变频器设计方法.doc

变频器设计方法 一、变频调速系统设计的一般 性方法 (一 变频调速系统设计的内 容和步骤 变频调速系统设计的主要内容 和步骤如下: (1控制系统总体方案设计, 明确系统的总体要求及技术条件。 包括系统的基本功能、控制方案选 择以及性能指标(响应时间、稳态 精度、通信接口等; (2设计主电路拓扑结构,选 定逆变器件类型; (3确定控制策略和控制方式; (4选择主控制芯片; (5选择各物理量的传感器和检测电路; (6系统硬件设计,包括主电路模块、驱动与保护电路,与 CPU 相关的电路、外围设备、接口电路、逻辑电路及键盘显示模 块; (7系统软件设计,包括应用程序的设计、管理以及监控程 序的设计; 图 4-25 变频调速系统的研发过程 (8在各单元软硬件调试合格的基础上,进入系统实验与统 调阶段。 变频调速系统的研制开发过程如图 4-25所示。 (二 变频调速系统总体方案的确定 确定变频调速系统总体方案是设计系统的第一步。总体方案直 接影响整个控制系统的投资、性能品质及实施难度。确定控制系 统的总体方案必须根据实际应用的要求, 结合具体被控对象而定。 但在总体设计中还是有一定的共性,大体上可以从以下几个方面 考虑。 1. 选择主电路拓扑结构 根据系统容量的大小以及实际要求 选择合理的变频调速系统主电路拓扑结构。 20世纪 80年代以来, 以 GTO 、 BJT 、 MOSFET 为代表的自关断器件得到长足的发展, 尤其是以 IGBT 为代表的双极型复合器件的惊人发展, 使得电力电 子器件正沿着大容量、高频率、易驱动、低损耗、智能模块化的 方向迈进。伴随着电力电子器件的飞速发展,逆变器主电路的结 构也日趋多样化。 (1普通三相变频器 通常也称为二电平变频器,即第二章 中所讲的交 -直 -交型变频器, 这种拓扑结构比较简单, 为了获得大 功率可采用器件的串并联来实现。 (2交 -交变频电路 普通二电平逆变器直流侧电压通常由 交流电整流获得,因为存在直流环节,所以逆变器效率不高,主 电路相对复杂。而交 -交直接变频电路省去中间直流环节一次功率 变换控制,效率高,但输出频率低,最高输出频率一般为输入频 率的 1/3~1/2,通常仅用于低频场合,而且控制复杂,对电网产生 的无功和谐波污染较大。 (3高 -低 -高电路 这是高压变频器的典型结构之一,先将 电网的高电压经输入变压器降压,再经过普通三相变频器变频, 然后由输出变压器将电压升高为负载电动机所需要的高压。这种 结构由于输入 /输出侧均需要变压器,体积较大,效率略低。其优 势在于可靠性高,价格相对便宜一些。 (4直接高压变频调速 在高压大功率的场合,采用三电平 技术直接获得高压输出,或采用多重化技术将多个低压逆变桥并 联 /串联起来获得大电流 /高电压,再加上一定的相移,可得到接近 正弦的电压输出。 2. 确定控制系统方案 根据系统的要求, 首先确定系统是通用 型的,还是高性能的,还是有特殊要求的。其次要确定系统的控 制策略,是采用 U/f控制、矢量控制,还是采用直接转矩控制等。 第三要确定是采用单机控制系统还是主从控制系统等。 在数字系统中,通过模块化设计,可以使系统通用性增强,组 合灵活。在主从控制系统或是分布式控制系统中,多由主控板和 系统支持板组成。支持板的种类很多,如 A/D和 D/A转换板、并 行接口板、显示板等,通常采用统一的标准总线,以方便功能板 的组合。 3. 选择传感器和检测电路 在确定总体方案时, 必须首先选择 好传感器和检测电路,它是影响控制精度的重要因素之一。主要 被测量有电压、电流、温度、速度等。 4. 选择 CPU 和输入 /输出通道及外围设备 变频调速系统主控 板及过程通道通常应根据被控对象变量的多少来确定,并根据系 统的规模及要求,配以适当的外围设备,如键盘、显示、外部控 制及 I/O接口等。 选择时应考虑以下一些问题: 　 (1控制系统方案及控制策略; 　 (2 PWM 的产生方式; 　 (3被控对象变量的数目; 　 (4各输入 /输出通道是串行操作还是并行操作; 　 (5各数据通道的传递速率; 　 (6各通道数据的字长及选择位数; 　 (7对键盘、显示及外部控制的特殊要求。 5. 画出整个系统原理图 前面四步完成以后, 最后要画出一个 完整的交流电机变频调速系统原理图,其 中包括整流电路、逆变电路、驱动电路, 以及各种传感器、变送器、外围设备、输 入 /输出通道及微处理器部分。它是整个系 统的总图,要求全面、详细、清晰、正确、 统一。 二、变频器主电路设计 这里以二电平 SPWM 通用变频器为例,介绍变频器主电路的 3~图 4-26 交流侧阻容吸收环节 设计,通用变频器主电路如图 4-1。 (一变频器主电路设计 在变频器主电路的设计中,主要包