工控領域常見的變頻驅動與軟啟有電動起重機、泵機、壓縮機、暖通空調系統、風機、傳送裝置,已經廣泛應用并比較成熟,工業(yè)機器人則需要更高效與高精度的電機控制,涉及伺服系統,功率范圍相比變頻器要窄一些。
變頻器應用
如下圖,交流輸入端采用大電流保險絲,同時會添加壓敏電阻與氣體放電管作為浪涌保護。有些會在變頻器外面直接串接防雷模塊,輸入端會有整流模塊。濾波后端有些為了保護逆變器半導體產品會增加半導體保險絲,逆變通常采用兩電平半橋方案或者三電平“I”型IGBT方案。功率半導體的驅動端口會加齊納管或者TVS作為驅動浪涌保護,輔助電源通常采用電壓800V-1200V的MOSFET作為開關管,個別輸入電壓高的應用會采用雙管反激方案。變頻器通常由操作面板,需要用到輕觸開關、旋鈕開關、滑動開關等。
如下為參考結構拓撲以及對應的產品系列,鑒于各個不同應用與功率等級的差異,產品只做參考,具體應用會有更適用的產品推介。
交流保險絲有插件式也有鎖螺栓供選擇,電流覆蓋范圍從1-1200A。
壓敏電阻作為防雷必備產品,從安全性的角度考慮,還有帶溫度保險絲的壓敏可以提供更可靠的保護,能有效避免壓敏失效燃燒起火的現象。
整流橋有IXYS二極管與可控硅模塊,產品的可靠性較高,逆變器有半橋與單管IGBT可選。現在對于效率要求比較高的采用碳化硅方案,1200V SiC MOSFET也可以提供。
驅動IC主要提供低邊驅動IC,電流最大可以刀30A,SiC驅動還有非對稱的TVS可以左右門級浪涌保護,一個替代兩個,感興趣的可以具體再做了解。
軟啟的控制與保護方案
軟啟是通過可控硅產品來控制導通角,從而實現小電流啟動的控制方案,下方給出了純可控硅的控制,可以作為變頻器驅動。有些應用純粹的軟啟動限流的,會有可控硅與繼電器搭配,通過可控硅串接電阻進行軟啟動,在啟動完畢后閉合接觸器,可控硅因為壓差問題就自動關斷。
變頻器與軟啟結構相對簡單一些,針對性的是保護與控制產品的匹配,以及新型解決方案的使用,另外變頻器如果遇到IGBT CE耐壓過高的問題,有加RC吸收回路的,另一種方案是加有源鉗位,通過GC兩端串聯TVS可以實現IGBT延緩關斷的功能,從而實現高效的浪涌保護效果。
非對稱TVS,正壓+15/18/20V,負壓-5V,碳化硅MOSFET驅動通常需要加負壓,而且門級耐壓相對有限,可以并聯非對稱TVS在GS兩端作為驅動保護。
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原文標題:【技術淺談】工業(yè)電機控制與軟啟
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