其特征在于：包括变频器主电路回路为交-直-交变频器结构，变频器主电路包括整流电路、中间直流环节电路、能耗制动电路和逆变电路，整流电路为三相桥式不可控整流电路，逆变电路为IGBT三相逆变器电路。

2.根据权利要求1的一种低压变频器，其特征在于：整流电路包括多个压敏电阻R1、整流电路和滤波电路，变频器输入端的R相与S相之间、R相与T相之间和S相与T相之间分别接有压敏电阻，整流电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6，滤波电路包括第一电容C1和第二电阻组R2，第二电阻组R2包括两个电阻，R相分别与第一二极管D1的正极和第二二极管D2的负极连接，S相分别与第三二极管D3的正极和第四二极管D4的负极连接，T相分别与第五二极管D5的正极和第六二极管D6的负极连接，第一电容C1的第一端分别与第一二极管D1的负极、第三二极管D3的负极和第五二极管D5的负极连接，第一电容C1的第二端分别与两个电阻的第一端连接，两个电阻的第二端连接后再与第二二极管D2的正极、第四二极管D4的正极和第六二极管D6的正极连接。

3.根据权利要求2的一种低压变频器，其特征在于：中间直流环节电路包括延时(限流)电阻R3、开关K、短路电流传感器T1、第一滤波电容E、第一均压电阻R4、第二滤波电容、第二均压电阻和平波电抗器(直流电抗器)L，延时(限流)电阻R3的第一端分别与开关K的第一端和第一电容的第一端连接，延时(限流)电阻R3的第二端分别与开关K的第二端和平波电抗器(直流电抗器)L的第一端连接，平波电抗器(直流电抗器)L的第二端与短路电流传感器T1的第一端连接，短路电流传感器T1的第二端分别与第一滤波电容E的第一端和第一均压电阻R4的第一端连接，第一滤波电容E的第二端分别与第一均压电阻R4的第二端和第二滤波电容的第一端和第二均压电阻的第一端连接，第二滤波电容的第二端分别与第二均压电阻的第二端和第六二极管D6的正极连接。

4.根据权利要求3的一种低压变频器，其特征在于：能耗制动电路包括制动电阻RB和制动单元VB，制动电阻RB的第一端与短路电流传感器T1的第二端连接，制动电阻RB的第二端与制动单元VB的第一端连接，制动单元VB的第二端与第二均压电阻的第二端连接。

5.根据权利要求4的一种低压变频器，其特征在于：逆变电路包括第一逆变管V1、第二逆变管V2、第三逆变管V3、第四逆变管V4、第五逆变管V5、第六逆变管V6、吸收电路(缓冲电路)C2、第一输出电流传感器T2、第二输出电流传感器、第七二极管D7、第八二极管D8、第九二极管D9、第十二极管D10、第十一二极管D11和第十二二极管D12，吸收电路(缓冲电路)C2包括第一电容、第二电容和第三电容，第一电容的第一端分别与第二电容的第一端、第三电容的第一端、制动电阻RB的第一端、第一逆变管V1的第一端、第三逆变管V3的第一端、第五逆变管V5的第一端、第七二极管D7的负极、第九二极管D9的负极和第十一二极管D11的负极连接，第一逆变管V1的第二端分别与第七二极管D7的正极、第二逆变管V2的第一端、第八二极管D8的负极和第一输出电流传感器T2的第一端连接，第一输出电流传感器T2的第二端连接U输出端，第二逆变管V2的第二端分别与第一电容的第二端、第二电容的第二端、第三电容的第二端、制动单元VB的第二端、第八二极管D8的正极、第十二极管D10的正极、第十二二极管D12的正极、第四逆变管V4的第一端和第六逆变管V6的第一端连接，第四逆变管V4的第二端和第十二极管的负极分别与第三逆变管V3的第二端、第九二极管D9的正极和V输出端连接，第六逆变管V6的第二端分别与第五逆变管V5的第二端、第十一二极管D11的正极、第十二二极管D12的负极和第二输出电流传感器的第一端连接，第二输出电流传感器的第二端连接W输出端。