拆解：變頻傳動(dòng)細節觀(guān)

要點(diǎn)

.變速傳動(dòng)通過(guò)調節電機速度以適應負載的要求，可節省能源費用，延長(cháng)設備壽命。

.變頻傳動(dòng)采用脈沖寬度調制方法，改變一個(gè)感應電機的電壓和頻率。

.電機傳動(dòng)應用要求在IGBT的柵極驅動(dòng)與橋變頻器和電機相電流檢測之間有直流的隔離。

.整流后的直流電壓再轉回交流，采用是功率電子器件，如絕緣柵雙極晶體管。

.輸出電壓以高頻率開(kāi)和關(guān)，將導通時(shí)間(或脈沖寬度)控制為近似于一個(gè)正弦波形。

電機傳動(dòng)控制電機的速度、轉矩、方向，以及最后的馬力，它分為兩大類(lèi)：交流與直流。交流傳動(dòng)用于控制交流感應電機，并且與直流傳動(dòng)一樣，也控制速度、轉矩和馬力。直流傳動(dòng)通常是控制一臺并聯(lián)繞組的直流電機，它的轉子電路和磁場(chǎng)電路是分開(kāi)的。這次拆解的是Schneider Electric的Altivar 12變頻傳動(dòng)器，揭示了這兩類(lèi)傳動(dòng)的一些關(guān)鍵特性。

在美國，旋轉設備要消耗總電能的三分之一，包括風(fēng)扇、鼓風(fēng)機、壓縮機和泵。這類(lèi)設備可以采用變速傳動(dòng)技術(shù)，即調節電機的速度以適應負載的需求，優(yōu)點(diǎn)是提高了效率，降低了能耗。例如，將風(fēng)扇或泵的速度降低15%~20%，軸功率能夠減少高達30%。

圖1，當適用IP20保護時(shí)，Type B和C型裝機要去掉通風(fēng)蓋，但在Type A型裝機時(shí)要保留通風(fēng)蓋。

正確使用的變頻傳動(dòng)是合理、可靠和靈活的，它們通過(guò)減少電費而明顯節省了開(kāi)銷(xiāo)。電動(dòng)變頻傳動(dòng)是采用脈沖寬度調制方式改變感應電機的電壓和頻率。傳動(dòng)器采用絕緣柵雙極晶體管，將固定頻率的交流電源轉換為一個(gè)頻率可變、電壓可變的交流電源，供給電機，且感應電機的速度可在大約10%~200%之間調節(這個(gè)范圍還可以更寬)。傳動(dòng)器亦可根據輸出頻率，按比例調節輸出電壓，從而提供一個(gè)相對恒定的電壓-頻率比率，提供合適的轉矩。

Altivar 12手冊中建議，當適用IP20保護時(shí)，對于IP(進(jìn)入保護)Type B和C型裝機，要去掉通風(fēng)罩，但對Type A型裝機則要將通風(fēng)罩保留在機殼上(圖1)。ANSI/IEC 60529-2004描述了外殼提供的保護等級。它是一個(gè)針對操作者保護級別的分類(lèi)體系，能防止操作員接觸到危險部件，并且阻止固體異物和水的進(jìn)入。Type A型裝機每側可允許多達50mm(1.97英寸)的自由空間，通風(fēng)蓋在原位。Type B裝機可以挨著(zhù)裝，但要去掉通風(fēng)蓋(參考文獻1)。Type C可以配合Type A，但也要去掉通風(fēng)蓋。

圖2，直流鏈路（或直流總線(xiàn)濾波器）包括一個(gè)串聯(lián)電感，以及與相關(guān)MKP型電容并聯(lián)的兩只濾波電容，它串接到主電源上。

第一步是使用一個(gè)整流電路，將交流電源電壓轉換為直流電壓。直流電源包含有電壓紋波，由濾波電容加以平滑(圖2)。然后，這個(gè)直流電壓再轉換為交流，通常采用的是脈沖寬度調制(圖3)。輸出電壓以高頻率導通和關(guān)斷，將導通的時(shí)間(或脈沖寬度)控制為一個(gè)近似正弦波。

圖3，IGBT功率晶體管可通過(guò)脈沖寬度調制方法，將直流電壓轉換回交流。

Altivar 12系列采用了英飛凌公司FP30R06W1E3IGBT模塊，并有一個(gè)設計良好的散熱組件。英飛凌IGBT模塊使用了Al2O3基板，外殼熱阻低，這是系統可靠性和長(cháng)期性能的關(guān)鍵。除了輸入轉換器的二極管橋和帶IGBT的輸出變頻器以外，這款英飛凌模塊還有一只板載的NTC(負溫度系數)熱敏電阻，用于監控散熱器的溫度，并有一個(gè)Easy PIM(個(gè)人信息管理器)模塊(圖4、5和6)。

圖4，英飛凌公司的FP30R06W1E3包含整流二極管，一只NTC熱敏電阻，以及IGBT。

IGBT 組件的集成三相柵極驅動(dòng)器是英飛凌的6ED003L06-F，它采用薄膜絕緣硅技術(shù)，使六IGBT橋的輸出對高達-50V的負瞬變電壓不敏感(圖7)。

電機傳動(dòng)應用要求在IGBT的柵極驅動(dòng)與橋變頻器和電機相電流檢測之間有直流的隔離。這種情況下，SOI基板與電路的其它部分完全隔離。大電壓加壓電路降低了輸入電源電壓的dV/dt，盡量減少了來(lái)自電源的峰值電流，從而實(shí)現了一種新的加壓模式。

圖5，英飛凌的Easy PIM模塊是在IGBT柵極驅動(dòng)卡后背的一塊插入模塊。