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[導(dǎo)讀]變頻器中間直流總線供電的開關(guān)電源

帶有360-900V直流輸入、可以直接由變頻器中間直流總線供電,這樣的電源聽起來非常令人心動(dòng)。但是這樣的電源卻有著特別的設(shè)計(jì)要求。

用于控制系統(tǒng)和其它應(yīng)用的電源傳統(tǒng)上都是直接由單相或三相電網(wǎng)供電的。然而,由于越來越多的變頻器以及伺服電機(jī)放大器的應(yīng)用,新的供電可能出現(xiàn)了:由變頻器的中間直流總線供電(圖1)。這種供電的優(yōu)點(diǎn)在于,可以利用運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)中儲(chǔ)存的、“免費(fèi)”的動(dòng)能來為控制系統(tǒng)供電。如果這種可能成為現(xiàn)實(shí),將大大提高電源相對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)的穩(wěn)健性,而不必使用需要經(jīng)常性維護(hù)的蓄電池緩沖系統(tǒng)。

 

 

為了理解這種應(yīng)用,可以以吊車為例:當(dāng)?shù)踯噭倓傁蛏系跗鹭浳飼r(shí),如果供電電網(wǎng)突然中斷,會(huì)發(fā)生什么呢?通常,控制系統(tǒng)必須備有蓄電池緩沖,從而使被吊起的貨物能夠被安全地降下來。而如果控制系統(tǒng)由中間直流總線供電,則吊車的電機(jī)在貨物被降下時(shí)會(huì)起到發(fā)電機(jī)的作用,保持住中間直流總線以及控制系統(tǒng)上的電壓。通過這種對(duì)執(zhí)行器和控制系統(tǒng)的強(qiáng)制同步,可以使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加簡單和安全。

那么,電源必須滿足哪些要求,才能適合由中間直流總線供電的應(yīng)用呢?有人可能會(huì)說,沒有什么要求,因?yàn)閺幕驹硗茢啵?strong>開關(guān)電源總是在內(nèi)部對(duì)交流電整流,所以開關(guān)電源可以由交流和直流供電。而且,很多開關(guān)電源的產(chǎn)品說明中也會(huì)明確指出一定的直流輸入范圍,如450…750Vdc等。那么,為什么在實(shí)際中用普通開關(guān)電源直接連接到中間直流總線上會(huì)出現(xiàn)問題呢?

其中一個(gè)原因在于,中間直流總線上的電壓常常是帶有幾百伏對(duì)地幅值的高頻交流電壓(圖2), 即所謂“共模噪聲”。標(biāo)識(shí)“直流電壓”實(shí)際上指的只是正負(fù)極間的電壓,而不是對(duì)地的,因?yàn)檎麄€(gè)中間直流總線以相同的節(jié)奏對(duì)地來變動(dòng)。這種效應(yīng)是因?yàn)樽冾l器中的快速開關(guān)(IGBT)通過電機(jī)和其它的電容以高頻周期性地將正負(fù)極與地相連(圖3)。

變頻器雖然自帶有濾波器,但是它只對(duì)外工作,也就是面向輸入電網(wǎng);而對(duì)內(nèi),即面向中間直流總線,它不起作用。而且因?yàn)檫@是變頻器內(nèi)部,也沒有明確的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)要求。而針對(duì)電源的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)也不覆蓋這一應(yīng)用,因?yàn)槠胀娫摧斎攵松喜粫?huì)長期有600V,幾千Hz頻率范圍的的干擾,這種干擾超過了普通電源所要求的輸入可靠值的幾十倍。因此對(duì)中間直流總線供電的電源的要求完全不同于普通的電源。

因此,普世(PULS)開發(fā)了一款專門由變頻器中間直流總線供電的、24V/20A輸出的電源,QTD20.241。它的一個(gè)重要的特點(diǎn)在于,掉轉(zhuǎn)了濾波器的朝向。通常設(shè)計(jì)濾波器是為了使由開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾不會(huì)影響到輸入端電網(wǎng)。而在中間直流總線供電應(yīng)用中,濾波器則要屏蔽來自中間直流總線的干擾;來自電源的干擾不需要濾除,因?yàn)橹虚g直流總線上已經(jīng)很不“干凈”了,而且變頻器自帶的濾波器也會(huì)濾除QTD20電源可能產(chǎn)生的干擾。另外,根據(jù)UL508標(biāo)準(zhǔn)要求,QTD20的輸入端上還有特殊的直流保險(xiǎn)絲,如果不小心將它的輸入端反接,保險(xiǎn)絲也不會(huì)斷,電源只是不再繼續(xù)工作了。

事實(shí)上,還有很多應(yīng)用中,PULS推出的QTD系列產(chǎn)品可以避免電網(wǎng)波動(dòng)可能帶來的人身傷害和經(jīng)濟(jì)損失,比如,紡織、造紙、打磨機(jī)械以及前面提到的吊裝機(jī)械等。QTD系列產(chǎn)品可以提供給控制系統(tǒng)足夠的能量,保證整個(gè)設(shè)備在電網(wǎng)波動(dòng)情況下安全地、受控地關(guān)機(jī),從而成為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最佳選擇。

 

 

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