FRN110G7-4EX型变频器的部分线路

一种通用逆变器的原理分析

张承慧林家恒马挺春※山东工业大学自动化系※济南丝绸厂

摘要：随着VVVF逆变器在工业生产中的广泛应用，逆变器的维修工作变得越来越重要。但是，逆变器维修工作是十分困难的，其重要的原因之一是用户对逆变器的内部结构了解甚少。本文介绍了日本富士公司生产的FRN110G7-4EX型变频器的部分线路结构及其原理，以便为设计和维修变频器提供依据和参考。

关键词：变频器逆变器电力半导体微机控制

Analysis on A Kind of Popular Inverter

Zhang Chenghui Lin Jiaheng

Abstract:Along with the widespread application of variable voltage variable frequency (VVVF) inverters in industry production, the maintenance of inverter becomes more and more important. But it is an extremely difficult problem to maintain the inverter, the main cause is that the user would not know the internal hardware structure of the inverter. This paper introduces the results of study and analysis on the internal hardware structure and principle of FRN110G7-4EX inverter to provide guide and reference for us to design and maintain inverter. KEYWORDS: frequency converter, inverter, power semiconductor, computer control

1、引言

随着电力半导体和微处理器的迅猛发展，变频调速技术已取得巨大成就。由通用变频器供电的交流异步电动机调速系统已成为电气传动的主潮流，而且这种系统具有巨大的经济效益并已成为商战的主战场。国内外各著名电气公司都相继推出性能优良的通用或专用变频器，以期在电气传动市场上争得一席之地。日本富士公司以其强大的技术实力和高质量的产品在中国市场上取得了一定优势，其产品已广泛应用于我国的钢铁、冶金、矿山、石油、化工、机械等许多领域[1]。FRN110G7-4EX是新一代高性能、大容量变频器，最明显的设计进步是采用了专用CPU实现输出电流和电压检测并进行高速转矩计算，此转矩功能结合PWM磁通控制使变频器具有转矩限定的无跳闸功能。该变频器主、控制回路的设计十分具有特色，调速性能优良、保护功能十分可靠。文中分析了其部分硬件结构，给出了一些电路和元件参数。讨论了各电路的工作原理，以期为设计、研制和维修变频器提供依据和参考。

1 主回路结构及原理

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FRN110G7-4EX变频器的额定容量为160KVA,输出额定电表 1

流为210A.其主回路由整流电路、滤波回路及逆变电路等组成,

结构图见图1，元件参数见表1。元件标号型号及参数整流电路由九个两单元二极管模块DD100HB160组成,每D1～D6 DD100HB160 一个桥臂由三个模块并联而成.R1～R6和C1～C6为元件侧阻容100A 1600V

吸收过压保护环节，它们不仅吸收操作过电压和浪涌电压，而C1～C6 C6438 105KGH

且还在快速制动时吸收电动机释放的部分电能，防止二极管模1μF 1000V

块击穿。集成压敏电阻VRC2521吸收来自三相电网的浪的浪涌R1-R6 GH20W 20ΩJ 电压。R16,R17 GH00W 20ΩJ 六只大容量高压电解电容C7～C12三三并联后再串联组成C7～C121000μF400V 了滤波回路,水泥电阻R7～R10保证了串联电容电压均等.R16、R7～R10 20F 3.7KΩK

R17为限流电阻,防止开机时电容充电电流过大，开机20ms后由T1～T6 1DI300-120

接触器J短接。P,P1端外接电抗器用来改善功率因数,也可直接300A 1200V

短接。F(FUSE) CR6L—400A 逆变部分由12只一单元达林顿GTR模块1DI300-120两两并C13～C16 473K 1000V

联而成,并接有完善的过压保护回路。D7～D10和Z1～Z4是模D11,D12 1F60A-120F

块内部的快速恢复二极管和齐纳二极管,C13～C16则是外接的. R11 GR100 5ΩK

这里仅画出逆变回路的U相，V、W两相及过压保护回路与之R12～R15 2W 10Ω

完全相同。C19～C22 1.8μF 1000V

图１

3微机控制系统

FRN110G7-4EX变频器的微机控制部分是以两片16位单片机M66X301为核心，配以两片专用超大规模集成芯片FE1333形成脉冲列，构成功能齐全的SPWM磁通控制系统，其原

2

理框图如图2所示。单片机控制系统硬件主要由以下几部分组成[]2。

速

制

图２

(1) 单片机

两片16位单片机M66X301运行在10MHZ，内含512个字节RAM和10位AD转换器[3] 。主单片机用于转矩计算和磁通控制，实现转矩限定、转差补偿控制。子单片机用于输入输出数据处理和显示等功能。

(2) 存贮器

该系统除单片机内具有少量随机存贮器外，还设置有专门的EPROM和RAM芯片。两片单片机各配带一片型号为AM27C512-200的EPROM，存贮量是64K×8位，其功能是固化各类专用函数和运行程序。子单片机还配有两片型号为T9114的RAM，主要用于在线计算和模式变换等[4] 。

(3) 脉冲列发生器

本系统的SPWM脉冲列靠富士公司专用芯片FE1333产生，124引脚，四方扁平封装。主单片机采集磁通和电流信号进行转矩计算和转矩限定，然后向SPWM调制器发出控制信号。其中，磁通信号经过一片DAC08E转换后进入SPWM调制器。SPWM调制器与RAM配合可得到所需要的各种脉宽调制正弦波，再经相应芯片TC4050、TC74HC174P、驱动器DA892将信号隔离、整形与放大后，去驱动逆变器的6路GTR管。

(4) 信号输入

本系统共有3路模拟量、14路开关量和40组数字量输入信号，它们经锁存器送入子单片机。3路模拟量包括电位器、电流、电压三种频率输入方式。14路开关量主要是运转命令及逻辑控制信号等，这些信号要经过输入回路的光耦隔离送入子单片机，输入回路元件集中在两块SMT板上。40组数字量主要包括变频器各种运行参数的设定。

(5) 信号输出

本系统有三部分输出:

a. SPWM 脉冲列信号通过驱动器变成对称的6路输出信号。

b. 由锁存器TC74HC173P和BCD译码器TC74HC4511P及译码器IR2C07等单元构成的数显

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