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变频器维修之主回路充电控制电路

(2011-03-23 09:43:19)
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杂谈

主电路为电压型、交直交能量转换方式的变频器,因整流与逆变电路之间有大容量电容的储能回路,因电容两端电压不能突变的特性,在上电初始阶段,电容器件形同“短路”,将形成极大的浪涌充电电流,会对整流模块很大的电流冲击而损坏,也会使变频器供电端连接的空气断路器因过流而跳闸。

   常规处理方式,是在整流和电容储能回路之间串入充电了限流电阻和充电接触器(继电器),对电容充电过程的控制是这样的:

   变频器上电,先由充电电阻对电容进行限流充电,抑制了最大充电电流,随着充电过程的延伸,电容上逐渐建立起充电电压,其电压幅值达到530V80%左右时,出现两种方式的控制过程,一为变频器的开关电源电路起振,由开关电源的24V输出直接驱动充电继电器,或由此继电器,接通充电接触器的线圈供电回路,充电接触器(继电器)闭合,当充电限流电阻短接,变频器进入待机工作状态。电容器上建立一定电压后,其充电电流幅度大为降低,充电接触器的闭合/切换电流并不是太大,此后储能电容回路与逆变电路的供电,由闭合的接触器触点供给,充电电阻被接触器常开触点所短接。二是随着电容上充电电压的建立,开关电源起振工作,CPU检测到由直流回路电压检检测电路送来电压幅度信号,判断储能电容的充电过程已经完毕,输出一个充电接触器动作指令,充电接触器得电闭合,电容上电充电过程结束。

   变频器常见主电路形式及充电接触器控制电路如下图:

 

http://s9/middle/71f7edaag9f1c8759fbc8&690

图二:充电接触器的控制电路

 

   部分变频器及大功率变频器,整流电路常采用三相半控桥的电路方式,即三相整流桥的下三臂为整流二极管,而上三臂采用三只单向可控硅,用可控硅这种“无触点开关”,代替了充电接触器。节省了安装空间,提高了电路的可靠性。电路形式如下图所示:

 

http://s8/middle/71f7edaag9f1c889a2da7&690

虽然省掉了充电接触器,但工作原理还是一样的,只不过控制电路有所差异。变频器上电期间,先由
D1∽D6整流,R限流为C1C2充电,在充电过程接近结束时,CPU输出SCR1∽SCR3三只可控硅的开通指令,控制电路强制三只可控硅导通,由D1D2D3R构成的上电预充电回路使用作用,SCR1∽SCR3D4D5D6构成三相整流桥,此时可控硅处于全导通状态下,等效于整流二极管。

   可控硅的开通需要两个条件:1、阳极和阴极之间承受正向电压;2KG之间形成触发电流回路。电路接在交流输入电源的三个端子上,提供单向可控整流,在三相交流电的三个正半波电压作用期间,若触发电流同时形成,则三只可控硅就能被开通。第一个条件已经自然形成,控制其开通只要提供第二个条件就可以了。

   简单点说,只要在可控硅承受正向电压期间——在交流电压过零处,为可控硅提供一个触发电流(脉冲或直流均可),可控硅即可在交流电的正半波期间良好导通,对输入交流电压进行整流(同二极管一样)。最简单的触发电路,是经一只电阻从阳级引入到G极,在交流电正半波期间(过零点后),为可控硅同步引入触发电流,使可控硅开通。如东远300kW变频器,主电路形式同图三,而触发电路相对简单:

 

http://s16/middle/71f7edaag9f1c896ba03f&690

图四:可控硅触发控制电路一

   图四为可控硅触发电路一电路之一,另两路触发电路是一样的。两控硅阳极、阴极两端并联的R45C30C31等元件为尖峰电压吸取网络,为可控硅提供过压保护。KA2触点、D15R4424R形成触发电流通路,D15的作用是将输入电压半波整流,避免可控硅GK间承受反向触发电压/电流的冲击,R4424R为限流电阻,限制峰值触发电流,保护可控硅的安全,R43为消噪电阻,增加可控硅工作的可靠性。

   CPU发出可控硅接通指令时,继电器KA2得电闭合,输入正半波电压,经D15整流,R4424R限流,流入可控硅的G极,由K极流出,形成触发电流通路,可控硅开通。电路中的可控硅并不是处于调压的工作区域,导通角最大,处于“全导通整状态”,好像是一只开关器件,只处于导通和截止两个状态,没有移相(调压)第三种状态。这是需要注意的地方。因而控制电路与常规移相控制电路有所不同,相对简单一些。

    再稍复杂一点的可控硅控制电路,如台达37kW变频器可控硅的触发电路,见下图

http://s7/middle/71f7edaag9f1c8a324766&690



具有“悬浮地”的控制用电。控制电路多为一振荡电路,提价可控硅器件的脉冲触发电流,振荡电路也不是常规的移相触发电路,而提供高频率/密度的随机触发脉冲,令可控硅处于全导通状态下,此处的可控硅,已高密度触发触冲作用下,已仿佛一只“扳到接通位置”的开关了。这种机型的触发电路,手头并未有实际测绘电路,只能根据电路结构画出简图,以供参考。

http://s6/middle/71f7edaag9f1c8b258b55&690




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