CN1034148C

CN1034148C - 恒磁通步进旋转式脉宽调制变频电源

Info

Publication number: CN1034148C
Application number: CN94113042A
Authority: CN
Inventors: 吴健国; 夏少雄
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-12-23
Filing date: 1994-12-23
Publication date: 1997-02-26
Anticipated expiration: 2014-12-23
Also published as: CN1110843A

Abstract

一种恒磁通步进旋转式脉宽调制变频电源，由整流滤波、逆变器组成，特点是有一个一相单极性调制，两相双极性调制，每相六个60°区间形成一个周期，按序重复送出脉宽调制信号，由控制电路、反向器、延时电路、与门、隔离驱动电路构成的驱动器，进行步进旋转恒磁通调制。

Description

恒磁通步进旋转式脉宽调制变频电源

恒磁通步进旋转式脉宽调制变频电源。

本发明涉及一种恒磁通步进旋转式脉宽调制变频电源，它属于一种控制装置，适用于交流异步电动机的变频调速。

在现有技术中，给三相交流电动机变频调速采用交流—直流—交流变频电源，它们在不同程度上存在着输出电压增益与谐波增量的矛盾，即增益高的谐波分量高，要求谐波含量小则增益较小；进行双极性的调制时装置的功率三极管的损耗较大。在公开号为GK87100105中公开的中国发明专利中，使用至少一个频率指令计算一个总相位的处理器，报据计算得出的总相位决定一个开关元件的导通截止状态，输出控制装置有一个定时器，开关元件的门信号根据该预定事件产生；起动时间是根据加到电力转换器或从电力转换器中取出来的交流电源的至少两个三相电压或电流的量值划分预定时间间隔。同样存在不能使电动机形成恒磁通和降低谐波畸变率，及减少功率三极管的总损耗。

本发明的目的在于设计一种使输出电压增益100％时减少谐波畸变率，同时降低功率三极管的总损耗，控制交流电动机时形成恒转矩的恒磁通步进旋转式脉宽调制变频电源。

本发明为一种恒磁通步进旋转式脉宽调制变频电源，它由整流滤波1、逆变器组成，其特点是采用一个一相单极性调制，两相双极性调制，每6个60°区间形成一个周期，每相按不送，送60°～0 °的正弦波形、送60°～120°的反波形、不送、送60°～0°的反波形、送60°～120°的波形重复进行的驱动器。驱动器由控制电路2、反向器I1～I3、延时电路D1～D6、与门A1～A6、隔离驱动电路3组成。采用霍耳元件I⁺、I^-对任意相的短路和接地进行保护。

本发明有如下附图：

图1为恒磁通步进旋转式脉宽调制变频电源的主电路图。

图2为每周期斩波点数为12点的驱动波形和输出波形。

下面参照附图说明本发明的实施方案。按图1所示的恒磁通步进旋转式脉宽调制变频电源，三相380V交流输入电压经由三相全桥整流滤波1后得到直流电压向逆变器六只功率三极管Q1～Q6供电，Q1～Q6的开通顺序则由驱动器驱动。驱动器由用8098准16位单片机构成的控制电路2、反向器I1～I3、单稳D1～D6延时电路、与门A1～A6、光耦PC817隔离驱动电路3组成。控制电路2输出A⁺、B⁺、C⁺三个控制信号，经反向器I1～I3获得A^-、B^-、C^-三个控制信号，这六个信号经D1～D6六个开通时延时关断时瞬时延时的电路后，通过与门A1～A6，经隔离驱动电路3驱动Q1～Q6六只功率三极管，与门A1～A6的输出由控制电路8098输出的L信号控制，只当L为高电平时才允许输出，根据控制电路输出的A⁺、B⁺、C⁺控制信号使由Q1～Q6组成的逆变器输出的三相交流变频电源有100％的电压增益，并直接驱动工频(50赫)和中频三相异步交流电动机变速运行。

由于采用准16位单片机8098直接产生控制Q1～Q6所需的通断信号，斩波脉冲的宽度数据根据等面积原理计算获得在60°的两相数据存在只读存储器中，因而数据量很小，如每周期(360°)斩波96点，只需存24个数据，这些数据重复使用产生波形，只是在六个60°的区间内输出切换到不同的控制输出端。频率降低时，脉宽数据不变而获得与频率下降成比例下降的输出电压，达到了变频变压保证电动机磁路不饱和及恒转矩输出的目的。在需要低频时提升转矩或要求降低转矩(抛物线)特性时，只需将储有数据乘以相应的与频率有关的系数修改使用即可。

图2所示为每周期折波点数为12点的波形。A⁺、B⁺、C⁺、A^-、B^-、C^-分别为驱动波形，UAB、UBC、UCA为逆变器输出到电动机的电压波形。此时只需要三个脉宽数据τ1、τ21、τ22。在图2中开始的60°内，控制电路只对B⁺、C⁺口输出a、c两种波形，在刚进入时第一个斩波期只需送出五个命令。图中箭头所示向上为开通命令，向下为关断命令。在其斩波期间只需送出四个命令，故可大大提高逆变器输出的频率。b、d波形是与a、c互补的，即a、c波形开通时，b、d波形为关断，a、c波形关断时，b、d波形为开通。在开始的60°期间，a波形送B⁺口，C波形送C⁺口，在随后的60°期间改为送B⁺口，而将b波形送C⁺口，d波形则送A⁺口，依次类推，即每60°周期中计算只产生a、c或b、d两种波形送到相应口，由图2所示，可见对于A⁺口送出顺序为不送、送d(60°～0°的波形)的波形、送a(60°～120°的反波形)波形、不送、送C(60°～0°的反波形)波形、送b(60°～120°的波形)波形，其余口按此序依次滞后一个120°区间，这样6个60°区间形成一个周期，以后重复进行。这样与常规的按正弦波形驱动的方式不同，但输电压波形U_AB、U_BC、U_CA却为正弦，其增益为100％的标准脉宽调制正弦波，且使谐波畸变率小于5％，频率降低时谐波减小，同时只有三分之二周期为双极性波形，三分之一周期中采用单极性调制，使功率三极管总损耗减少了三分之一，提高功率三极管的利用率而降低了成本。按图2所示的波形输出保持了电动机磁通为恒定的，同时在每个斩波点的两端磁通方向保持不变；在每个斩波点中磁通方向改变两次，因而从微观上看磁通是步进旋转的。

本电源使用霍耳元件I+、I-接于整流滤波与控制电路和逆变器之间(如图1所示)，检测电流送给控制电路以保护电动机的接地和短路，因动作快，从故障开始到控制电路输出L的低电平信号关断所有的驱动器只有7微秒左右，可以保护Q1～Q6大功率晶体三极管不至于损坏。此电流还作过负荷保护，过负荷保护的动作时间t按下式计算：

\dot{t} = \frac{62.4}{I^{2} - 1.21}

式中I为实际电流与额定电流的比值(标幺值)。这样处理获得反限时特性，保证电路为额定电流的1.1倍时不会动作，可长期运行，在电流为额定电流的1.5倍时60秒动作，随着过负荷电流的增大动作时间将减少，但均保证此期间产生的发热量相同，从而保证功率三极管和电动机的温升相同而不会损坏。电压保护经电阻R与线性光耦U采样。

本恒磁通步旋转式脉宽调制度频电源控制交流电动机时使谐波畸变率在输出电压增益为100％时＜5％，磁通步进旋转，恒转矩输出功率三极管总损耗降低了三分之一，具有按地、短路、过负荷保护。

Claims

1、一种恒磁通步进旋转式脉宽调制变频电源，由整流滤波、逆变器组成，其特征在于在整流滤波的输出与逆变器的输入端基极之间有一个由准16位单片机构成的控制电路(2)、反向器(I1～I3)、单稳D1～D6延时电路、与门(A1～A6)、隔离驱动电路(3)组成的，一相单极性调制，两相双极性调制，每相六个60°区间形成一个周期，脉宽调制信号按不送—送60°～0°的正弦波形—送60°～120°的反波形—不送—送60°～0°的反波形—送60°～120°的波形的顺序，每周期重复进行的驱动器。

2、按权利要求1所述的恒磁通步进旋转式脉宽调制变频电源，其特征在于在整流滤波的输出端与控制电路(2)和逆变器之间接有对任意相短路和接地保护的霍耳元件(I⁺、I^-)。