CN100527596C - 能抑制产生谐波的变频调速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能抑制产生谐波的变频调速器，包括：整流电路(1)、滤波电路(2)、逆变电路(3)；还包括：与电源的输入端串接的交流电抗器(9)，与整流电路(1)并接的半可控硅整流模块(7)，在整流电路(1)和半可控硅整流模块(7)之间的充电电阻(4)，分别与滤波电路(2)中第一电容(C1)和第二电容(C2)并接的第一电阻(R1)和第二电阻(R2)，与滤波电路(2)并接的制动电路(5)，在滤波电路(2)和制动电路(5)之间的直流电抗器(10)，与逆变电路(3)并接的逆变吸收电容(6)，二个分别串接在U和W线上的霍尔元器件(8)；能有效的抑制谐波，另外还使电源输出偏差率下降到±5%。

Description

能抑制产生谐波的变频调速器

技术领域

本发明涉及一种变频调速器，尤其涉及一种能抑制产生谐波的变频调速器。

背景技术

在冶金、化工、建筑、矿山等工业领域中，广泛地使用电机设备。近年来，由于调速和节能方面的需要，选用变频调速器的场合就越来越多了。

图1是通用变频调速器主电路工作原理：它由整流电路1、滤波电路2、逆变电路3组成。整流电路是由不可控整流二极管模块构成，整流输出的直流电压经滤波电路的电容滤波后送至逆变电路的逆变模块IGBT。由于二极管整流电路不具有开关功能，整流桥输出电压的大小取决于电源电压的幅值。二极管整流器的网侧功率因数应接近于1，但实际上由于中间直流回路采用大电容器作滤波器，整流器的输入电流是电容器的充电电容，呈较为陡峭的脉冲波，其谐波含量较大，虽然其基波功率因数接近于1，但总功率因数小于1。而电源的内阻抗可以起到缓冲作用，内部阻抗值越大则输入电流的谐波含量越小。当电源容量相对较大，电源阻抗较小时，将使谐波含量相对变大。

对于双极性调制的变频器，其输出电压波形展开式为：

式中：n—谐波的次数n＝1，3，5……；

a_i—开关角，i＝1，2，3……N/2；

Ed—变频器直流侧电压；

N—载波比。

由(1)式可见，各项谐波的幅值为

令n＝1，则得出变频器输出电压的基波幅值为：

从(1)、(2)、(3)式可以看出，通用变频器的输出电压中确实含有除基波以外的其他谐波。较低次谐波通常对电机负载影响较大，引起转矩脉动，而较高的谐波又使变频器输出电缆的漏电流增加，使电机出力不足，故变频器输出的高低次谐波必须抑制。为了解决这一问题，市场上推出了很多种可以抑制输出谐波的方法，如：增加电源设备内阻抗、在电源输入端采用RC滤波电路、在输入电源侧安装专用滤波器、在输入电源侧安装Y-Δ、Δ-Δ组合的两个变压器来滤波、通过CPU调节变频器的载波比等等。这些方法，有的投资昂贵，有的不易控制，且最后的效果也都是不太理想。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供了一种能抑制产生谐波的变频调速器，旨在解决上述的缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：整流电路、滤波电路、逆变电路；还包括：一个与电源的输入端串接的交流电抗器，一个与整流电路并接的半可控硅整流模块，一个在整流电路和半可控硅整流模块之间的充电电阻，分别与滤波电路中第一电容和第二电容并接的第一电阻和第二电阻，一个与滤波电路并接的制动电路，一个在滤波电路和制动电路之间的直流电抗器，一个与逆变电路并接的逆变吸收电容，二个分别串接在U和W相线上的霍尔元器件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：能有效的抑制谐波，另外还使电源输出偏差率下降到±5％。

附图说明

图1是通用变频调速器的主电路示意图；

图2是本发明的主电路示意图；

图3是本发明控制系统原理框图；

图4是输入输出的电压电流比较波形图；

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

由图2可见：本发明包括：整流电路1、滤波电路2、逆变电路3；还包括：一个与电源的输入端串接的交流电抗器9，一个与整流电路1并接的半可控硅整流模块7，一个在整流电路1和半可控硅整流模块7之间的充电电阻4，分别与滤波电路2中第一电容C1和第二电容C2并接的第一电阻R1和第二电阻R2，一个与滤波电路2并接的制动电路5，一个在滤波电路2和制动电路5之间的直流电抗器10，一个与逆变电路3并接的逆变吸收电容6，二个分别串接在U和W相线上的霍尔元器件8；

所述的交流电抗器9由第一电感Lr1、第二电感Lr2以及第三电感Lr3组成，分别串接在电源的输入端；

所述的半可控硅整流模块7由三块半可控硅整流模块并接而成；所述的第一半可控硅整流模块由第一个可控硅VS1和第一个二极管VS2串连组成；所述的第二半可控硅整流模块由第二个可控硅VS3和第二个二极管VS4串连组成；所述的第三半可控硅整流模块由第三个可控硅VS5和第三个二极管VS6串连组成；

所述的制动电路5由一个外接制动电阻Rb(它的阻值、功率大小需根据变频器的功率大小来计算选择)与一个第四二极管D7并联再与一个单极型场效应管V7(具有输入阻抗很高、噪声低、动态范围大、功耗小、成本低和易于集成等特点)串连组成。

霍尔集成电路是一种利用霍尔效应工作的磁敏元件，由于它由霍尔元件和有电子电路构成一体，故称霍尔集成电路。具有霍尔效应的元件称为霍尔元件。霍尔效应指的是给元件加上相互垂直的控制电流I和磁场B后，便会产生既垂直于磁场方向又垂直于电流方向的感应电压。当没有控制电流或没有垂直于电流方向的磁场时，便无输出电压。可以说，霍尔元件具有将磁信号转换成电信号的能力。

由图3可见：在电源的输入端串接一个交流电抗器来增加电源阻抗值，使输入的电流谐含量相对减少。之后，通过整流模块对滤波电路中的滤波电容C1、C2充电，为防充电电流过大损坏器件，在直流侧的正端串接了一个充电电阻来减小充电电流。在对滤波电路中的滤波电容充电时，为了保证正负两端电压的平衡，在两个滤波电容两端各并接了一个功率、阻值一样的第一电阻R1和第二电阻R2。等C1、C2充电完成之后，它为控制处理器提供了工作电源，此时，处理器会根据外部输入指令让半可控硅整流模块触发导通，来取代不可控整流模块和充电电阻的工作，来实现输入可控。之后，再经直流电抗器进一步消除滤波未完的直流杂波信号，再为IGBT逆变器模块提供一个直流工作电压，通过DSP微处理器来控制IGBT逆变模块的高速开关，使其逆变成一个可控的交流信号输出至电机，而IGBT逆变模块在高速开关时，又会产生一尖锋电压，为了消除尖锋电压信号，在每一个IGBT逆变模块的正负两端并接了一个可吸收尖锋电压信号的逆变吸收电容。当逆变输出至电机的电压电流信号发生欠压、过压、过流时，串接在U、W两相线的上霍尔元器件能立即检测到，并送至DSP微处理器进行比较分析处理，发出相应的错误报告并立即停机。当电机在停机或制动时，能量经逆变器回馈到直流侧，使直流侧滤波电容上的电压升高，当该值超过设定值时，此时的制动电路中的三极管由于受DSP微处理器监控，会自动给三极管施加基极信号使之导通，将制动电路中的电阻与电容并联，则存储于电容中的再生能量经该电阻消耗掉。

由图4可见：本发明的效果相当明显。

Claims (2)

1.一种能抑制产生谐波的变频调速器，包括：整流电路(1)、滤波电路(2)、逆变电路(3)；其特征在于还包括：一个与电源的输入端串接的交流电抗器(9)，一个与整流电路(1)并接的半可控硅整流模块(7)，一个在整流电路(1)和半可控硅整流模块(7)之间的充电电阻(4)，分别与滤波电路(2)中第一电容(C1)和第二电容(C2)并接的第一电阻(R1)和第二电阻(R2)，一个与滤波电路(2)并接的制动电路(5)，一个在滤波电路(2)和制动电路(5)之间的直流电抗器(10)，一个与逆变电路(3)并接的逆变吸收电容(6)，二个分别串接在U和W相线上的霍尔元器件(8)。

2.根据权利要求1所述的能抑制产生谐波的变频调速器，其特征在于：所述的交流电抗器(9)由第一电感(Lr1)、第二电感(Lr2)以及第三电感(Lr3)组成，分别串接在电源的输入端；

所述的半可控硅整流模块(7)由第一半可控硅整流模块、第二半可控硅整流模块以及第三半可控硅整流模块并接而成；所述的第一半可控硅整流模块由第一个可控硅(VS1)和第一个二极管(VS2)串连组成；所述的第二半可控硅整流模块由第二个可控硅(VS3)和第二个二极管(VS4)串连组成；所述的第三半可控硅整流模块由第三个可控硅(VS5)和第三个二极管(VS6)串连组成；

所述的制动电路(5)由一个外接制动电阻(Rb)与一个第四二极管(D7)并联再与一个单极型场效应管(V7)串连组成。

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