深度技术拆解：深入变频器电子电动机内部世界

电子发烧友网讯：你可以把电子电动机的世界划分为两个不同的类别——直流和交流，它们控制着速度、转矩、方向和产生一定马力。一个AC变频电机控制AC感应电动机，和相应的DC变频电机一样，控制速度，转矩和马力。通常情况下一个DC变频电机就控制一个并联的场电路和动铁芯分开的直流电动机。这会掀翻施耐德电气的Altivar12变频器对这类变频器的关键性能的详细定义。

风扇、排风机、压缩机和水泵等转动设备消耗掉超过三分之一的美国自产电能。这些设备或许应用变频器技术，通过这些技术，电动速度自调整以适应负载要求，在提高生产率和降低能耗方面有明显功用。例如，调低风扇和水泵15%到20%的速度可以使其轴功率降低30%。

适当的变频器应用是可承担的、可信赖的和灵活的。它能够通过减少电能消耗而节省开支。电动变频器透过脉冲宽度调制来改变感应电动机的电压和频率。这些变频器利用绝缘栅门极晶体管将固定频率的ac电源电压改变为可调频率、可调电压的ac电源为马达供电，同时也可在10%到200%间调整感应电动机的速度，甚至可以在更大范围内调节。这些变频器同样能够调整与输出频率相对称的输出电压以提供一个相对稳定比率的电压、频率比，这样的话可以产生足够的转矩。

Altivar12手册建议你移除B型和C型支架入口保护的通气孔盖，因为IP20的保护是足够的，但我们要将其保留在A类型支架的外壳上（图一）。ANSI/IEC 60529-2004将这些描述为外围设备提供的防护等级。这是一个把防护等级分类的系统，专为那些进入危险部分工作操作者和对那些会被固体外物和水破坏的设备而准备的。A型支架在通气孔盖放在适当位置的前提下，允许每边多于50mm的可用空间，B类型支架允许不带通气孔盖的变频器的并排安装（参考一）。C类型支架除了拿去了通气孔盖以外，其他和A类型的基本一致。

第一步是将AC供电电压通过整流电流装换为DC供电。DC电源包含经滤波电容处理过的脉动电压（图2）。这个DC电压然后就会被转回AC电压，这一般是通过脉冲宽度调节来实现（图三）。输出电压以一个较高的频率开关，持续一段时间，或者脉冲宽带等方式控制适当使其接近于一个正弦波形。

Altivar12系列用英飞凌的FR30R06W1E3的绝缘栅门极晶体管模块和一个精密设计的散热片装配在其上面。英飞凌的FR30R06W1E3 IGBT模块使用Al2O3基底，这可以为这个案子提供一个低热敏电阻，这东西对于系统的可靠性和长期的性能来说是非常关键的。英飞凌的这个模块同样有一个负温度系数的人民电阻在板上，用于监视散热板的温度和简单的个人信息管理模块（图4.5.6）。

IGBT装配的集成三项们驱动是英飞凌的6ED003L06，这芯片用的薄膜绝缘晶体技术使六路IGBT桥输出对像-50V的负瞬间电压毫无反应（图7）。

电动机驱动的应用要求桥式逆变的和电力与电气电流感应的IGBT门驱动电隔离。在这个案子里面，绝缘硅基底完全与电路隔离。高电压预充电电路通过降低输入电源电压的dV/dT来减小来自电源的峰值电流，就此来执行一个新的预充电模式。

在预充电模式的情形下，你必须切断配电系统上的有感负荷。在预充电期间，系统电压上升很慢并且可以控制，使电流上升绝不会超过允许的最大值。当电路电压接近稳定状态的时候，预充电就完成了。预充电电路存在就是使电路电压是工作电压的90%或95%的时候，终止预充电模式。

预充电完成之后，预充电电阻从电源供电电流模式恢复到正常模式下的低阻抗电源。高压负荷跟着就会商店。这步会使那些电容器避免超容。当你将DC电源应用到电容器上，电容立刻做出漏电的反应，这样会导致从电源输出大浪涌电流（图8）。

有一个微处理器通过监测输入电压、转速定点、直流电压、输出电压和电流去控制进程，以这种方式保证变频器在设定的参数下工作。Altivar12的设计师用32位RISC 的瑞萨R5F71253VD50 SuperH设备，这个整合了会产生时滞和12位ADC转换控制的三相PWM波形的计时单元（图9）。

这些变频器用Modbus串口去连接外围软件，Modbus工业网络或者遥控显示（图10），瑞萨的这个16位R5F3640微处理器处理显示功能和翻译电动和驱动数据使信息能够显示。电位计则连接到前板的轻推转盘，这使其像一个本机模式导向的电位计，能够在顺时针或逆时针转动的的情况下选择和摁下确认。这种对功能设计节省空间和花费。欧姆龙的G5RL继电器在班上提供一个远距离指示的变频器数据。

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