专利名称：双功率变频器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种双功率变频器(IH)，具体地说是应用于工业自动 化控制和家用电器等行业，具有双功率等级，以适应恒转矩和变转矩两种负 载条件。
背景技术：
变频器，又可以称为交流变频调速器是应用矢量控制原理，采用模块化 结构，集合数字技术，计算机技术和现在自动化控制技术于一体的智能型交 流电动机调速装置。变频器是把直流整流成交流的静止装置，但通常包含把 交流逆变成直流，用于鼠笼式电机的速度控制，电机的转速与频率成正比。变频器可以进行调频调压的交流电源，可以一台变频器同时驱动多台电 动机，从而节省设备的投资，变频器通过交流一直流一交流的电源后，驱动 异步电机的，所以利用变频器，驱动电动机的功率因素较高，而不受电动机 功率因素的影响。利用变频器，对交流电动机进行调速控制的交流拖动系统，易实现对电 动机的调速控制，可以实现大范围内的高小连续的调速控制，容易实现电动 机的正反转切换，可以连续高频率的起停运行，可以适应各种环境下工作， 可以一台变频器对多台电动机控制，电源功率因素高，可以组成高性能的控 制系统。在已有技术中，变频器的控制电路一般由整流电路、中间直流环节电路、 逆变电路和控制电路4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆 变部分为电源逆变器三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为 滤波、直流储能和缓冲无功功率。该种结构的控制电路虽简单，但功率较低。从变频器结构上看，线路板上部件多数采用电缆线焊接，随着工作时间 的推移，焊接点容易产生不良。变频器壳体小容量、体积大，部件采用螺丝 连接，拆装不方便。线路控制板与电源板距离过近，容易造成干扰，影响产 品正常运行。发明内容本实用新型的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种双功率变频器， 具有双功率等级，适用于供热通风与空调工程应用，带空间矢量控制，以适应恒转矩和变转矩两种负载条件；用户可通过适用于不同负载条件的双功率 等级来选择最合适的变频器，这样可避免使用功率过大的变频器。并具有转 矩大，精度高，噪声低，功能齐全，运行可靠，操作简单，维修方便，节约 能源等特点。本实用新型的主要解决方案是这样实现的本实用新型主要采用在底座内设置控制线路板、电源板，控制电路设在 控制线路板和电源板上，特征是电源输入电路输出端连接整流电路输入端，所述的电源输入电路输入电源通过整流电路输出到滤波电路；整流电路输出端分别连接充电电阻及接触器输入端，所述的充电电阻是用来限制冲击电流，防止二极管模块损坏；所述的接触器是把充电电阻短路，使变频器内部电路的电阻减小，减少用电损耗；充电电阻输出端连接滤波电路输入端，所述的滤波电路是从电源输入电 路输入电流，使用电解电容器滤波，使电流转换成直流电；滤波电路输出端分别与逆变电路及开关电源电路输入端连接，所述的逆 变电路把直流电转变成交流电源，逆变器的信号由微处理器控制；逆变电路输出端连接电源输出电路输入端，所述的电源输出电路是从逆 变电路输出电流到电源输出电路，电源输出电路电流输出电流到电动机；开关电源电路输出端连接微处理器输入端，从滤波电路获得电源，输出 电源信号至微处理器；微处理器输出端分别与逆变电路及显示和控制输入面板连接，微处理器 输入端分别与开关电源电路、电流传感器、显示和控制输入面板连接，从电 流传感器获得电流信号，从面板获得指令信号，用来运算和处理信号；所述的显示和输入面板电路是显示变频器的状态和控制变频器，面板从 微处理器输入信号，再输出信号到微处理器。电源输出电路连接电流传感器，所述的电流传感器从电源输出电路检测 电流大小，进行信号转换，再反馈到微处理器。本实用新型与已有技术相比具有以下优点1、适用于供热通风与空调工程应用，带空间矢量控制；具有双功率等级， 以适应恒转矩和变转矩两种负载条件；用户可通过适用于不同负载条件的双 功率等级来选择最合适的变频器，这样可避免使用功率过大的变频器。2、采 用空间矢量脉宽调制技术，该技术具有出色的控制特性，其总谐波失真低，电流脉动小，转矩脉动小，电机升温低，并且电压的利用率更高。3、内置比 例积分控制，在控制过程中，内置比例积分控制具有很重要的作用，内置比 例积分控制器通过闭式回路中的反馈值与参考值之间的比例和积分对流量、 温度、压力等进行控制。4、设有方便的各种通讯接口 ，可使用RS485、 ModBus RTU、 DeviceNet、 Profibus以及F-net通讯接口运行。5、可为用户提供监控 和控制的便利，Driveview2.0提供有图形监视器、面板模拟器、参数编辑器 以及文本编辑器，可帮助用户对变频器进行监控和控制。6、易于使用的线性 编程，具有简单的分组编程流程。它通过一个32字符的两行液晶显示面板实 现快速和简易的参数变更以及监控。7、总转速范围内的高转矩,适用于重型 行业中，在低转速下具有150%的转矩，因此，其转矩性能在重型应用中得 以证明，使用点动控制方式，可以采用速度跟踪运行状态。
图l、图2、图3为本实用新型结构示意图。图4为本实用新型电路方框原理图。图5为本实用新型开关电源电路元器件连接原理图。
具体实施方式
下面本实用新型将结合附图中的实施例作进一步描述如图l、图2、图3所示底座4采用冷轧钢板加工成型后，表面喷涂， 有比较强的硬度，适用于重型行业。在底座4上分别设置电源逆变器1、散 热器、整流二极管2、继电器3、保险丝5、 4个电容6。电源逆变器l与散 热器(铝制插片式散热器)底面使用导热硅脂紧密结合，电源逆变器l热传导 至散热片上分别散热。整流二极管2主要用于交-直整流。保险丝5能避免电 源逆变器模块损坏，强大保护功能，有过压、欠压、过流、变频器过载、过热、 电机过热等。电容6主要作滤波，4个电容布置在散热片一侧，发热量大，产 生的热量通过冷却风扇对流风道，进行强制冷冷却，底座侧面开散热窗进行 自然风冷,使产品内部保持工作温度。电源板接线端子7可供客户输入和输出 线连接以及接地端子独立连接，电源R，S，T端子以及电机连接UVW端子。 Pl， P2， N连接支流电抗器与制动单元。冷却风扇8通过冷却风扇转动使热量 传输出产品以外，空气对流风道，进行吹散强制冷却。微处理器9进行反馈
信号处理。在底座4内设置控制线路板10及电源板，控制线路板10上主要 设有微处理器等控制回路部件，属于弱电部件。控制线路板lO和电源板ll 采用两板独立设计，并使用隔板12分离开。这样不仅电气上完全隔离，而且 使用中间钢板进行隔离，增加了稳定和安全运行性能耐。在控制线路板10 上设有微处理器及显示和输入面板电路；在电源板11上设有整流电路、充电 电阻、滤波电路、逆变电路、电源输出、接触器、开关电源电路、电流传感 器等。上述电路通过导线连接为控制电路。本实用新型结构部件全部采用冷轧钢板加工成型后，表面喷涂处理。内部 全部采用2. 0铜板连接导电，有充足的电流运行。如图4所示为本实用新型控制电路电源输入电路主要是电源输入端子，压敏电阻组成。输入220V/380V交 流电源，其中含有压敏电阻，用来保护变频器的内部电路，防止冲击电压损 坏变频器。1、电源输入电路输出端连接整流电路的输入端，整流电路主要是 二极管组成，交流电经过二极管以后，变成直流电，再经过电解电容滤波以 后，变成恒定的直流电。2、整流电路的输出端分别连接充电电阻及接触器的 输入端，所述的充电电阻在变频器启动时，充电电阻是用来限制冲击电流， 防止二极管模块损坏；所述的接触器在变频器正常运行以后，接触器接通， 把充电电阻短路，使变频器内部电路的电阻减小，减少用电损耗；3、充电电 阻的输出端连接滤波电路，所述的滤波电路主要是电解电容组成，从电源输 入电路输入电流，使用电解电容器滤波，使电流接近直流电。4、滤波电路的 输出端连接到逆变电路的输入端逆变电路主要是电源逆变器和稳压电路组 成；逆变电路的输入是从滤波电路而来；逆变电路的主要作用是把直流电转 变成交流电源，逆变器的信号由微处理器控制。5、逆变电路的输出端连接到 电源输出电路的输入端电源输出电路主要是电源输出端子组成；电源输出 电路是从逆变电路输出电流到电源输出电路，电源输出电路电流输出电流到 电动机。输出信号到逆变电路。6、滤波电路有电压连接开关电源电路的输入 端所述的开关电源电路从滤波电路后获得电源；作用是为微处理器提供合 适的电源。其输出信号是5伏电源信号好微处理器。7、微处理器的输出信号 是逆变电路及显示和控制输入面板，输入电路是开关电源，提供所需的电源: 从电流传感器获得电流信号，从面板获得指令信号，用来运算和处理信号。8、 电源输出电路连接电流传感器的输出电路电流传感器从电源输出电路检测 电流大小，进行信号转换，再反馈到微处理器。9、显示和控制输入面板控 制输入面板主要是显示变频器的状态和控制变频器。面板从微处理器输入信 号，再输出信号到微处理器，。如图5所示本实用新型开关电源电路(模块)元器件连接关系如下1、 从滤波电路输入电源DCPF和零电位DCNF,电容C18并联在输入电源—两侧;2、 电容C42与电阻R51并联以后与二极管D14的输出端串联接到变压器 Tl上的原边；3、 二极管D14的输入端连接场效应管Q10的漏极，场效应管Q10的栅极 经过电容C30和电阻R43连接到变压器Tl上的线圈一端，场效应管的源极接 到变压器的另一侧；4、 稳压二极管ZD6和电阻R36并联以后连接到场效应管Q10的栅极和源 极两端；5、 变压器T1的原边连接R41，电阻R41的另一端连接场效应管QIO的 栅极和三极管Q12的集电极，三极管Q12的发射极直接连接到零点为DCNF。 零电位DCNF连接到电阻R28和R37，这两个电阻的另一侧连接到变压器Ql。6、 三极管Q12的基极通过电容C31与变压器Tl连接。稳压二极管ZD4， 电阻R38和二极管D9A串联，电阻R42和二极管D9B串联；这两个电路并联 连接电阻R44后接到光电耦合器PC6的输出端，另外一侧分别与三极管Q12 的基极和变压器T1连接；7、 变压器Tl的二次测经过二极管D20和电感Ll输出+5伏的直流电压 信号；电容C61，电容C51，电容C49并联后连接在+5V和零电位G上；8、 变压器T1的二次测经过二极管D18输出+15伏的直流电压信号；电 容C59，电容C70，电容C69并联后连接在+15V和零电位G上；变压器Tl的 二次测经过二极管D19输出-5伏的直流电压信号；电容C60，电容C67，电 容C66并联后连接在+5V和零电位G上；9、 变压器T1的二次侧经过二极管D17整流，通过滤波器FIL2输出+24 伏信号，电容C58和电容C48并联在两侧，电容C57并联在滤波器FIL2之后；10、 变压器Tl的输出侧经过二极管D12和二极管Dll输出信号到放大器 Ul输出信号PP15和信号NN15;11、 电容C25，电容C26并联到PP15和零电位DCNF之间，电容C24,电
容C27并联到NN15和零电位DCNF之间；12、 变压器T1输出侧输出信号引出两根线，其中一根连接电容C61后并 联到电阻R55和电阻R57的两端；13、 电阻R56 —端与变压器Tl的输出信号引脚6连接， 一端连接光电耦 合器PC6的输入引脚1;14、 电阻R55和电阻R57中间引出信号连接到齐纳二极管ZD7，通过电 容C44与光电耦合器PC6连接；15、 齐纳二极管ZD7的一端与光电耦合器PC6连接，另一端与电阻R57 相连。电路原理分析1、 电容C18是大容量的电解电容，主要作用是滤波。电阻R51，电容C42， 二极管D14组成缓冲吸收电路，用以吸收场效应管Q10在关断过程中由于变 压器漏感引起的电压尖峰脉冲。2、 当输入端DCPF加上直流电压时，电流经过电阻R41和电阻R36流向 负极，场效应管Q10是N沟道功率场效应晶体管，场效应管Q10栅极1和源 极3之间的电压即为电阻R36两端的电压，根据米勒效应，要使场效应管Q10 导通，需要超过20n电容电量，这时场效应管Q10处在关断状态。3、 经过电阻R41的一部分电流向储能元件电容C30充电，电容C30的容 量和二次线圈(变压器Tl的11, 12端)的匝数决定储存电量的多少。当充电 结束时，场效应管Q10导通，即一次线圈(变压器T1的13， 14端子)通电。 场效应管Q10栅极1和源极3之间直流电压连续供给通过电阻R42和电容C30 来完成。4、 稳压二极管ZD9A的作用可以有助于释放电容C23的电量，并且可以 钳住场效应管Q10栅极1和源极3之间的电压，使电压不超过20V。5、 与此同时，二次线圈(变压器T1的11， 12端)输出的电压通过二极 管D9A，稳压二极管ZD4,电阻R38向电容C31充电，当电容C31两端的电压超 过0.7V时，三极管Q12导通，电容C30急剧放电，使场效应管Q10被关断， 出现反相电压，导致光耦和电容C31通过电阻R42， 二极管D9B，电阻R44出 现放电电流。6、 当电容C31电压两端的电压低于0.7V时，场效应管Q10截止，电流 向储能元件电容C30重新充电。所以二次线圈(变压器Tl的ll， 12端)的
电压、稳压二极管ZD4、电阻R38、电容C31和光耦电流的大小决定场效应管 Q10通断的占空比。7、 二次线圈(变压器Tl的6、 7端)提供15V直流电压，二极管D20 和电容C26，电感L1，电容C51,电容C49起到整流滤波的作用。8、 二次双抽头线圈(变压器T1的3、 5端)提供+15V和-15V直流电压， 中心抽头变压器Tl的4端为共用负极，电流从抽头3经过二极管D18整流和 电容C59，电容C70的滤波之后，输出稳定的+15V电压，二极管D19是-15V 的整流二极管，再经过电容C60，电容C67的滤波之后，使-15V稳定输出。9、 二次线圈(变压器T1的1、 2端)经过二极管D17和电容C58整流和 滤波后，再经过电容C48，滤波器FIL2，电容C57组成的低通滤波电路，输 出24V直流电压。10、 二次双抽头线圈(变压器T1的8、 9， 10端)经过D12和电容C24 整流和滤波后，通过三端稳压器U1，电容C26滤波后，输出正15V，因为9， IO为异名端，同理，二极管D11和电容C24整流和滤波后，通过三端稳压器 U2，电容C27滤波后，输出负15V电压。11、 电阻R56与电阻R55,电阻R57光电耦合器P电容C6组成反馈回路， ZD7并联稳压器内部包含2.5V带隙基准电压、运算放大器和驱动器，作次级 基准误差放大器用。电阻R56限流电阻(控制在几十毫安以下)，电容C44只是 起到稳压作用，电阻R55和电阻R57决定了参考电压为2. 5V。当输出电压发 生波动时，通过ZD7等器件组成的反馈电路，改变流过光耦的发光二极管的 电流，从而改变流入场效应管Q10的栅极1的电流，调整场效应管Q10的输 出占空比，使输出电压重新稳定。
权利要求1、一种双功率变频器，采用在底座内设置控制线路板、电源板，控制电路设在控制线路板和电源板上，控制电路包括逆变电路、整流电路，其特征是电源输入电路输出端连接整流电路输入端，所述的电源输入电路输入电源通过整流电路输出到滤波电路；整流电路输出端连接充电电阻及接触器的输入端，所述的充电电阻是用来限制冲击电流，防止二极管模块损坏；所述的接触器是把充电电阻短路，使变频器内部电路的电阻减小，减少用电损耗；充电电阻连接滤波电路，所述的滤波电路是从电源输入电路输入电流，使用电解电容器滤波，使电流转换成直流电；滤波电路输出端与逆变电路，开关电源电路连接，所述的逆变电路把直流电转变成交流电源，逆变器的信号由微处理器控制；逆变电路输出端连接电源输出电路的输入端，所述的电源输出电路是从逆变电路输出电流到电源输出电路，电源输出电路电流输出电流到电动机；开关电源电路连接微处理器，从滤波电路获得电源，输出电源信号至微处理器；微处理器输出端与逆变电路，显示和控制输入面板连接。微处理器的输入端是电流传感器，控制面板和开关电源。微处理器用来运算和处理信号；所述的显示和输入面板是显示变频器的状态和控制变频器，面板从微处理器输入信号，再输出信号到微处理器。电源输出电路连接电流传感器，所述的电流传感器从电源输出电路检测电流大小，进行信号转换，再反馈到微处理器。
2、 根据权利要求1所述的双功率变频器，其特征在于所述的控制线路板 和电源板(11)中间设有隔板(12)。
3、 根据权利要求1所述的双功率变频器，其特征在于所述的开关电源电路元器件连接关系如下(1) 、从滤波电路输入电源，电容(C18)并联在输入电源两侧；(2) 、电容(C42)与电阻(R51)并联后与二极管(D14)的输出端串联 接到变压器(Tl)上；(3) 、 二极管(D14)的输入端连接场效应管(Q10)的漏极，场效应管 (Q10)的栅极经过电容(C30)和电阻(R43)连接到变压器(Tl)上的线圈一端，场效应管的源极接到变压器的另一侧；(4) 、稳压二极管(ZD6)和电阻(R36)并联后连接到场效应管(Q10) 的栅极和源极两端；(5) 、变压器(T1)连接(R41)，电阻(R41)的另一端连接场效应管(Q10) 的栅极和三极管(Q12)的集电极，三极管(Q12)的发射极直接连接到零点(DCNF);零电位(DCNF)连接到电阻(R28和R37)，两个电阻的另一侧连接 变压器(Ql);(6) 、三极管(Q12)的基极通过电容(C31)与变压器(Tl)连接，稳 压二极管(ZD4)，电阻(R38)和二极管(D9A)串联，电阻(R42)和二极管(D9B)串联；两个电路并联连接电阻(R44)后接到光电耦合器(PC6)的输 出端，另外一侧分别与三极管(Q12)的基极和变压器(Tl)连接；(7) 、变压器(Tl)的二次测经过二极管(D20)和电感(Ll)输出直流 电压信号；电容(C61)，电容(C51)，电容(C49)并联后连接在零电位(G) 上；(8) 、变压器(Tl)的二次测经过二极管(D18)输出直流电压信号；电 容(C59)，电容(C70)，电容(C69)并联后连接在零电位(G)上；变压器(T1)的二次测经过二极管(D19)输出直流电压信号；电容(C60)，电容(C67)， 电容(C66)并联后连接在零电位(G)上；(9) 、变压器(Tl)的二次侧经过二极管(D17)整流，通过滤波器(FIL2) 输出信号，电容(C58)和电容(C48)并联在两侧，电容(C57)并联在滤波 器(FIL2)之后；(10) 、变压器(Tl)的输出侧经过二极管(D12)和二极管(D11)输出 信号到放大器(Ul)输出信号(PP15)和信号(丽15);(11) 、电容(C25),电容(C26)并联到(PP15)和零电位(DCNF)之 间，电容(C24)，电容(C27)并联到(,15)和零电位(DCNF)之间；(12) 、变压器(T1)输出侧输出信号引出两根线，其中一根连接电容(C61) 并联到电阻(R55)和电阻(R57)的两端；(13) 、电阻(R56) —端与变压器(Tl)的输出信号引脚(6)连接，另 一端连接光电耦合器(PC6)的输入引脚(1);(14) 、电阻(R55)和电阻(R57)中间引出信号连接到齐纳二极管(ZD7)， 通过电容(C44)与光电耦合器(PC6)连接；(15) 、齐纳二极管(ZD7)的一端与光电耦合器(PC6)连接，另一端与 电阻(R57)相连。
专利摘要本实用新型涉及一种双功率变频器(IH)，特征是其控制电路主要采用电源输入电路输入端连接整流电路，整流电路分别连接充电电阻及接触器，充电电阻连接滤波电路，滤波电路分别与逆变电路及开关电源电路连接，逆变电路连接电源输出电路，开关电源电路连接微处理器，微处理器分别与逆变电路及显示和控制输入面板连接，电源输出电路连接电流传感器。本实用新型能适用于供热通风与空调工程应用，带空间矢量控制，以适应恒转矩和变转矩两种负载条件；用户可通过适用于不同负载条件的双功率等级来选择最合适的变频器，这样可避免使用功率过大的变频器。并具有转矩大，精度高，噪声低，功能齐全，运行可靠，操作简单，维修方便，节约能源等特点。
文档编号H02M5/44GK201044423SQ200720036868
公开日2008年4月2日 申请日期2007年5月9日 优先权日2007年5月9日
发明者朱云亮, 李星坤 申请人:乐星产电(无锡)有限公司