三相变频电源工作原理

嘉仕公司专业致力于变频电源的研发和生产，变频电源专门为进出口设备设计制造，符合欧美供电体制，可作为进口60Hz用电设备及生产线的供电电源；也可作为出口电气产品生产线的试验电源。

电源系统输入为三相三线380V/50Hz交流市电，输出为三相四线0-500V,60Hz交流电，可分为功率变换主电路和控制电路两大部分。为提高三相输出对不平衡负载的适应能力，三相电源的主电路及控制电路按照三套独立的单相电源进行设计。主电路采用交一直一交结构，包括整流器、直流滤波器、逆变器、交流滤波及变压器等组成部分。其中，交-直部分为桥式整流，经交流接触器软启到电解电容滤波，得到平稳电流。整流具有以下特点：

1 整流部分启动时，采用交流接触器，实现“软”启动，减小对电网的冲击。

直—交逆变部分采用单相全桥结构，三相系统具有三套完全相同的单相逆变器，它们共用一条直流母线，是本电源的核心。逆变器选用IGBT作为开关元件。利用IGBT开关频率较高的优点，采用正弦脉宽调制方式（SPWM）对逆变器进行控制，将平稳直流变换为脉宽调制输出的交流，该交流基波频率为所需要的电源输出频率。逆变器输出的脉宽调制波经输出LC滤波电路滤波后，输出正弦波交流电。三套单相逆变电路输出互差120电角度，在变压器原边彼此电气独立，在变压器副边接成星形，输出所要求的三相交流电。

为提高电磁兼容性能，在电源的输入和输出端均接有抗干扰滤波器。

控制电路是由智能化的集中监控、单相电压及波形控制、IGBT逆变控制、输出检测、故障检测及保护、操作显示界面、控制电源等部分组成，完成电源系统的输出频率、电压、波形控制、系统的故障诊断及保护和操作及状态等功能。其中，电压及波形控制针对单相输出，采用了三套独立的单相控制器，使三相电源的任一相均可以作为单相电源独立使用，并可适应任意不平衡负载，从而极大的提高了电源的负载适应能力。

2 IGBT的驱功与保护电路

IGBT的驱功与保护电路针对单相逆变桥设计，驱动保护电路制成一块线路板，与单相逆变桥及散热器一起配装成单相逆变单元模块。驱动电路以日本三菱公司集成驱动模块M57962为核心组成。M57962是IGBT模块的专用驱动电路，最大可驱动400A/1200V的元件。该电路内部具有快速光耦隔离，适合20kHz左右的高频开关运行，并且内部具有过流保护功能。驱动电路采用+15V/-10V双电源供电，以提高抗干扰能力。

驱动电路前级为PWM信号处理电路，它将控制电路送来的单路PWM信号经电压比较器整形反相后，变为两路互差180°的信号，作为上下桥臂IGBT元件的控制信号。该信号经过死区电路，其上升沿被延时3-4μs，以保证上下桥臂导通具有不小于3μs的死区，然后才被送至驱动电路。

本电源过流保护采用单管在线保护和桥臂集中保护相结合的双重过流保护方案。单管在线保护由M57962内部保护电路完成，集中保护电路采用响应速度极快的HL电流传感器检测直流母线电流。当该电路超过设定阀值时，保护电路动作，封锁逆桥所有IGBT的驱动信号。过压保护采用直流母线并联无感电容以吸收开关过程电压尖峰，对于过流保护过程中关断大电流产生的电压尖峰，采用缩短直流配线减小分布电感适当降低保护阀值，加大吸收容量等方法加以解决。此外，驱动板上还设有功率器件过热直流母线欠压两种保护。

3、控制电路

本电源采用三相输出独立控制，集中监控的系统控制方案。由三套单相控制电路和一套集中监控电路组成。单相控制电路完成频率、电压、波形控制。集中监控电路完成输出电压、频率给定，电源系统各功能单元、操作面板和I/O逻辑控制，故障检测及显示。电压给定为模拟量，频率给定为十位地址选通信号，给定信号、控制及保护逻辑信号以及控制电源组成本系统的信号总线，将三套单相控制电路、集中监控电路和电源电路连成一体。

1）三相控制电路

波形控制针对单相电压输出，采用带电流内环的双环控制方案。在由两个控制环构成的电压波形系统中，电流环是内环，该环的受控对象是滤波电容的电流Ic；电压波形控制环位于电流环之外，该环对输出电压的瞬时值进行控制，使输出电压、滤波电容电流由检测电路检出整形后，直接送入波形环，与标准正弦波比较，经双环调节后产生PWM控制脉冲。

标准正弦波产生采用典型的计数寻址查表方式，标准正弦数据存于EPROM中，按输出频率时序选通EPROM，在通过D/A转换器将EPROM输出的正弦数字量变为模拟量。该模拟量为正极性，经过运放电路对称下移，电容隔直后，输出标准正弦信号。

电压控制采用闭环比利调节，检测电路送来的交流输出电压信号，经过幅值调整、绝对值交换、有源滤波电路后，变为可调的反馈直流量。给定与反馈信号比较，其偏差送至比例调节器，经调节器放大后送到标准正弦波幅值，使输出电压的平均值维持恒定，实现输出稳定。

频率控制通过标准正弦波给定进行开环控制。标准正弦数据一周波存储量为1024字节，标准正弦波频率与额定输出频率相同为60Hz，EPROM地址选通信号频率应为409.6KHz，本文采用晶振分频得到该信号，使输出频率精度及稳定性均得到良好保证。调频用专用电路，调频范围可以由45-60Hz调节。三套单相控制电路中，EPROM所存标准正弦数据互差120电角度，由于EPROM地址选通为同一组信号，因此产生的三路标准正弦波互差120电角度，从而实现输出电压的相位控制。

2) 集中监控电路

该电路以一片16位单片机80C196为核心组成，利用CPU内部的8路A/D转换接口完成模拟量检测，利用CPU的外中断及PIO完成故障检测和操作逻辑，面板显示控制、输入、输出的过欠压保护和输出过载保护则采用软件方式完成。

检测电路包括输出电压检测、输出电流检测、滤波电容电流检测三部分。为提高波形环的控制速度，保证电源品质，与波形环有关的检测元件采用磁平衡式HL传感器。所有检测信号与主控电路均作电气隔离。