本站原创摘 要：作者结合应用实例,在不改变供电方式的条件下,对如何使用单相36V电压给变频器供电,提出了四种解决方案,详细计算了最优方案中的相关参数并给出了实施细则.
关 键 词 ：单相供电；整流；变频器
中图分类号：TM921.51
1.研究背景
应研究需求,一辆货物输送车,要水平运动,因为受空间限制,必须从车的运动轨道供电.考虑到安全因素,供电电压不能高于36V.变频器和控制器件安装在车上,电机驱动车轮完成运动.经过计算,车两个轮子,每个轮子的驱动电机功率需要5.5KW,总功率是11KW.由于现场诸多因素制约,不能改变供电方式,那么解决供电问题就变成了最大的技术障碍.
2.方案选择
方案一：单相供电,单相变频器,220V三相电机驱动.
使用单相36V交流电供电,利用升压变压器将电压升为220V,供给变频器输入侧.该方案原理上是没有问题的,但是负载功率较大,要求达到5.5KW,但目前单相变频器最大功率是4KW,由于无法满足负载要求,所以该方案只能放弃.
方案二：单相供电,经移相,转变为三相电源,三相通用变频器.
使用单相36V交流电供电,经过移相装置移相,分别移动60度和120度后,变成三相交流供电,电压升为220V或者380V均可.现在市场上移相装置成熟的产品不多见,而且如此大功率的更是少之又少,并且非常昂贵,所以用户无论从产品还是上都无法接受.该方案成本高,性能不稳定,必须放弃.
方案三：单相供电,三相通用变频器,变频扩容使用.
如果三相变频器采用单相供电,会产生两个问题,一是经整流后的直流电压值很低,会造成变频器报警,二是在保证相同输出功率的情况下,单相交流电供电时的输入电流会远远大于三相交流电供电时的输入电流.这两个问题都需要利用变频器扩容技术才能解决,而且至少应该增加一倍以上的容量.这就大大提高了成本,该方案成本高,用户不能接受,只能放弃.
方案四：单相供电,变压整流,三相通用变频器.
单相36V交流电经变压器升压,再整流成直流电压,给变频器直流母线供电.采用该方案,变频器供电稳定,功率也有保证.既能解决供电问题,成本也不高,用户可以接受,所以最终采用该方案解决供电问题.
3.实施细则
以方案四的设计思路为指导,设计电路图如图1：
3.1 变压器的作用及变压器相关参数计算
变压器的作用是将36V交流电压升压,为变频器供电做准备.
如果正常供电压是三相380V,则变频器直流侧电压为：
Ud等于380×1.35等于513V （1）
如果单相桥式整流电路,在有滤波电容的情况下,交流电压为：
Ua等于513÷1.2等于427.5V （2）
检测设功率因数为0.8,并留出1.3倍余量,则变压器容量为：
S等于11÷0.8×1.3等于18KVA （3）
变频器交流输入电压最高可以达到500V,为了避免电压波动引起直流电压低而造成变频器跳闸,变压器设计输出三档,依次是430V,450V,470V,这样就方便根据现场电压波动情况提高合适的输出电压.
3.2 桥式整流电路相关参数计算
单相整流电路分为半波整流和全波整流两种,全波整流电路最常用的是桥式整流电路.
桥式整流电路直流侧电流：
Id等于P÷U等于11000÷513等于21.4A （4）
整流二极管平均电流：
I等于21.4÷2等于11A （5）
整流二极管最大耐受电压：
U等于605V （6）
3.3 充放电回路相关参数选择与计算
桥式整流出的电压在半个周期内依然是正弦波,这样大的脉动电压直接给变频器供电对变频器冲击非常大,所以需要用电容滤波,以使直流电压平滑.同时,电容可以有效地提高直流电压的有效值.但是,电容滤波后的电压特性较软,带负载能力很差,当负载较重时,电压衰减很快,所以电容应该尽可能大些,以提高带载能力.考虑到变频器直流侧也有电容,故而电容选择为1000uF左右.
直接对电容充电是危险的,很大的冲击电流会引起电容爆炸,充电电阻不可缺少.
由此电阻选定为1KΩ,功率20W,功率取决于通电次数,20W可以保证1分钟内启动一次.
充电结束后用旁路接触器将充电电阻旁路,充电电阻仅仅用于通电时减少充电电流,充电完成后需要旁路掉,否则运转期间,因电容频繁的充放电,电阻会变成一个耗能元件,使输入变频器的功率不足.旁路接触器用变频器的继电器输出点控制,变频器启动后,延时一段时间再将继电器吸合比较妥当.
3.4 变频器设置
根据电机铭牌参数及控制要求,设置变频器相关参数,此处不再赘述.
4.结束语
通过多种方案选择和现场试验测试,最终找到了低成本且符合现场实际情况的最优方案,解决了技术难题,使得单相36V电压给变频器供电得以实现,目前设备运行良好.