整流电路。整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。
虑波电路。虑波电路在整流器、整流后的直流电压中含有电源6倍频率脉动电压,此外逆变产生的脉动电流也使直流电压变动,为了抑制电压波动采用电感和电容吸收脉动电压(电流),一般通用变频器电源的直流部分对主电路而言有余量,故省去电感而采用简单电容滤波平波电路。
控制检测微处理单元。采用32位单片机为控制核心,从而实现全数字化控制工作原理是把工频电源变换为直流电源,输出端用IPM构成逆变电路,
驱动逆变电路。由智能功率模块IPM构成。将直流电压变换为所要频率的交流电压,以所确定的时间使上桥、下桥的功率开关器件导通和关断。从而可以在输出端U、V、W三相上得到相位互差120°电角度的三相交流电压,驱动电机运转。
关键技术及创新内容
1、采用软启动和V/F控制方式。
其特点是改变频率的同时,按比例改变电压,保持电机磁通基本不变,避免电机工作于弱磁或磁饱和状态。
2、采用SPWM控制方式
就是对逆变电路开关器件(IGBT)的通断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲,使各脉冲的等值电压为正弦波状,所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压大小,也可改变输出频率。采用该控制方式:主回路结构简单,只有一个功率控制级,输入级为不控整流器,功率因素和效率都较高;输出电压和频率的协调控制同时完成,避免大惯性直流滤波环节对调压响应的影响,快速响应性,不仅有利于实时应用还有利于开环控制;采用双极性、分段同步正弦脉宽调制技术,输出具有完善对称性的SPWM电压波形.基波分量大,提高了逆变器的利用率并有效地消除或抑制低次有害谐波,降低了噪声.能在很宽的调频范围内使电动机稳定工作,低速运行性能良好,节能效果明显。
3、采用32 位微处理器
具有各种增强型外设和 I/O。 有如 I2C、SPI 和 USART 等通信接口,以及 12 位 ADC、16 位计时器和一个高级控制 PWM 计时器。 ST 的 STM32F0 MCU 高级体系结构与 STM32 平台相结合,允许低功率应用设计,提供不同的封装类型。 具有嵌入式闪存和 SRAM 的 ARM Cortex™-M0 内核处理器与所有 ARM 工具和软件兼容。 STM32F030 ARM 处理器微控制器 (MCU) 适用于广泛的应用,包括应用控制和用户界面、手持设备、A/V 接收器、PC 外设、游戏平台、消费者电器用具、打印机、报警系统和 HVAC。 频率:48 MHz CPU 闪存:高达 64 K 字节 SRAM:高达 8 K 字节 电源:2.4 至 3.6 V 温度范围:- 40 至 +85 °C ### STM32F0 系列 32 位 ARM® Cortex®-M0 微控制器,STMicroelectronics STM32 F0 系列 32 位闪存微控制器 (MCU) 基于 ARM Cortex™-M0 核心;为嵌入式应用特别开发的核心。 STMicroelectronics 的 STM32 ARM Cortex™ M 处理器得益于 Cortex-M0 体系结构增强功能,包括数字信号处理、实时性能、低电压和低功率。 ST ARM® STM32 F0 主流系列提供 32 位性能,且特别适用于小项目或平台决策,具有易于使用功能。
4、采用IPM智能功率模块
IPM(Intelligent Power Module),即智能功率模块,不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起。而且还内部集成有过电压,过电流和过热等故障检测电路,并可将检测信号送到CPU。它由高速低功耗的管芯和优化的门极驱动电路以及快速保护电路构成。即使发生负载事故或使用不当,也可以保证IPM自身不受损坏。IPM使用IGBT作为功率开关元件,内部集成电流传感器及驱动电路的集成结构。IPM以其高可靠性,使用方便赢得越来越大的市场,尤其适合于驱动电机的变频器和各种逆变电源,是变频调速,冶金机械,电力牵引,伺服驱动,变频家电的一种非常理想的电力电子器件。
内含驱动电路。设定了最佳的IGBT驱动条件,驱动电路与IGBT间的距离很短,输出阻抗很低,因此,不需要加反向偏压。所需电源为下桥臂1组,上桥臂3组,共4组。
内含过电流保护(OC)、短路保护(SC)。由于是通过检测各IGBT集电极电流实现保护的,故不管哪个IGBT发生异常,都能保护,特别是下桥臂短路和对地短路的保护。
内含驱动电源欠电压保护(UV)。每个驱动电路都具有UV保护功能。当驱动电源电压UCC小于规定值UV时,产生欠电压保护。
内含过热保护(OH)。OH是防止IGBT、FRD(快恢复二极管)过热的保护功能。IPM内部的绝缘基板上没有温度检测元件来检测绝缘基板温度Tcoh(IGBT、FRD芯片异常发热后的保护动作时间比较慢)。R-IPM进一步在各IGBT芯片内设有温度检测元件,对于芯片的异常发热能高速实现OH保护。
内含报警输出(ALM)。ALM是向外部输出故障报警的一种功能,当OH及下桥臂OC、Tjoh、UV保护动作时,通过向控制IPM的微机输出异常信号,能切实停止系统。
内含制动电路。和逆变桥一样,内含IGBT、FRD、驱动,通过外接制动电阻可以方便的实现能耗制动。调速时平滑性好,效率高。低速传动效率高。
缺点:
IPM模块成本高于IGBT模块+驱动电路的组件