變頻器應用

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變頻器可輕松高效地調節氣流 變頻器可輕松高效地調節氣流

在上一篇文章中,我們討論了變頻器設計背后的理論?,F在我們來看看變頻器的實際設計和構造。

之前的文章介紹了變頻器如何由功率半導體(通常是整流二極管和IGBT),電容器以及一些復雜的控制和電子器件組成。 我們需要將其封裝以適合于安裝在工業機柜中,或安裝在風機或泵旁邊的墻上。

電力電子設備通常與安裝板(電源模塊)安裝在一起。 隨著這些組件的散熱,需要將它們固定到散熱器上,通常是鋁擠壓或鑄造。 除了小功率變頻器,散熱器裝有一個或多個風扇進行冷卻。 如果風扇僅在散熱器變熱時才打開風扇,這是一個優勢,因為風扇會隨著時間的流逝而磨損,以及將灰塵和液體吹到變頻器中。

通常在電源模塊附近至少會有一個“電源”印刷電路板,以承載與IGBT相關的電路。有柵極驅動電路,電源,電流測量電路和浪涌電路。 所有這些都有與控制電路的接口-稍后再介紹。

每個IGBT都需要一個柵極驅動電路。它們根據需要打開和關閉IGBT,并直接連接到IGBT,因此連接到變頻器的電源部分。 柵極驅動器還將需要電源,因此實際上需要四個獨立的電源,每個“上” IGBT一個,而三個“下” IGBT一個。 由于電源需要給控制設備,風扇和其他所有設備供電,因此變得相當復雜。 通常,小型IGBT從直流母線為高頻變壓器供電,其次級繞組為各種電源調節器供電。

在變頻器中,電流測量非常重要且困難。 重要,因為我們需要監視輸出電流(以提供良好的電動機控制和保護)以及可能的短路電流以保護IGBT。 困難,因為測量點位于變頻器的輸出(或直流母線)中,并且需要電源和隔離才能將信號傳回控制電路。實際上,這意味著使用多個霍爾傳感器來測量輸出的電流,并在直流母線中使用一個或兩個快速傳感器或電阻分流器。

直流母線電容器也將安裝在電源板上,并且在首次打開變頻器時將不充電,因此使用由繼電器和電阻器組成的電路來限制浪涌電流。電容器通過電阻器充電,并且繼電器在幾秒鐘后切除電阻器,以使其正常工作。

這就是電源PCB。 在最大的變頻器上,它們將通過硬接線或母線連接到IGBT和電容器。在較小的變頻器上,所有組件都將安裝到一個或多個電源板上。

控制電子器件通常將在電源PCB和控制板之間分配。電源板上的特殊集成電路將為門電路生成通斷信號。這將由單獨的控制板上的主處理器控制;兩者之間的通信將使用快速串行連接。這使得控制板的隔離更加容易。重要的是要記住,此處必須隔離(使用光耦合器),因為電源pcb已連接至直流母線,因此也已連接至電源。

圖1顯示了小功率變頻器的外部; 如圖2和圖3所示,拆下塑料蓋時可以看到主要組件。

Typical small (2.2kW) Variable Frequency Drive圖-1 典型的小功率(2.2kW)變頻器


Variable Frequency Drive with covers removed圖-2 拆下外殼的變頻器


Variable Frequency Drive with heatsink removed圖-3 拆下散熱器的變頻器

變頻器內部的就這么多。 用戶界面什么樣子的?

好吧,電源端子將安裝在電源PCB上,易于訪問,并且對于電纜尺寸來說足夠堅固。

控制板上的端子較小,因為它們通常接入較低的電壓和電流。變頻器通常具有各種控制和監視功能,例如可編程數字輸入,模擬輸入,模擬輸出和繼電器連接。數字輸入可啟動和停止變頻器,電動機反轉,選擇固定頻率等。模擬輸入可用于控制電機速度,或者在變頻器以閉環控制模式運行時可連接到傳感器。模擬輸出和繼電器可以用來指示故障,以及“運行”,“達到速度”等。所有這些功能都可以進行編程以滿足用戶需求。大多數變頻器還將具有某種形式的串行接口,例如Modbus或Canbus,以允許在較大的系統中進行控制和監視。這可以通過單獨的連接器(例如RJ45)連接。

在變頻器的前面,應該有一些按鈕和一個簡單的顯示屏來設置或控制它,盡管在某些變頻器上這是一個選擇。 顯示器可以由簡單的七段式LED組成,也可以是文本顯示器,以多種語言顯示更多信息。所有這些控制連接,按鈕和顯示都安裝在主控制板上。

所有這些都需要外殼。對于較小的變頻器,解決方案是一個簡單的塑料盒,巧妙地將其安裝在端子,PCB等周圍。 對于較大的變頻器,需要堅固的金屬外殼和蓋子(帶端子通道)。

如果將變頻器安裝在機柜或機器中,則IP20外殼可能是合適的。但是,如果將設備安裝在工廠或過程區域的墻壁上,則防護等級更高,例如IP55或更高。 變頻器供應商將提供許多(但不是全部)這些選項。這是一個重要的考慮因素,因為許多變頻器由于灰塵或液體污染電子設備而導致故障。

在下一篇文章中,我們將介紹如何選擇變頻器以及如何開始使用和安裝它。