变频器外部主电路与公用直流母线解析

一、外接主电路结构

   变频器的外接主电路如图1所示。三相交流电源经断路器QF、交流接触器KM与变频器的电源输入端R、S、T连接；变频器的输出端U、V、W则与电动机直接相连，这时电动机的保护由变频器完成。

   这里的断路器作用有二：

   一是变频器停用或维修时，可通过断路器切断与电源之间的连接；

   二是断路器具有短路和欠电压等保护功能，可对变频器起一定的保护作用。而接触器可通过按钮开关方便地控制变频器的通电与断电，同时，当变频器或相关控制电路发生故障时可自动切断变频器的电源。

   变频器输出端与电动机之间是否需要配置交流接触器，这要根据具体的应用环境来确定。一般情况下，一台变频器控制一台电动机，且不要求与工频进行切换时，变频器与电动机之间无须使用接触器，如图1所示。而一台变频器驱动多台电动机时，则每台电动机必须有单独控制的接触器，并选配合适的热继电器FR对电动机进行保护，具体电路见图2。有时虽然一台变频器仅驱动一台电动机，但有可能在变频与工频之间切换运行，这时也应如图3所示在变频器与电动机之间配置接触器KM3和热继电器FR。电动机在变频运行时，接触器KM2触点断开，接触器KM1和KM3触点闭合，这时变频器对电动机变频驱动并进行全方位的保护。电动机在工频运行时，接触器KM1和KM3触点断开，KM2触点闭合，这时热继电器FR可对电动机进行过载保护。

二、变频系统的共用直流母线

    变频器驱动电动机运行时，在一些特定条件下电动机会由电动状态转变为发电状态。这些所谓的特定条件就是电动机的实际转速超过了其同步转速。电动机由电动状态转变为发电状态的原因，一是变频器的输出频率降低时，其同步转速（即旋转磁场的转速）同时降低，而电动机的实际转速由于机械惯性，速度的降低滞后于同步转速的变化，致使电动机的转速大于同步转速；当然这个问题可以通过修改参数，增大“减速时间”的值予以解决。二是起重机械在负重情况下，下放被起重的物品，在物品重力作用下，使电动机的转速大于同步转速。以上情况出现时，电动机就进入发电状态。

    电动机在发电状态时发出的电能，通过变频器逆变管IGBT上并联的二极管转换成直流电，保存在变频器直流环节的电解电容器中，导致变频器中的直流母线电压升高。如果变频器配备制动单元和制动电阻（这两种元件属于变频器的选配件），变频器就可以通过适时接通制动电阻，使再生电能以发热方式消耗掉，称作能耗制动。

    当然，采取再生能量回馈方案也可解决变频调速系统的再生能量问题，并可达到节约能源的目的。而标准通用PWM变频器没有设计使再生能量反馈到三相电源的功能。如果将多台变频器的直流环节通过共用直流母线互连，则一台或多台电动机产生的再生能量就可以被其它电动机以电动的方式消耗吸收。或者，在直流母线上设置一组一定容量的制动单元和制动电阻，用以吸收不能被电动状态电动机吸收的再生能量。若共用直流母线与能量回馈单元组合，就可以将直流母线上的多余能量直接反馈到电网中来，从而提高系统的节能效果。

    综上所述，在具有多台电动机的变频调速系统中，选用共用直流母线方案，配置一组制动单元、制动电阻或能量回馈单元，是一种提高系统性能并节约投资的较好方案。

      图4是应用比较广泛的共用直流母线方案，该方案包括以下几个部分。

控制单元    各变频器根据控制单元的指令，通过接触器KM的触点将其直流环节并联到共用直流母线上，或是在变频器故障后快速地与共用直流母线断开。

进线电抗器    各变频器的电源输入端并联于同一交流母线上，并保证各变频器的输入端电源相位一致。图4中，断路器QF是每台变频器的进线保护装置。LR是进线电抗器，当多台变频器在同一环境中运行时，相邻变频器会互相干扰，为了消除或减轻这种干扰，同时为了提高变频器输入侧的功率因数，接入LR是必须的。

直流母线控制开关与熔断器    KM是变频器的直流环节与共用直流母线连接的控制开关。FU是半导体快速熔断器，其额定电压可选700VDC，额定电流必须考虑驱动电动机在电动或制动时的最大电流，一般情况下，可以选择额定负载电流的1.25倍。