变频器的控制电路是给变频器主电路提供控制信号的回路,如图1-7 所示,它将信号传送给整流器、中间电路和逆变器,同时接收来自这部分信号,主要组成部分是输出驱动电路、操作控制电路。变频器控制电路主要功能:①利用信号控制逆变器半导体器件;②提供操作变频器的各种控制信号;③监视变频器工作状态、提供保护功能。
图1-7 变频器控制电路图
变频器控制电路包括输出电压(电流)检测电路、信号处理电路、用于实现闭环控制的电动机速度检测电路、将信号处理电路处理后信号放大的驱动电路、I/O 输入/输出电路及逆变器和负载保护电路。
(1)输出电压、电流检测电路
变频器电压、电流检测电路采用电隔离检测技术检测主回路电压电流,并对检测信号进行处理与转换,以满足信号处理电路需要。
(2)信号处理电路
以输出电压电流检测电路信号及外部负载非电量(速度、转矩等经检测转换为电信号)信号为输入信号,与给定电流电压信号比较运算,其差值作为驱动电路输入信号、控制逆变器输出电压与频率。
(3)驱动电路
功能是在控制电路控制下产生足够功率的驱动信号使逆变主电路开关器件导通或关断,采用电隔离技术实现控制。变频器驱动电路一般有以下几种方式:
①分立插脚式元件组成的驱动电路:二十世纪八十年代日本和台湾地区产变频器广泛使用(富士 G2/G5、三肯 SVS/SVF/MF、春日、三菱 Z/K 系列及台系欧林、普传、台达、台安等),因设计复杂、集成化程度低已逐渐被淘汰。
②光耦驱动电路:现代变频器设计广泛采用,线路简单、可靠性与开关性能好,被欧美及日本多家厂商采用,常用东芝 TLP 系列、夏普 PC 系列、惠普 HCPL 系列等。以东芝 TLP 系列为例,驱动 IGBT 模块主要用 TLP250、TLP251 两个型号:小电流(约 15 A)模块一般用 TLP251、外围辅以驱动电源与限流电阻即构成最简单驱动电路;中等电流(约 50 A)模块用 TLP250;更大电流模块一般采取光耦驱动后再增加一级放大电路。
③厚膜驱动电路:在阻容元件与半导体技术基础上发展的混合集成电路,利用厚膜技术将驱动电路元件集成在陶瓷基片上成为整体部件,便于布线设计、提高整机可靠性与批量生产一致性并加强技术保密,现代厚膜驱动电路往往集成很多保护与检测电路、技术含量高。
④专用集成块驱动电路:主要有 IR 的 IR2111、IR2112、IR2113 等,还有三菱的 EXB 系列、M57956、M57959 等。此外部分欧美变频器(如丹佛斯 VLT 系列)采用高频隔离变压器加入驱动电路,通过高频变压器对驱动电路电源与信号隔离,增强可靠性并有效防止主电路故障时对控制电路损坏。
(4)输入/输出(I/O)电路
为更好实现人机交互,变频器具有多种输入信号(运行、多段速度运行等)及各种内部参数输出(电流、频率、保护动作驱动等)信号与故障报警输出信号。
(5)速度检测电路
以装在异步电动机轴上的速度检测器(TG、PLC 等)为核心,将检测到的电动机速度信号处理转换后输入信号处理电路,变频调速系统可根据信号处理电路设置参数运行。