一种简单有效的平衡母线电压方法.ppt

RCD system Jean Pascal Riss 概要 介绍 介绍 介绍 主动平衡电压-基本原理 电压主动平衡-拓扑图 实验模型 结论 参考文献 ATV71 * Andy Yang 2007 10 HHP Technical Document 在变频器系统中,由于直流母线电压一般都比较高,无法将单个电容直接并在母线两端, 通常情况,都是将电容串连后,在并到母线电压两端. 为了平衡两个串连的电容上的电压, 一般采用并联均压电阻的方法来实现电压的平衡 . 但由于使用均压电阻必须考虑到电容的漏电流的值,所以一般已最坏情况下漏电流的标准来选择电阻阻值,这样导致电阻的消耗功率较大, 而且由于产品一上电,就通过均压电阻在放电, 长时间来看,这是一个不小的损耗. 为了避免这种无用的损耗,本文将介绍一种简单的,低损耗的方法来取代均压电阻的方法. 用一种便宜,低电压,小信号驱动的双向共基极三极管来均衡电容电压. 在下面的章节中将介绍这种电路的原理,分析平衡电压电路的基本特征,选择元器件的主要标准. Uc1 Uc2 I delta 在通用变频器结构中, 通常存在交流变直流母线环节,为了减小母线电压波动,一般用并联电力电容的方法来做缓冲电容, 由于在400VAC供电系统下,产品的母线电压会达到560V以上,变频器运行时,母线电压会在500~800V之间拨动,但由于当前的电力电容的耐压值大都在500V 左右,所以通常用电容串连的方法来提高电容的耐压值. 电容的串连可以使用低耐压值的电容来充当缓冲器, 但由于各个电容的寿命及使用条件的差异性,导致电容的漏电流各不相同, 导致串连的电容并不能均匀分配母线电压,电压分配的不均匀,在极限情况下,会损坏电容,或缩短电容的使用寿命. 为了平衡电容的电压,一般在设计上通常采用均压电阻的方法来均分电压. 但由于为了满足电容间最大漏电流的补偿,通常需要选用功率较大的均压电阻来分配电压,从而导致能源的损耗也比较大, 特别在现场应用中, 变频器通常是始终供电的, 即使变频器不在运行状态,这种电阻损耗也一直存在, 下一章节我们会详细介绍这种电压平衡方法的原理及弊端. 现在有一种新的电压平衡方法,可以大大的降低这种能耗,而且成本也在合理范围内, 我们称其为主动式电压平衡, 以前通过电阻来均压的方法我们称之为被动式电压平衡方法. 下面简要介绍一下这种主动式电压平衡的原理: V2 V4 PA PN RB RB QN QP V1 V3 图1 如图1: 当V2=V1, V3=V4时, 因V1=V3, 所以V2=V4 , 电容电压平衡, 电容漏电流一致 由于V1=V2, V3=V4,所以三极管QN,QP关闭不工作. 当V2V1,V4V3时, QN满足导通工作条件 ,向下电容补偿漏电流,使得上下电容得漏电流一致,达到新 的平衡后, QN关闭. 当V2V1,V4V3时, QP满足导通工作条件 ,上电容的多余漏电流由QP导出,使得使得上下电容得漏电 流一致,达到新的平衡后,QP关闭. 由此可见,这种电压平衡是动态平衡, 在电压平衡后,损耗仅是RB上的微弱能耗,在后面的章节我们将详细介绍这种方法. 被动平衡电压 V2=1/2UD+ PA PN RB RB 图2 均压电阻平衡电压原理图 I I V2=1/2UD- U IQ+1/2 I IQ-1/2 在用两个均压电阻平衡电容电压的系统中,理想情况下,Uc1=Uc2, Idelta=0 , 但由于电容的漏电流差异,导致必须要通过Idelta,来补偿, 为了提供足够的 Idelta, 来补偿电容漏电流的差异, 在选择RB时,必须能提供足够的静态电流IQ ,而IQ的存在,导致了在电阻RB上消耗大量的能源 , 下面我们通过理论论证,来计算这种漏电流的能耗时相当可观的. 在正常应用中,通常两个电容之间的电压差 Udelta=5%. Udelta=1/2 Idelta * RB/ 1/2UD=1/2 * Idelta/IQ 所以 IQ= 10*Idelta 在10KW变频器系统中,采用两个10000uF/350V的电容串联,其漏电流达到1.3~9mA , 为了平衡两个电容的漏电流差值, Idelta 一般选到5mA~10mA 以上,这样IQ就必须达到50~100mA才能满足要求, 电阻RB选用2.5K~5Kohms 这样的均压系统,即使在变频器不运行的状态下, 一年的损耗至少在220KWH以上, 能量损耗相当大. 下面我们再来分析一下主动式电压平