当小功率单相智能变频器的设计

小功率单相智能变频器的设计

1引言

单相交流感应电机的变频调速在许多消费类产品(电扇、洗衣机等)及工业类产品(鼓风机、泵等)中应用广泛，人们可以使用单相通用变频器，但通用变频器价格较高，结构复杂，体积较大，只能安装在电机外部，既增加了使用的不方便，过多的设定功能又造成了浪费。因此，本文设计了一种小型的单相电机智能变频控制电路，它只需一块ic控制器ml4421，一块ipm功率放大驱动模块，一些电容电阻，无需软件开发，结构简单，体积小，还可以放入一般的感应电机内，即可以实现变频器机电一体化，又增加了安装使用的方便。

2控制电路

设计控制电路使用microlinear公司生产的单相电机变频控制的专用芯片ml4421，它是一个外部连接简单、功能全面的pwm智能控制芯片。它内部固化了控制程序，自带两路互差90°的波形发生器、pwm调制器和转差控制，工作于真正的线性比例、积分和微分(pid)反馈环路，提供10:1的速度控制范围，提供恒定的、可编程的v/f比值。由于没有软件编程的要求，节省了开发成本。ml4421的接线如图1。说明如下:

图1ml4421的接线

(1)1、2脚接来自电流互感器的电机电流反馈输入，isa、isb共同构成微分输入，检测a相的电流、电压和电流的相位差，然后与前端电压反馈共同决定给定相位角(精密转差控制时才有效);(2)3脚是转差角设定(精密转差控制时才有效);

(3)4脚精密转差控制时微调正弦波的幅值，该脚接地时，不进行精密转差控制;

(4)通过调节6脚的输入电压可以控制正弦波的幅值、频率。设c0为0°正弦波发生器起振电容，则0°正弦调制波频率f=(r6/r5)/(2×c0×0.356)，同理可得90°正弦调制波频率;

(5)选择8脚上不同的电阻r8，可设置死区时间t，t=r8/(5.2×104);

(6)9、10接正弦波发生器起振电容c0、c1，11脚设置复位时间，12脚设置pwm载波频率,载波(三角波)频率f=vref/(rref×7.2×cpwm);

(7)13脚正反转选择，在最典型的数据处理有以下几点驱动双相电机时控制其高低电平可实现正转/反转;(8)14脚制动时间选择，15脚过流保护输入来自电流变换器，限流保护电阻r15=0.5v/imax;16、25脚正弦波测试点;

(9)18～23脚驱动6路pwm波形输出，18～20低端输出，21～23高端输出;(10)26～28脚接电压反馈输入，该电压指电机两个相位的pwm输出电压进行分压后的平均值。以上电容、电阻等参数可根据实际应用，选择不同的数值，以满足不同的控制效果[1]。

3 主回路及驱动回路

传统的变频器的功率驱动和逆变电路有两个模块组成，现在这两部分由一个体积不大的ipm功率模块就可完成。ipm由高速、低功率igbt，优选的门级驱动器及保护电路构成。其中，igbt是gtr和mosfet的复合，由mosfet驱动gtr，因而ipm具有gtr高电流密度、低饱和电压、高耐压、mosfet高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点，保护功能有控制电源欠压锁定保护、过热保护、过流保护和短路保护，当其中任一种保护功能动作时。ipm将输出故障信号fo。因此，ipm功率模块功能强大，可以简化电路设计。为了保证变频调速时，单相电机主副绕组严格相差90°，主回路选用三相全桥逆变，每个绕组都相当于一个独立的全桥逆变器，取消了分相电容，克服了由分相电容引起的频率不稳定的缺点，并且具有较高的直流母线电压利用率[2]。因此选用6单元的三菱pm20csj060(20a/600v)驱动0.75kw的单相交流感应电机[3]。

ipm接线如图2，n、p引脚接直流电源，直流电源信号经单并对实验结果进行打印或保存相整流电路或直流母线获得。为了防止外部信号干扰，在ml4421和ipm之间加入了光电隔离电路，pwm波形输入端选用高速光藕hcpl4504，故障输出端和制动输入端选用低速光耦pc817，选用隔离电源m57140l，m57140l可提供四组+15v的隔离电源。up、vp、wp、un、vn、wn分别经过高速光藕接ml4421输出的6路pwm波形(ha、hc、hb、la、lc、lb)，u、v分别接电机两相绕组，旁路电容取0.01uf。

图2ipm的接线

4 结束语

本文利用外墙无机建筑涂料 JG/T 26⑵002ml4421，ipm功率模块，一些电容电阻，设计了小功率单相变频器，无需软件开发，硬件成本低，结构简单，可靠性高，保护能力强，缩短了系统开发时间，为笔者制造低成本、小体积单相变频器提供了一个思路。