一種簡單有效的平衡母線電壓方法

1、2021-12-26RCD system 1Andy Yang2007 10HHP Technical DocumentATV7122021-12-26 在變頻器系統(tǒng)中在變頻器系統(tǒng)中,由于直流母線電壓一般都比較高由于直流母線電壓一般都比較高,無法將單個電容直接并在母無法將單個電容直接并在母線兩端線兩端, 通常情況通常情況,都是將電容串連后都是將電容串連后,在并到母線電壓兩端在并到母線電壓兩端. 為了平衡兩個串連為了平衡兩個串連的電容上的電壓的電容上的電壓, 一般采用并聯(lián)均壓電阻的方法來實現(xiàn)電壓的平衡一般采用并聯(lián)均壓電阻的方法來實現(xiàn)電壓的平衡 . 但由于使用但由于使用均壓電阻必須考慮到電容的漏電

2、流的值均壓電阻必須考慮到電容的漏電流的值,所以一般已最壞情況下漏電流的標準來所以一般已最壞情況下漏電流的標準來選擇電阻阻值選擇電阻阻值,這樣導(dǎo)致電阻的消耗功率較大這樣導(dǎo)致電阻的消耗功率較大, 而且由于產(chǎn)品一上電而且由于產(chǎn)品一上電,就通過均壓就通過均壓電阻在放電電阻在放電, 長時間來看長時間來看,這是一個不小的損耗這是一個不小的損耗. 為了避免這種無用的損耗為了避免這種無用的損耗,本文將介紹一種簡單的本文將介紹一種簡單的,低損耗的方法來取代均低損耗的方法來取代均壓電阻的方法壓電阻的方法. 用一種便宜用一種便宜,低電壓低電壓,小信號驅(qū)動的雙向共基極三極管來均衡電容小信號驅(qū)動的雙向共基極三極管來均衡

3、電容電壓電壓. 在下面的章節(jié)中將介紹這種電路的原理在下面的章節(jié)中將介紹這種電路的原理,分析平衡電壓電路的基本特征分析平衡電壓電路的基本特征,選擇元器件的主要標準選擇元器件的主要標準.ATV7132021-12-26 Uc1Uc2I deltaATV7142021-12-26 在通用變頻器結(jié)構(gòu)中在通用變頻器結(jié)構(gòu)中, 通常存在交流變直流母線環(huán)節(jié)通常存在交流變直流母線環(huán)節(jié),為了減小母線電壓波動為了減小母線電壓波動,一般用并聯(lián)電力電容的一般用并聯(lián)電力電容的方法來做緩沖電容方法來做緩沖電容, 由于在由于在400VAC供電系統(tǒng)下供電系統(tǒng)下,產(chǎn)品的母線電壓會達到產(chǎn)品的母線電壓會達到560V以上以上,變頻器運

4、行時變頻器運行時,母線電壓母線電壓會在會在500800V之間撥動之間撥動,但由于當前的電力電容的耐壓值大都在但由于當前的電力電容的耐壓值大都在500V 左右左右,所以通常用電容串連的方法來所以通常用電容串連的方法來提高電容的耐壓值提高電容的耐壓值. 電容的串連可以使用低耐壓值的電容來充當緩沖器電容的串連可以使用低耐壓值的電容來充當緩沖器, 但由于各個電容的壽命及使用條件的差異性但由于各個電容的壽命及使用條件的差異性,導(dǎo)致導(dǎo)致電容的漏電流各不相同電容的漏電流各不相同, 導(dǎo)致串連的電容并不能均勻分配母線電壓導(dǎo)致串連的電容并不能均勻分配母線電壓,電壓分配的不均勻電壓分配的不均勻,在極限情況下在極限情

5、況下,會損會損壞電容壞電容,或縮短電容的使用壽命或縮短電容的使用壽命. 為了平衡電容的電壓為了平衡電容的電壓,一般在設(shè)計上通常采用均壓電阻的方法來均分電壓一般在設(shè)計上通常采用均壓電阻的方法來均分電壓. 但由于為了滿足電容間最大但由于為了滿足電容間最大漏電流的補償漏電流的補償,通常需要選用功率較大的均壓電阻來分配電壓通常需要選用功率較大的均壓電阻來分配電壓,從而導(dǎo)致能源的損耗也比較大從而導(dǎo)致能源的損耗也比較大, 特別在現(xiàn)場特別在現(xiàn)場應(yīng)用中應(yīng)用中, 變頻器通常是始終供電的變頻器通常是始終供電的, 即使變頻器不在運行狀態(tài)即使變頻器不在運行狀態(tài),這種電阻損耗也一直存在這種電阻損耗也一直存在, 下一章節(jié)

6、我們會下一章節(jié)我們會詳細介紹這種電壓平衡方法的原理及弊端詳細介紹這種電壓平衡方法的原理及弊端. ATV7152021-12-26 現(xiàn)在有一種新的電壓平衡方法現(xiàn)在有一種新的電壓平衡方法,可以大大的降低這種能耗可以大大的降低這種能耗,而且成本也在合理范圍內(nèi)而且成本也在合理范圍內(nèi), 我們稱其為主動我們稱其為主動式電壓平衡式電壓平衡, 以前通過電阻來均壓的方法我們稱之為被動式電壓平衡方法以前通過電阻來均壓的方法我們稱之為被動式電壓平衡方法.下面簡要介紹一下這種主動式電壓平衡的原理下面簡要介紹一下這種主動式電壓平衡的原理:V2V4PAPNRBRBQNQPV1V3圖1 如圖如圖1: 當當V2=V1, V3

7、=V4時時, 因因V1=V3, 所以所以V2=V4 , 電容電壓平衡電容電壓平衡, 電容漏電流一致電容漏電流一致 由于由于V1=V2, V3=V4,所以三極管所以三極管QN,QP關(guān)閉不工作關(guān)閉不工作. 當當V2V1,V4V3時時, QN滿足導(dǎo)通工作條件滿足導(dǎo)通工作條件 ,向下電容補償漏電流向下電容補償漏電流,使得上下電容得漏電流一致使得上下電容得漏電流一致,達到新達到新的平衡后的平衡后, QN關(guān)閉關(guān)閉. 當當V2V3時時, QP滿足導(dǎo)通工作條件滿足導(dǎo)通工作條件 ,上電容的多余漏電流由上電容的多余漏電流由QP導(dǎo)出導(dǎo)出,使得使得上下電容得漏電使得使得上下電容得漏電流一致流一致,達到新的平衡后達到新

8、的平衡后,QP關(guān)閉關(guān)閉.由此可見由此可見,這種電壓平衡是動態(tài)平衡這種電壓平衡是動態(tài)平衡, 在電壓平衡后在電壓平衡后,損耗僅是損耗僅是RB上的微弱能耗上的微弱能耗,在后面的章節(jié)我們將詳細介在后面的章節(jié)我們將詳細介紹這種方法紹這種方法. ATV7162021-12-26V2=1/2UD+PAPNRBRB圖2 均壓電阻平衡電壓原理圖IIV2=1/2UD-UIQ+1/2IIQ-1/2在用兩個均壓電阻平衡電容電壓的系統(tǒng)中在用兩個均壓電阻平衡電容電壓的系統(tǒng)中,理想情況下理想情況下,Uc1=Uc2, Idelta=0 , 但由于電容的漏電流差異但由于電容的漏電流差異,導(dǎo)致必須導(dǎo)致必須要通過要通過Idelta

9、,來補償來補償, 為了提供足夠的為了提供足夠的 Idelta, 來補償電容漏電流的差異來補償電容漏電流的差異, 在選擇在選擇RB時時,必須能提供足夠的必須能提供足夠的靜態(tài)電流靜態(tài)電流IQ ,而而IQ的存在的存在,導(dǎo)致了在電阻導(dǎo)致了在電阻RB上消耗大量的能源上消耗大量的能源 , 下面我們通過理論論證下面我們通過理論論證,來計算這種漏來計算這種漏電流的能耗時相當可觀的電流的能耗時相當可觀的.在正常應(yīng)用中在正常應(yīng)用中,通常兩個電容之間的電壓差通常兩個電容之間的電壓差 Udelta= 10*Idelta 在在10KW變頻器系統(tǒng)中變頻器系統(tǒng)中,采用兩個采用兩個10000uF/350V的電容串聯(lián)的電容串聯(lián)

10、,其漏電流達到其漏電流達到1.39mA , 為了平衡兩個為了平衡兩個電容的漏電流差值電容的漏電流差值, Idelta 一般選到一般選到5mA10mA 以上以上,這樣這樣IQ就必須達到就必須達到50100mA才能滿足要求才能滿足要求, 電阻電阻RB選用選用2.5K5Kohms這樣的均壓系統(tǒng)這樣的均壓系統(tǒng),即使在變頻器不運行的狀態(tài)下即使在變頻器不運行的狀態(tài)下, 一年的損耗至少在一年的損耗至少在220KWH以上以上, 能量損耗相當大能量損耗相當大. ATV7172021-12-26下面我們再來分析一下主動式電壓平衡的原理和能耗分析下面我們再來分析一下主動式電壓平衡的原理和能耗分析CPAPNRBRBQNQPIdeltaIdelta/圖3在能提供一定的在能提供一定的Idelta情況下情況下, 如果三級管的放大系數(shù)如果三級管的放大系數(shù)越大越大,則需要的門極驅(qū)動電流就越小則需要的門極驅(qū)動電流就越小, 這樣這樣RB的電的電阻值就可以選擇較大的值阻值就可以選擇較大的值,這樣這樣,靜態(tài)電流的損耗會很低靜態(tài)電流的損耗會很低, 三極管本身在工作狀態(tài)下能耗也相當小三極管本身在工作狀態(tài)下能耗也相當小. 當當然能在這么高電壓下工作的三