已知富士变频器电压输出电流为2.6A,电压38...

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维修丹佛斯KW 220V变频器 找不到电压检测在哪里?
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丹佛斯VLT2800小功率.err7故障检修  
丹麦丹佛斯公司产VLT)小功率(3kW)机型2台,工作中跳Err-7,意为“过电压”,变频器停机。有时也跳Err-5,高电压警告,实测三相供电为400V,在额定范围以内。用操作面板上的+键调出Ud(主回路直流电压)值,当高于600V时,出现跳闸停机。
按说明书上注明:该机型直流回路欠压370V以下时欠压跳闸动作;400V时给出低电压警告,但尚可运行;不高于665V时,给出高电压报警,但尚可运行;高于665V—820V时延时跳闸停机,电压保护范围可谓极宽!
  上电检查,一台机器的Ud显示值不稳,可能为检测回路有电阻变值现象。判断为Ud检测电路异常。查Ud采样电路为8只820k电阻与两只13k电阻串联组成,将其分压值作为Ud信号。由于用户要求修复时间紧迫,来不及详查后续电路,将8只820k电阻回路再串入一只330k电阻后,上电试机,当输入三相交流电压为440V(调压器供给)时,也不再跳Err-7,便让用户拿走装机了。用户装机,试运行,一台跳Err-8,欠压;一台跳Err-37,通讯不良。判断Ud检测电路仍有不良。本着先易后难的原则,还是在这10只检测电阻电路上做文章。从电源P+端保留3只820k电阻,串接6V稳压管后接N端,将稳压6V串入1M或100k半可变电阻。将信号输入端的13k电阻拆开一只,把可变电阻的中心端接入作为Ud信号。计算Ud采样电压当输入为380V时,约为2.2V,调整半可变电阻使中心端输出为2.2V,将此电压定义为U采。送电试调的过程很有趣:当U采>>2.2V时,上电即跳Err-37,意为控制卡与BMC之间通讯故障,但此现象的实质是:不是控制卡与BMC通讯中断才跳Err-37,而是检测控制电路检测到Ud实在 “高得吓人”,故强制中断了控制卡与BMC之间的通讯,再跳Err-37予以警告!当U采接近2.2V时,按复位键可消除Err-37报警,屏显出现FT-00,进入待机状态;当U采<<2.2V时,上电即跳Err-35,意为启动冲击故障:若变频器在一分钟内反复多次接通电源,就会产生报警。但此现象的实质是:因CPU检测到Ud实在 “低得出奇”,故姑且将其作为变频器在短时间内反复启动,而形成的应有的“低Ud”来处理,于是给出Err-35报警信号!当U采<<2.2V时,电容充电短接接触器也处于释放状态。只有当U采接近2.2V(即Ud高于400V)时,此接触器才得电吸合, 变频器被允许进入待机状态。当屏显出现FT-00后,按+键调出Ud值,调半可变电阻,使之稳定显示500V。此时,输入220 & & & V—460 V,显示值一直稳定在500V上。装机后,一直正常运行。
  需说明的是,这只能作为应急修理手段之一,确为过压误报警。假定是因主回路直流储能电容失容造成的欠压报警,则必须查明故障原因,切实根除故障后,再修复U采电路!
另:有些机型其输出电压取决于直流回路的采样电压,即输出电压跟踪于三相输入电压。如此处理后,输出V/F比会有变化。但一般不会影响使用;对于矢量型变频器,由于其直流电压采样值影响到对输出三相电压与电流的控制,故此采样电压不可轻易改动!
这篇文章讲的在电路板根本找不到 也许他的是3KW380V 我这个比较小
也找不到常用的压检测用的光电耦7840 ,
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主板只有6个光电耦
3个3150V 八脚 &给模块上桥驱动隔离的,下桥没有用隔离
2个PC900V 六脚 &主板CPU与驱动CPU通讯通讯
1个找不到名字的 六脚 &估计是主板驱动驱动继电器的
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ET521A示波表在丹佛斯VLT 2800维修中的典型应用
1引言
变频器的故障原因是多种多样的,很多故障原本就扑朔迷离,而有时我们自己处理的不彻底可能留下了隐患。所以在变频器检修过程中,除需要具备良好的基础知识与维修经验,亦要仔细与耐心,在维修过程当中使用那些较高档次的仪表也无疑显得极其重要。恰到好处地使用较高档仪表不仅给我们的维修工作带来方便,带来的更是速度与效率,同时也会使我们的维修质量更胜一筹。
2案例赏析
接修丹佛斯VLT KW的变频器2台。因2台完全相同,在外壳上分别标记为“A”与“B”。之后拆卸CPU板,电源驱动板,IGBT模块等时亦以此类推。
用数字万用表的二极管档分别测量A,B主回路各二极管完好。然后上电后,变频器A故障为Err16(短路),变频器B故障为Err14(接地故障)。同时测量发现A、B号变频器各自的V-N电压明显异常。
拆除变频器A模块后,经“常规四项”测量模块正常;拆除变频器B模块后,用数字表二极管档测量模块内所有二极管的正反向电压显示正常,但在用模拟表验证触发功能时发现P-V阻值为100K多,用晶体管直流参数测试仪测试时发现V相上管反向耐压仅为0.5V左右。复而再用数字表二极管档测量续流二极管导通压降正常,反向无穷大,当用200K档测量时显示正向电阻约50K左右,反向电阻为150K左右。
因模块需要购买,先修变频器A。
检查发现V相驱动IC A3150的⑥⑦到V相上管IGBT的G极阻值高达20K多,而测量150欧电阻正常。细看如下示意图所示a、b段铜箔上的绿色绝缘漆部分起泡脱落。
用刀片小心地刮掉绝缘漆后显现铜箔严重氧化。再刮掉锈蚀了的铜层,在上面加锡过后用放大镜仔细查看,a段仍有约5mm无法上锡。而此段铜箔的阻值正好是前面所测的阻值,说明此段铜箔已经严重氧化,使之阻值变大。用一细铜丝紧贴上面加锡焊好,再用放大镜观察及万用表测量没有发现问题。上电测量各个IGBT的G-E安装孔电压为0.6V左右。装上模块上电检测静态电压无异常后启动变频器,输出电压很平衡,完整装好带额定容量电机试机,输出电流平稳平衡,机器自身检测电流也与外测电流相对应。试机2小时后无异常现象,变频器A修复完毕。
然后检查变频器B。
发现此机和A大体相似,不过严重氧化段在b段。照例A如法炮制后,上电测量各个IGBT的G-E安装孔电压为0.6V左右。
当新购回的模块经“常规四项”测量模块正常后装入电路,上电测量静态电压无异常,在启动试机时,空载运行不久还没来得及测量完各相输出电压是否平衡复又跳Err14!当变频器跳故障停机后测量三相输出端与电源正负端电压正常,难道是检测电路有误?其后多次的试机现象更让人摸不着头脑:有时上电就跳此故障,有时上电后不久也跳,有时要启动后才跳,当跳故障锁定后,有时还能手动复位此故障!
丹佛斯VLT 2800系列机器中没有输出端电流传感装置,所以像此机这样的故障报警如过流,短路,接地等均是驱动电路异常或是IGBT导通压降检测部分异常所至。上述二部分电路中尝有不稳定性隐蔽故障根源存在。从已检测到的数据分析,用万用表检测已显得无计可施,而且全面的检查上述二部分电路必须得再次拆下模块。
根据以往的经验首先怀疑的还是驱动部分有问题。此时具有示波功能的ET521A就派上用场了,使用ET521A示波功能中的单次扫描功能反复检测,最后在V相上管IGBT的G-E极间检测出存在如下2图所示的尖峰脉冲。第一个画面为上电即报故障时所捕捉到的波形之一,第二个画面为上电一段时间后报故障前捕捉到的波形之一。
&
经多次测试后发现问题竟然出在如前面变频器A处理过的那部分!看来问题还是b段氧化铜箔处理的不够彻底。幸好此部分不完全在模块下面,从模块的镙丝安装部位缺口处把原来的细铜丝拆除,用另一段比原来长约2倍的细铜丝,改为并排原氧化铜箔走向焊接,这样用放大镜更能清楚地检查焊接质量。如此处理后反复上电试机正常,完整组装后带负载试机正常。
受例B的警示,为了保证变频器A的维修质量,赶紧拆开变频器A,反过来如例B炮制——看来在处理铜箔线路氧化情况时不仅要避开氧化的重灾区,其氧化边缘的高危区也是不可轻视的。
3故障剖析
在正常情况下,铜箔a、b段是完成IGBT开通与关断工作时的电流必经之路。为什么在同一电流回路中因铜箔氧化后电阻变大的位置不同而导致截然不同的故障信号与损害结果:在变频器A中表现出的故障信息是Err16,模块完好;而在变频器B中表现出的故障信息是Err14,而模块已经永久性损坏。
以上面原理图为依据试分析如下:
任何电路原理的分析,参考点的选择是很重要的,参考点的选择不仅关系到分析过程的繁简,更关系到分析结果的正确与否。此电路的服务对象是IGBT,当分析开通过程时,因为开通IGBT的能量来自电解电容,就要以电解电容的负极为参考点;而在分析关断过程时,是“泄放IGBT内‘Cge’电能的过程”,就要以IGBT的E极做为参考点。在此2台变频器故障中,IGBT“关断性能”不良是主要矛盾,所以这里只分析关断时的故障机理。
首先分析变频器正常关断工作时的情况。
变频器上电后没有启动,或启动后在驱动脉冲的正常关断状态下,驱动IC A3150内部的Q1截止,Q2导通,Q2的管导通压降低于0.2V,经过二极管D和三个22欧并联的电阻,通过铜箔a、b形成IGBT的G-E极放电电流回路,把IGBT的G-E电压钳位在0.6V左右而使IGBT可靠截止。
然后分析变频器A的情况。当a段严重氧化而导致电阻变大时,虽然有A3150及前面电路的正常工作能把⑤-⑥⑦电压拉低到0.2V左右,但因a段氧化电阻的存在,此时仅能做到a段左端电压的钳位,在右端到IGBT的G极因氧化电阻的存在必然抬高IGBT的G极电位并远远高于正常关断时的0.6V。因a段氧化电阻的存在破坏了IGBT正常关断的条件,在关断时仍保持在弱导通状态,是以变频器A在启动运行后报Err16短路故障。
再来看一下变频器B的情况。当b段氧化时,在启动工作后与例A一样存在IGBT的G-E电压不能钳位在0.6V的截止电压而使之可靠关断。在没有启动时,经电容C耦合的电荷也通过150欧电阻加到IGBT 的G极而与E极形成一定的电位差。电容器C在功能设计上是用来吸收尖峰脉冲干扰的,也就是说它是用来抗干扰的,虽然电容器C并无自身质量的改变,但因b段氧化电阻的存在,反而使得电容器C成了干扰的根源。从理论上来说,b段左端到IGBT的G极之间电路中的各种分布电容也将抬高IGBT的G极电位。这两者的任一影响都有可能使IGBT进入弱导通状态。所以变频器B不仅在启动运行后会报Err14故障,有时上电后IGBT就已经进入弱导通状态而报此故障。在变频器B经过初次处理后没有彻底解决问题,是处理铜箔氧化段时存在虚假焊等而使电路工作在偶发性的非常规情况,所以普通万用表检测不到G-E极如此细微的窄脉冲尖峰电压。而当窄脉冲过后IGBT又能可靠截止,所以用万用表同样无法检测到V-N电压的异常变化。
最后对比一下A、B变频器的相同点与相异点。
其实变频器A也存在类似于变频器B一样少不了电路中分布电容影响的情况,但是a段阻值的增大不仅阻隔了电容C对IGBT & E极的影响,同时也减小了a段左侧分布电容C对它的影响。所以它在上电时没有报故障,但在启动后因不能可靠关断的异常状态存在而报故障停机。从上面的分析看出:例B的G-E截止电压应该是高于例A的G-E截止电压的,在排除模块损坏以及相关检测电路异常的情况下,或许这就是Err16与Err14故障代码所代表不同的G-E电压而使IGBT进入不同程度的“导通状态”了吧。同一电流回路中的氧化点位置不同而使其各自的G-E电压不同,进而使各自的IGBT进入不同程度的导通状态,正是造成此种不同故障信息的根源,当然也就带来了对IGBT截然不同的影响。
4小结
维修工作的实质内容是在专业知识与检修经验的指引下,以维修员的分析思路为指导,使用各种仪器工具排查损坏部位直到具体的元器件或具体线路。不同档次的仪器工具有着不同的功能及性能指标,每个维修员能够拥有自己使用起来得心应手的工具也是检修工作中不可或缺的。每一次成功维修的背后,都少不了自身的专业知识与检修经验,同样也少不了各种维修工具的协助。在此次维修案例中,功不可没的维修工具当数ET521A示波表。
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图片已经上传,那位朋友能够指点指点电压检测的几个电阻在什么地方?
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此楼内容不符合板块规定,不予显示!
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你的这款我没见过!丹佛斯5000一般从电源进线有3根线到开关电源附近,用224做电压比较的。
xq09181 版主
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这种小功率机型可能大家修的比较少,但应该也有电压检测电路,从开关电源的二次输出电路、或直流回路,找一下电压检测电路吧。
咸庆信变频器维修专题博客:
【博客文章全为原创,多为维修笔记,旨在技术交流,互相提高。以变频维修及其它工控类文章为主,间或放进些诗歌散文,以起到阅读中的调适作用,也是原创。欢迎转载,欢迎留言探讨有关工控的技术问题!欢迎赐教与指正!转载最好注明文章出处标以转载字样,以期规范转载行为。所有文章大家随便看,不搞什么须登陆,须回复才能打开的设置!这是我的公告。--旷野之雪】
《精选工业电器电路原理图析与实用检修》、《变频器实用电路图集与原理图说》、《变频器电路维修与故障实例分析》、《PLC技术与应用——专业技能入门与精通》已经出版。
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以前没有拆模块,没有找到,拆模块才知道在模块下面.找到采样点后不需要拆模块就可以维修,不过小板问题居多
丹佛斯2800小功率变频器小板问题比较多
我这里普遍都是没有带电机运行就有1.2~1.8A电流显示,电流取样电路没有问题
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丹弗斯380v &0.75 kw的空载电机1.2A 正常吗?带0.75 的电机也是1.2A。启动或停止时1.2-1.4A.
工控学堂推荐视频:变频器电路图-整流、滤波、电源及电压检测电路--自动化、企业信息化—中国工控网—技术中心-工控论坛-中国工业控制自动化领域权威咨询、资讯传媒
变频器电路图-整流、滤波、电源及电压检测电路
, 21:18:00 发表于:《》
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&&&以下仅仅对变频器电路图-整流、滤波、电源及电压检测电路的分析,好象论坛上发不了图纸.1.&&&&&&&整流滤波部分电路三相220V电压由端子J3的T、S、R引入,加至整流模块D55(SKD25-08)的交流输入端,在输出端得到直流电压,RV1是压敏电阻,当整流电压超过额定电压385V时,压敏电阻呈短路状态,短路的大电流会引起前级空开跳闸,从而保护后级电路不受高压损坏。整流后的电压通过负温度系数热敏电阻RT5、RT6给滤波电容C133、C163充电。负温度系数热敏电阻的特点是:自身温度超高,阻值赿低,因为这个特点,变频器刚上电瞬间,RT5、RT6处于冷态,阻值相对较大,限制了初始充电电流大小,从而避免了大电流对电路的冲击。2.&&&&&&&直流电压检测部分电路电阻R81、R65、R51、R77、R71、R52、R62、R39、R40组成串联分压电路,从电阻上分得的电压分别加到U15(TL084)的三个运放组成的射极跟随器的同向输入端,在各自的输出端得到跟输入端相同的电压(输出电压的驱动能力得到加强)。U13(LM339)是4个比较器芯片,因为是集电集开路输出形式,所以输出端都接有上接电阻,这几组比较器的比较参考电压由Q1(TL431)组成的高精度稳压电路提供,调整电位器R9可以调节参考电压的大小,此电路中参考电压是6.74V。如果直流母线上的电压变化,势必使比较器的输入电压变化,当其变化到超过6.74V的比较值时,则各比较器输出电平翻转,母线电压过低则驱动光耦U1(TLP181)输出低电平,CPU接收这个信号后报电压低故障。母线电压过高则U10(TL082)的第7脚输出高电平,通过模拟开关U73(DG418)从其第8脚输出高电平,从而驱动刹车电路,同时LED&DS7点亮指示刹车电路动作。由整流二极管D5、D6、D7、D18、D19、D20组成的整流电路输出脉动直流电,其后级的检测电路可对交流电压过低的情况进行实时检测,检测报警信号也通过光耦U1输出。3.&&&&&&&电源电路U62(VIPER100SP)是内部带场效应管的开关电源控制芯片。母线电压+VPW通过保险F1加到开关变压器T1的第2脚,T1的第1脚和第2脚是初级线圈,U62内部集成了特别的启动电路,电路启动后,T1次级3、4、5脚输出的感应脉冲经整流滤波后得到电压检测电路所需的正负电压,正电压也同时提供给U62以维持其工作。T1其它次级输出的感应脉冲经整流滤波后分别供应U、V、W三相上桥光耦驱动所需电压(+VHU,0VHU)(+VHV,0VHV)(+VHW,0VHW),还有其它控制电路所需电压(+VSI,0VSI,-VSI)。芯片U56(LM2575S-ADJ)是一个PWM开关式输出稳压芯片,将+VSI电压降压并稳定为5V(+VSI5)供给CPU等芯片所需电路。&
以下是对《变频器电路图-整流、滤波、电源及电压检测电路》的回复:
共有112人回复
   21:54:00
&&&&谢谢!
   22:01:00
&&&&是真的吗?给我来一份,谢谢!
   22:05:00
&&&&给我一份,
   22:06:00
&&&&谢谢。
   22:28:00
&&&&真卑鄙!怪不得看起来这么眼熟,这是"芯片级的文章".鄙视你!!!
   22:52:00
&&&&是呀,真卑鄙
   22:53:00
&&&&就是&芯片级维修&的文章,呸!!
   23:07:00
   23:19:00
   23:27:00
   0:06:00
   23:00:00
&&&&&&&&&&------谢谢&!!!!!!
   23:14:00
&&&&路过说句话:人家好心拿东西出来分享&你们何必要这样说人家呢?但我不是为了图纸&就算是总结人家&人家有向你们要钱麻?&也只想让一些刚接触变频器多学点东西,大家都是在这行上的,有必要这样说人家麻,如果是你个人技术不想拿出来让大家分享人家也不怪你,尽然人家都发到网上了,就算人家在发一次又如何?我觉得个人品德还得保重!我也不是帮人说好话&自有公德。
   9:56:00
&&&&怎么没有图呀。我想要个变频器调速的电路图。
   11:36:00
&&&&我在这里也说一下,他把这些拿来与大家分享,很好呀,他又不是从事商业活动,你们已经知道的可以不看呀.以前的我们没有上来的本就不知,他针对的也是我们这些该学习的人,他确是一片好心.
   13:59:00
   22:55:00
&&&&顶!同意anhor朋友的见解陈先生:给我一份图纸!&谢谢
   14:20:00
&&&&也给我一份好吗?  .cn
   19:47:00
   12:30:00
&&&&我也要   
   11:14:00
&&&&最近有件烦心事,请教各位高手!前段时间我安装185KW的变频带风机,输出是6根150平方的铝芯线(每相两根),变频到风机的距离有60米.安装了输出电抗器.启动变频马上跳输出短路,起先我以为是电机有问题,我把电机端的6根线全部分开腾空,启动还是跳输出短路,然后我把线仔细的检查一边,线没问题.最后我就只用3根150平方的铝芯线把风机带起来很正常.但只能暂时工作,在不换线的情况下有什么办法能解决此问题?
   15:05:00
&&&&TO:&(陈先生)&&&确实是卑鄙加无耻,既然抄人家的就明说吗。还口口声声“感觉总结的好,然后才拿出来分享的”。到底想干嘛。要如你所说你完全可以上传到自助资料库中,何必呢。
   15:47:00
&&&&&给我一份,
   18:06:00
&&&&同意anhor朋友的见解,反对那些以为自己是的SB&&&&陈先生:&给我一份图纸!&&shao.yang.
   20:04:00
&&&&可以也给我一份吗?
   20:06:00
   20:08:00
   3:27:00
   9:48:00
&&&&看不见..
   13:52:00
&&&&都是为了交流一下,互相学习吗
   19:15:00
&&&&多谢了
   19:38:00
&&&&多谢了
   20:25:00
&&&&很好   该收藏呢 
   22:27:00
&&&&&可以也给我一份吗?xiaogou
   16:11:00
&&&&顶,急求。&&注意:f后面是字母L。
   3:16:00
&&&&小弟需要一份海利普变频器的资料,谢谢了
   3:17:00
&&&&我的联系方式lixiongfei_
   3:39:00
&&&&lijian_感谢
   17:21:00
&&&&陈先生能给我发一份&&&&我的邮箱是&&&谢谢
   22:10:00
&&&&能给我一份吗?&&&谢谢!
   22:10:00
&&&&给我一份&&
   23:36:00
   15:37:00
&&&&&陈先生能给我发一份&&
   13:18:00
&&&&给我一份图纸邮箱:
   13:51:00
   16:11:00
&&&&怎么联系呀?我.cn
   16:32:00
&&&&支持一下陈先生。建议把图纸传道网上,或者建个博客,这样大家都可以进去浏览了,好的大家一定会留言感谢的。
   17:05:00
&&&&陈工你的QQ是多少?可以发到我的邮箱:谢谢!我是专修变频器的,图纸对我来讲很重要的。谢谢了。
   9:25:00
&&&&谢谢陈工的资源分享,也鄙视那些阻碍资源共享的人顶起来我也需要资料,谢谢
   9:39:00
&&&&谢谢陈工的资源分享,我正在做关于整流逆变的交流调速,我也需要您提供的资料,谢谢!
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技术员, 积分 25, 距离下一级还需 25 积分
三菱FR-F540-55K变频器在启动过程中频率在增加而变频器的输出有时有电压和电流有时无电压和电流,同行们有谁知道的可以告诉我好吗?
三星工程师, 积分 802, 距离下一级还需 148 积分
你是怎样测量的,使用什么仪表
启动到多少频率的时候总是有电压和电流呢
技术员, 积分 25, 距离下一级还需 25 积分
用万用表测量输出电压,输出用互感器,频率到35HZ时还没有
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输出侧用电流互感器,电压用万用表,频率一直到35Hz时还没有电压和电流
三星工程师, 积分 802, 距离下一级还需 148 积分
50HZ时能正常带动负载么,有什么反映?
是你需要维修的变频器么?
看看驱动电路是否损坏
或者控制板是否损坏
技术员, 积分 25, 距离下一级还需 25 积分
新的变频器.用面板操作十次启动有八次启动不了,系统用压力传感器给变频器4-20mA信号去控制变频器.
五星助理工程师, 积分 396, 距离下一级还需 104 积分
土木币1367
将变频器恢复出厂设置,废除所有的复杂控制(压力传感器给变频器4-20mA),用最简单的面板操作控制变频器,看看变频器能否启动。
如仍然不能工作,就应该是变频器有问题了。
你说的故障有点象空载滑行,在变频器内部有输出,但有一个开关已将负载断开。
技术员, 积分 25, 距离下一级还需 25 积分
我是用面板操作来着,变频器能启动,就是没有电流和电压,电机纹丝不动.你说的开关指的是....?
技术员, 积分 25, 距离下一级还需 25 积分
以下是引用zhongbeidianqi在 15:26:35.0发表的内容:
用万用表测量输出电压,输出用互感器,频率到35HZ时还没有
普通万用表不能测量变频器的。。。。
技术员, 积分 25, 距离下一级还需 25 积分
如何测量?
相关专题:
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矩阵整流器输入与输出滤波器特性的研究
作 者:上海交通大学电气工程系
随着电力电子变换技术的发展,静态电力变换器得到了广泛和深入的发展。整流器即ac-dc变换器,完成交变电压到直流电压转换的静态电力变换器,大体上包括相位控制整流器、pwm控制电压源整流器(vsr)、pwm控制电流源整流器(csr)以及矩阵整流器(mr)。矩阵整流器是一种通用的降压型三相ac-dc变换器,能够实现真正的四象限运行,可以产生进行幅值可调、极性可调的直流电压源,应用范围比较广泛。矩阵整流器是降压型可控整流器中具有代表性,虽然采用pwm波形高频合成原理使得矩阵整流器的分析便于进行数学描述和系统建模,但毕竟由于存在开关作用,电路结构不断发生周期性变化,对于电网而言仍然存在非线性阻抗特征,这些要求都要求其输出直流端与输入交流端必然要采用合适的无源滤波器才能实现阻抗线性化和四象限的可控整流功能。为了便于分析电力变换器系统的性能,有必要简化或消除其中开关动作影响。通过电路dq转换技术可以将开关系统的时变非线性本质转换为不包含功率开关元件的线性网络,运用线性系统的方法分析其性能,虽然这种方法没有考虑谐波分量,对分析整流系统的性能仍然具有一定的意义。另一方面,由矩阵整流器的拓扑还可以演化出稀疏、很稀疏和超稀疏矩阵整流器(wiener整流器)拓扑,再增加一种pwm控制电流源整流器。本文在分析论证矩阵整流器与电流源整流器在拓扑和控制算法上本质相同的基础上,采用电路dq转换技术建立输入lc滤波器-矩阵整流器-输出lc滤波器系统的dc等效电路,重点分析其dc特性对滤波器参数设计的要求,在进行实验验证基础上给出几点设计原则和参数选择公式。
矩阵整流器等效谐波电流源特性分析
矩阵整流器电路系统的典型拓扑见图1,其功率主电路部分包含有6只双向可控功率开关,呈现三相h桥结构,上桥臂三只开关的输出端连接在一起,形成输出相ua,下桥臂三只开关的输出端连接在一起,形成输出相ub,最终输出直流电压udc和uo。
矩阵整流器是一种双向电力变换器,根据矩阵整流器的调制算法,如开关函数算法、电流空间矢量算法、双线电压算法以及各种演化出的算法,包含由输入相/线电压到输出电压的变换和输出电流到输入电流的变换,因此矩阵整流器具有一般高频谐波电流源负载特性。输出滤波电感的感值相对输出滤波电容的容值越大,谐波电流源负载特性越明显。输入端宜采用并联滤波方式,将输出端映射来的正弦波分布的电流脉冲旁路,可以采用并联电容方案。但是如果供电电源为无穷大电源,电源阻抗与线路阻抗很小,采用并联电容方案几乎没有任何效果。鉴于此矩阵整流器必须在网侧线路上串联阻抗,理论上可以为电感和电阻,串联电感最好,可以增加高频谐波电流的感抗,强迫谐波电流通过滤波电容。因此矩阵整流器系统适合采用输入lc滤波器,鉴于采用高频pwm调制技术,l、c的参数可以下降。
3 矩阵整流器的开关函数算法
忽略输入滤波电感的压降,以正相序为例,输入电压方程与最大输出电压时期望输出电压方程分别为
不失一般性,令φ0=-π/6,得到
其中,uim、ωi与uom分别输入相电压的幅值、角频率与输出相电压的幅值,uom=uim,m为电压变比,。设定矩阵整流器开关阵列的开关函数矩阵为
其中,行l=1,2表示各输出相ua和ub,列k=1,2,3表示各输入相ua、ub和uc,约束条件为。f11(t)~f13(t)与f21(t)~f23(t)分别对应图1中双向可控开关s11~s13与s21~s23的瞬时占空比。通过计算开关函数的瞬时取值,再乘以开关周期就可以得到在该开关周期中该功率开关的导通时间,其余时间为关断时间。采用上述开关函数算法的结果是mr的输出电压幅值可调,极性可调,输入电流正弦波形且与输入电压同步,其幅值为,单位输入功率因数。
考虑到约束条件0≤f11(t)…f23(t)≤1,f21(t)+ f22(t)+ f23(t)=1,f11(t)+ f12(t)+f13(t)=1。鉴于开关函数矩阵非满秩,可知满足式(5)的解有无穷多组,选取角频率最低的解有利于数字pwm波形高频合成,可得矩阵整流器的一种单位输入功率因数的开关函数的解,桥臂中点的开关函数为
矩阵整流器系统的电路分解与dq转换
输入lc滤波器-矩阵整流器-输出lc滤波器-电阻系统见图1,按照电路dq转换要求,经过分解得到6个子电路:电源电路;电网电阻与滤波电感电阻电路;输入滤波电感电路;输入滤波电容电路;整流电路;输出滤波与电阻负载电路。
矩阵整流器系统及其子电路分解
对每一个子电路进行dq变换后,得到各个子电路dq转换模型,取旋转坐标系的q轴与静止坐标系的a轴间的初始夹角为φ,则dq变换矩阵及其逆矩阵分别为:
其中,-180°≤φ≤180°,角位移α=2π/3。
第一部分:电源电路的dq变换
不失一般性,设电源相电压初相角为0,则负相序电源相电压为
电路dq变换后得,
第二部分:电源电阻与电感电阻电路的dq变换
ur-us=(rl+rs)is=riis
电路dq变换后得
第三部分:输入滤波电感电路的dq变换
电路dq变换后得
第四部分:输入滤波电容电路的dq变换
电路dq变换后得
第五部分:整流开关阵列的dq变换
假设输入lc滤波器参数设计合适,开关频率足够高,矩阵整流器输入相电压谐波电压分量可以忽略,波形与电网相电压一致,相位为φl,矩阵整流开关阵列的dq变换为
忽略矩阵整流器开关阵列的压降,则输出直流电压为
第六部分:输出滤波与负载电路dq变换
输出直流电压为
把各子电路的dq变换电路按照功能连接,得到矩阵式整流器电路系统的等效dq模型,见图2。
矩阵整流器系统的等效dq电路
矩阵整流器系统的dc特性分析
不失一般性,设φi = φ,分析矩阵整流器电路系统dc特性时,可将电路进一步简化。将图2中电感短路和电容开路,得到图3所示的dc电路,可用此电路分析矩阵整流器电路的dc特性。
矩阵整流器电路系统的dc电路
通过建立图3的电压回路方程和回转器方程,得到输出直流电压为
可见,输出直流电压是调制度m、输入滤波器参数l和c、电网与电感的等效电阻r、负载电阻ro和输入功率因数角j的函数。鉴于r很小,m越大,输出电压越高。再考虑到,输出直流电压ro基本无关。实际系统中,输入等效电阻越大,对谐波电流的抑制作用越强。毕竟输入等效电阻一般为mw级,故其作用可以忽略。由于r与c的取值很小,上式可以进一步简化为
由式(20),输出直流电压与cosφ成正比,表明矩阵整流器输入电流位移调节范围大时,同样调制度情况下,输出直流电压幅值下降。
由式(20),乘积lc越大,同样调制度时输出电压平均值越高,原因是输入l、c发生并联谐振引起电压幅值上升。由于矩阵整流器为谐波电流源特性,而且缺乏自然整流路径,乘积lc不宜过大,防止并联谐振加剧,这是设计矩阵整流器输入lc滤波器参数必须考虑的问题。另外,毕竟网侧电流不可能为完全正弦波,当电感感值大时会引起纹波电压叠加在输入电压后供给矩阵整流器开关阵列。再考虑到开关频率足够高,电感的高频感抗很高,因此要求滤波电感的取值尽量小。对于小容量电网可以采用变压器漏感或线路分布电感,以免引起过高的开关阵列前电压畸变和相移,负载重时输入滤波电感取值可以更低;同时要求滤波电容取值尽量小,只要能够完全吸收高频电流脉冲即可。在电感取值相当小时,可以适当增加电容的取值。
另一方面,矩阵整流器系统能够正常工作也要考虑断电缓冲(续电,动能缓冲,断电过渡,ride through)能力,在断电期间给控制电路继续供电。即使如此也不必须随意增加输入滤波电感和电容的取值。解决断电缓冲问题可以采用输出滤波电路的电感和电容储能并采取适当的开关规则来实现。
考虑到乘积lc很小,可以得到电网电流、有功功率和无功功率表达式分别为
式(22)中s表示视在功率,网侧有功功率的大小与cosφ成正比,表明矩阵整流器输入电流位移调节范围大时,同样调制度情况下,由于输出直流电压幅值下降造成输出功率下降。式(22)中,第一项表示矩阵整流器产生的可变无功功率,p一定时,网侧无功功率的大小与tanφ成正比,取决于电流位移φ,即无功功率的调节能力依赖于有功功率的调节,有功功率为零时无功功率调节能力最小。当调制度m一定时,通过控制相位差φ可以产生超前的或者滞后的无功功率。第二项表示输入滤波器lc产生的超前的无功功率,当输入滤波器参数和电网参数确定后,这部分无功功率是固定的。其含义是在空载时,滤波电感的失去作用,滤波电容起到主要作用。
无功功率为零时,输入功率因数为1,令无功功率为零,得到
则控制相位差φ有两个可能的解,
功率因数为1时,φ主要为滤波电容c、负载电阻r0和调制度的函数。滤波电容c取值高时、负载电阻r0大时、调制度m低时,φ取值较大。说明负载轻和滤波电容大时,网侧电流容易呈现容性。如果额定负载越大,为了在额定负载下实现单位输入功率因数,要求滤波电容取值较大,则轻载时网侧电流容易呈现强容性。
功率因数为1时,有功功率为
则输入功率因数为
只有当时,功率因数才可能为1,即变换器所带负载电阻阻值较大时,功率因数不可能达到1,因为此时有功功率很小,调节能力较差。
输入输出滤波器参数选择6.1 输入滤波器lc参数选择
以22kw矩阵整流器系统为例,设定输入功率因数为1和假设效率为95%,则电网线电压有效值为380v时,网侧额定电流有效值为35.0a。
忽略lici并联谐振效应,滤波电容需要吸收全部谐波电流,还要吸收桥前基波线电压产生的容性电流。设计滤波电容容值(y接)计算经验公式:
滤波电容ci需要承受桥前基波电压以及叠加的谐波电压纹波,给谐波电流提供导通的回路,最坏的条件是额定的桥前电压最小时vlb(min) ,滤波电感引起的最大高频纹波电压系数r =δvl/vl,r =0.02~0.04。滤波电容电流相对系数kr,kr=0.15~0.25。为了防止电流畸变,ci应该有最大值限制。主要考虑开关频率次谐波电流的滤波,fs=20khz,kr=0.1,r=0.02,vlb(min) =220vrms,得到ci≤6.3μf ,实际取5.0μf 。
滤波电感l除了产生基波压降,主要产生谐波压降,抑制谐波电流导通回路,最坏的条件是额定的电网电压最大时vl,最大基波电压系数kr,kr=0.01~0.04。滤波电感电流相对系数,r =0.95~1。为了防止电流畸变,li应该有最小值限制,主要考虑基波电流的压降。设计滤波电感感值计算经验公式:
代入fs=20khz,kr=0.02,r=0.98,ilb=19.5arms,得到,l≥1.0mh。
计算得到的截止频率为fc=740hz,可得,乘积lici较小,输入滤波器参数设置比较合理。6.2 输出滤波器lc参数选择
桥后电流直流含有直流分量、高次谐波电流分量,其中直流分量就是负载电阻电流的直流分量,谐波电流分量就是电解电容的电流分量,负载电阻谐波电流分量只占直流分量的1%以下,可以忽略。电容电流的开关频率次的谐波电流分量是选择容值的重要因素。为了方便起见,不考虑较高次谐波电流的影响,设纹波电流有效值为ie,则输出电压纹波应该为,其中δv0纹波电压的幅值,esr为电容的等效串联电阻,esr较低时电解电容的计算公式为
实际取值35μf 。
滤波电感l要求将输出电压转换为电流,额定负载时,电流纹波r不应大于平均电流的2~4%,否则会增大直流电压的纹波电压,而且输入滤波器的滤波效果将下降,为此电感l应该有最小值限制,设计滤波电感感值计算经验公式:
实际取值2.0mh,即使在轻载下电流纹波也不至于过大。
为了验证理论分析是否正确,搭建了矩阵整流器实验平台,如图4所示。功率电路主要包括lici输入滤波器、双向功率开关阵列、loco输出平波电抗器和电容、电阻负载以及电压缓冲电路。控制电路包括输入电压相位检测电路、输出电流/电压检测电路以及换流和驱动电路。
矩阵整流器的实验原理
具体实验条件:输入相电压有效值60v,双向开关采用s1和s4采用igbt共射极构成方式,另外四个双向开关采用igbt共集极构成方式,开关频率为10khz,输入滤波器电感l1=l2=l3=0.5mh,输入滤波器电容c1=c2=c3=10μf(y接法),输出滤波电感l=5.5mh,负载电阻rload=50ω,输出电压参考值75v。图5给出了矩阵整流器的输入电流和输出电压实测波形。由实测波形可以看出,矩阵整流器输入电流波形正弦,输出电压稳定跟踪给定参考值,表明输入与输出滤波器参数选择比较适当。
(a)矩阵整流器的输入电流
(b)矩阵整流器的输出直流电压图5
矩阵整流器输入相电流和输出电压的实测波形
电路dq转换技术可以将矩阵整流器开关系统的时变非线性本质转换为不包含功率开关元件的线性网络,采用电路dq转换技术可以建立dc等效电路,得到了比较完善的输出电压、有功功率、无功功率、功率因数的包含输入滤波器参数的表达式,可以明确看出输入滤波器参数对上述电量的影响。综合矩阵整流器的工作原理和谐波电流源特性,得到以下几点关于输入与输出滤波器参数设计的参考原则:
(1)网侧可以采用输入lc滤波器,乘积lc尽量小,电感取值尽量小,按照电感纹波电流和电容纹波电压的容许值来选择,使得截止频率很容易做到远远大于功率和远远小于开关频率,防止输入并联振荡加剧;
(2)载侧可以采用输入lc或l滤波器,乘积lc尽量小,电感取值可以适当增加,按照电感纹波电流和电容纹波电压的容许值来选择,防止输出并联振荡加剧;
(3)采用输出滤波电路储能和适当开关规则来实现矩阵整流器系统的断电缓冲能力;
(4)鉴于电流源整流器与矩阵整流器的工作原理具有相似性,上述滤波器设计方法可以适用于电流源整流器。
硕士研究生,主要研究方向为矩阵整流器,无源滤波器设计,以及dc/dc变换器。
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 | 本文来自:2009年第11期“技术探讨与研究”上 ,已经被阅读过1285次
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