通用变频器的硬件电路设计

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1、1通用变频器的硬件电路设计1.1通用变频器的总体设计本设计的系统以TI公司的TMS320LF2407A为控制核心，由主电路、系统保护电路和控制电路组成，其总体设计图如图3.1所示。图1.1基于DSP的通用变频调速系统总体设计图其中主电路部分由整流电路、滤波电路、逆变电路(IPM)和IPM驱动电路与吸收电路组成。其工作原理是把单相交流电压通过不可控整流模块变为直流电压，整流后的脉动电压再经过大电容C1，C2平滑后成为稳定的直流电压。IPM逆变电路对该直流电压进行斩波，形成电压和频率均可调的三相交流电，提供给电机。系统保护电路包括过压、欠压

2、保护、限流启动、IPM故障保护与泵升控制等。过压、欠压保护是利用电阻分压采集母线电压，与规定值相比较；限流启动是由于开启主回路时，大电容充电瞬间引起的电流过大，这样可能会损坏整流桥，因此在主回路上串联限流电阻R1，当电容电压达到规定值时，启动继电器把R1短路，主回路进入正常工作状态；IPM故障保护是IPM内部集成的各种保护功能，包括过电流保护功能、短路保护功能、控制电源欠电压保护和管壳及管芯温度过热保护。把上述各种故障信号进行综合处理后形成总的故障信号送入DSP(TMS320LF2407A)的PDPINTA故障中断入口，进而封锁DSP的

3、PWM波输出。控制电路包括DSP最小系统电路、频率输入电路、光耦隔离电路等。最小系统由DSP本身和外扩的数据SRAM、程序SRAM、复位电路、晶振、译码电路、电源转换电路和仿真接口JTAG电路组成，仿真接口JTAG电路是为了实现在线仿真，同时在调试过程装载数据代码和程序代码；频率输入电路可以设置系统要输出的SPWM波的频率；光耦隔离电路是为了把DSP输出的弱电信号和主电路的强电信号进行可靠隔离。1.1主电路的设计主电路原理图如下图所示，由整流电路、滤波电路、逆变电路(IPM)和IPM的吸收电路组成。主电路采用典型的交－直－交电压源型通用

4、变频器结构，输入功率级采用单相桥式不可控整流电路RB1，整流输出经中间环节大电容(由C1到C4电容组成)滤波，获得平滑的直流电压。逆变部分通过功率器件IGBT的导通和关断，输出交变的主电路原理图脉冲电压序列。由于功率器件开关频率过高，会产生电压尖脉冲，因此需要吸收电路来消除该尖峰。图中C5为C型吸收电路，R6到R11和C6到C11组成RC型吸收电路。发光二极管DS1用来显示滤波电容两端的电量。下面详细介绍各个部分电路及元件参数。(被控电动机参数为：△联接，额定功率为PN=60W，额定电压UN=220V，额定电流IN=0.28A，额定频率

5、fN=50Hz，额定转速nN=1400r/min。)1.1.1整流电路整流电路由4个整流二极管组成单相不可控整流桥，它们将电源的单相交流全波整流成直流。整流电路因变频器输出功率大小不同而异。小功率的，输入电源多用220V，整流电路为单相全波整流桥；大功率的，一般用三相380V电源，整流电路为三相桥式全波整流电路。本设计采用的是单相整流桥。整流二极管的计算，通过二极管的峰值电流：IM=IN==A(1.1)流过二极管电流的有效值：(1.2)二极管电流定额：In=(2~3)Id=1.12~1.68A(1.3)考虑滤波电容的充电电流影响，要有更

6、大的电流裕量，选用In=10A。整流二极管的电压定额：Un=Um==(1.4)选用Un=1000V。根据上面计算的电压和电流以及市场价格和供货情况，实际选用的单相整流桥为10A，1000V。1.1.2滤波电路在整流电路中输出电压是脉动的，另外，在逆变部分产生的脉动电流和负载变化也使得直流电压产生脉动，为了将其中的交流成分尽可能的滤除掉，使之变成平滑的直流电，必须在其后加上一个低通滤波电路。这里采用常用的电容滤波电路，在整流输出端并入大电容，整流输出直流电压含有很多偶次谐波，频率越高，电容容抗越小，分流作用越大，谐波被滤除的就越多，输出电

7、压的平均值就越大。滤波电容除了滤除整流后的电压纹波外，还在整流电路与逆变器之间起去祸作用，以消除相互干扰，这就给作为感性负载的电动机提供必要的无功功率。因而，中间直流电路电容器的电容量必须较大，起到储能作用，所以中间直流电路的电容器又称储能电容器。在没有加入滤波电容时，单相整流桥输出平均直流电压为：(1.5)加上滤波电容后，Un的最高电压可达交流线电压的峰值：(1.6)假设输入电压的波动范围为200V~240V，当输入电压对应240V的输入，整流后的电压为324V。又设电源功率因数为0.9，那么每一个周期，电容吸收的能量为：(1.7)式

8、中为电机输出功率，Upk为峰值电压，Umin为最小交流输入电压。考虑到纹波的需要，最小的交流输入电压应该在200V以上，所以有：(1.8)滤波电容理论上讲越大越好，实际中考虑价格我们选择4个450伏330μ