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小功率單相智能變頻器控制電路設計

時間:2018-7-27 15:43:13點擊:

  內本文利用ml4421,ipm功率模塊,一些電容電阻,設計了小功率單相變頻器,無需軟件開發,硬件成本低,結構簡單,可靠性高,保護能力強,縮短了系統開發時間,為筆者制造低成本、小體積單相變頻器提供了一個思...
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本文利用ml4421,ipm功率模塊,一些電容電阻,設計了小功率單相變頻器,無需軟件開發,硬件成本低,結構簡單,可靠性高,保護能力強,縮短了系統開發時間,為筆者制造低成本、小體積單相變頻器提供了一個思路。
  控制電路使用micro linear公司生產的單相電機變頻控制的專用芯片ml4421,它是一個外部連接簡單、功能全面的pwm智能控制芯片。它內部固化了控制程序,自帶兩路互差90°的波形發生器、pwm調制器和轉差控制,工作于真正的線性比例、積分和微分(pid)反饋環路,提供10:1的速度控制范圍,提供恒定的、可編程的v/f比值。由于沒有軟件編程的要求,節省了開發成本。
  ml4421的接線如圖1。說明如下:
  圖1 ml4421的接線
 。1)1、2腳接來自電流互感器的電機電流反饋輸入,isa、isb共同構成微分輸入,檢測a相的電流、電壓和電流的相位差,然后與前端電壓反饋共同決定給定相位角(精密轉差控制時才有效);
 。2)3腳是轉差角設定(精密轉差控制時才有效);
 。3)4腳精密轉差控制時微調正弦波的幅值,該腳接地時,不進行精密轉差控制;
 。4)通過調節6腳的輸入電壓可以控制正弦波的幅值、頻率。設c0為0°正弦波發生器起振電容,則0°正弦調制波頻率f=(r6/r5)/(2×c0×0.356),同理可得90°正弦調制波頻率;
 。5)選擇8腳上不同的電阻r8,可設置死區時間t,t=r8/(5.2×104);
 。6)9、10接正弦波發生器起振電容c0、c1,11腳設置復位時間,12腳設置pwm載波頻率,載波(三角波)頻率f=vref/(rref×7.2×c pwm) ;
 
 。7)13腳正反轉選擇,在驅動雙相電機時控制其高低電平可實現正轉/反轉;
 。8)14腳制動時間選擇,15腳過流保護輸入來自電流變換器,限流保護電阻r15=0.5v/imax;16、25腳正弦波測試點;
 。9)18~23腳驅動6路pwm波形輸出,18~20低端輸出,21~23高端輸出;
 。10)26~28腳接電壓反饋輸入,該電壓指電機兩個相位的pwm輸出電壓進行分壓后的平均值。以上電容、電阻等參數可根據實際應用,選擇不同的數值,以滿足不同的控制效果。
  傳統的變頻器的功率驅動和逆變電路有兩個模塊組成,現在這兩部分由一個體積不大的ipm功率模塊就可完成。ipm由高速、低功率igbt,優選的門級驅動器及保護電路構成。其中,igbt是gtr和mosfet的復合,由mosfet驅動gtr,因而ipm具有gtr高電流密度、低飽和電壓、高耐壓、mosfet高輸入阻抗、高開關頻率和低驅動功率的優點,保護功能有控制電源欠壓鎖定保護、過熱保護、過流保護和短路保護,當其中任一種保護功能動作時。ipm將輸出故障信號fo。因此,ipm功率模塊功能強大,可以簡化電路設計。為了保證變頻調速時,單相電機主副繞組嚴格相差90°,主回路選用三相全橋逆變,每個繞組都相當于一個獨立的全橋逆變器,取消了分相電容,克服了由分相電容引起的頻率不穩定的缺點,并且具有較高的直流母線電壓利用率。因此選用6單元的三菱pm20csj060(20a/600v)驅動0.75kw的單相交流感應電機。
  ipm接線如圖2,n、p引腳接直流電源,直流電源信號經單相整流電路或直流母線獲得。為了防止外部信號干擾,在ml4421和ipm之間加入了光電隔離電路,pwm波形輸入端選用高速光藕hcpl4504,故障輸出端和制動輸入端選用低速光耦pc817,選用隔離電源m57140l,m57140l可提供四組+15v的隔離電源。up、vp、wp、un、vn、wn分別經過高速光藕接ml4421輸出的6路pwm波形(ha、hc、hb、la、lc、lb),u、v分別接電機兩相繞組,旁路電容取0.01uf。
  圖2 ipm的接線

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