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小功率单相智能变频器的设计

2019-05-28 10:48编辑:admin人气:


1 引言

  单相交流感应电机的变频调速在许多消费类产品(电扇、洗衣机等)及工业类产品(鼓风机、泵等)中应用广泛,人们可以使用单相通用变频器,但通用变频器价格较高,结构复杂,体积较大,只能安装在电机外部,既增加了使用的不方便,过多的设定功能又造成了浪费。因此,本文设计了一种小型的单相电机智能变频控制电路,它只需一块ic控制器ml4421,一块ipm功率放大驱动模块,一些电容电阻,无需软件开发,结构简单,体积小,还可以放入一般的感应电机内,即可以实现变频器机电一体化,又增加了安装使用的方便。

2 控制电路设计

  控制电路使用micro linear公司生产的单相电机变频控制的专用芯片ml4421,它是一个外部连接简单、功能全面的pwm智能控制芯片。它内部固化了控制程序,自带两路互差90的波形发生器、pwm调制器和转差控制,工作于真正的线性比例、积分和微分(pid)反馈环路,提供10:1的速度控制范围,提供恒定的、可编程的v/f比值。由于没有软件编程的要求,节省了开发成本。

  ml4421的接线如图1。说明如下:

  图1 ml4421的接线

  (1)1、2脚接来自电流互感器的电机电流反馈输入,isa、isb共同构成微分输入,检测a相的电流、电压和电流的相位差,然后与前端电压反馈共同决定给定相位角(精密转差控制时才有效);

  (2)3脚是转差角设定(精密转差控制时才有效);

  (3)4脚精密转差控制时微调正弦波的幅值,该脚接地时,不进行精密转差控制;

  (4)通过调节6脚的输入电压可以控制正弦波的幅值、频率。设c0为0正弦波发生器起振电容,则0正弦调制波频率f=(r6/r5)/(2c00.356),同理可得90正弦调制波频率;

  (5)选择8脚上不同的电阻r8,可设置死区时间t,t=r8/(5.2104);

  (6)9、10接正弦波发生器起振电容c0、c1,11脚设置复位时间,12脚设置pwm载波频率,载波(三角波)频率f=vref/(rref7.2c pwm) ;

  (7)13脚正反转选择,在驱动双相电机时控制其高低电平可实现正转/反转;

  (8)14脚制动时间选择,15脚过流保护输入来自电流变换器,限流保护电阻r15=0.5v/imax;16、25脚正弦波测试点;

  (9)18~23脚驱动6路pwm波形输出,18~20低端输出,21~23高端输出;

  (10)26~28脚接电压反馈输入,该电压指电机两个相位的pwm输出电压进行分压后的平均值。以上电容、电阻等参数可根据实际应用,选择不同的数值,以满足不同的控制效果[1]。

3 主回路及驱动回路

  传统的变频器的功率驱动和逆变电路有两个模块组成,现在这两部分由一个体积不大的ipm功率模块就可完成。ipm由高速、低功率igbt,优选的门级驱动器及保护电路构成。其中,igbt是gtr和mosfet的复合,由mosfet驱动gtr,因而ipm具有gtr高电流密度、低饱和电压、高耐压、mosfet高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点,保护功能有控制电源欠压锁定保护、过热保护、过流保护和短路保护,当其中任一种保护功能动作时。ipm将输出故障信号fo。因此,ipm功率模块功能强大,可以简化电路设计。为了保证变频调速时,单相电机主副绕组严格相差90,主回路选用三相全桥逆变,每个绕组都相当于一个独立的全桥逆变器,取消了分相电容,克服了由分相电容引起的频率不稳定的缺点,并且具有较高的直流母线电压利用率[2]。因此选用6单元的三菱pm20csj060(20a/600v)驱动0.75kw的单相交流感应电机[3]。

  ipm接线如图2,n、p引脚接直流电源,直流电源信号经单相整流电路或直流母线获得。为了防止外部信号干扰,在ml4421和ipm之间加入了光电隔离电路,pwm波形输入端选用高速光藕hcpl4504,故障输出端和制动输入端选用低速光耦pc817,选用隔离电源m57140l,m57140l可提供四组+15v的隔离电源。up、vp、wp、un、vn、wn分别经过高速光藕接ml4421输出的6路pwm波形(ha、hc、hb、la、lc、lb),u、v分别接电机两相绕组,旁路电容取0.01uf。

  图2 ipm的接线

4 结束语

  本文利用ml4421,ipm功率模块,一些电容电阻,设计了小功率单相变频器,无需软件开发,硬件成本低,结构简单,可靠性高,保护能力强,缩短了系统开发时间,为笔者制造低成本、小体积单相变频器提供了一个思路。

(来源:未知)

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