CN103595268B - 变频器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变频器，包括：整流模块，接收三相交流电并转换输出第一直流电，直流变换模块，并将第一直流电变换成第二直流电并输出，交流变换模块，将第一直流电变换成第一单相交流电并输出，检测模块，检测第二直流电的电压/电流并输出第一检测信号，并检测第一单相交流电的电压/电流并输出第二检测信号，控制模块，根据第一检测信号向直流变换模块输出第一驱动脉冲，并根据第二检测信号向交流变换模块输出第二驱动脉冲，以及包括用以检测三相交流电压/电流并输出第三检测信号的三相交流检测单元，其中，第一检测信号及第三检测信号构成第一逻辑与，第二检测信号及第三检测信号构成第二逻辑与，本发明适应性更强、整流模块电路更简单。

Description

变频器

技术领域

本发明涉及永磁变频发电技术领域，特别是涉及一种变频器。

背景技术

随着社会的发展，人们对电力的需求越来越高，不仅仅是在房屋内需要电力，还要求在户外的某些设备上安装具有发电能力的机器。因此内燃机发电机组被得到快速发展，其技术日新月异。再者，国内外发电厂的发展也促进了内燃机发电技术快速地向前更新。

其中现有的内燃机发电机组按照励磁方式可以分为电励磁发电机组和永磁发电机组两种。该电励磁发电机直接输出50Hz的工频正弦交流电，而该永磁发电机组通常输出三相频率为400Hz的交流电，经现有的变频器变换为50Hz的单相工频正弦交流电后再提供给负载电路。

同传统工频发电机组比较，现有的永磁变频发电技术具有以下突出优点：1)高效节能：由于能量转换效率高，能够提高效率15％以上，节能效果十分显著；2)高供电品质：机组电气性能指标中的电压波动率、频率波动率等优于精密电站指标，可以达到I类电站要求；3)高功率密度：采用永磁变频电机技术，使机组的小型化水平大幅度提高，机组重量可以减轻30％左右，体积缩小超过三分之一；4)结构简单，维护简便，可靠性高，保障简单等。因此，现有的永磁变频发电机组对提高发电装备的能量转换效率、改善供电品质以及发电装备的小型化具有重要的推动作用，而被广泛应用于各发电技术领域。

但是，现有的永磁变频发电机组的变频器采用直接整流后，再通过逆变电路变换的方式而输出交流电。该方式对永磁电机输出的三相交流电的变化范围和逆变器的响应速度有非常高的要求，适用性不强。并且，现有的永磁变频发电机组不具有直流输出功能而进一步限制了其的推广应用。

综上所述，如何能提出一种能够解决现有技术中的技术问题的变频器，使永磁变频发电机组能够具有更强的适应性，成为目前亟待解决的课题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种变频器，用于解决现有技术中适应性不强、不能同时对负载提供直流和交流等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种变频器，包括：整流模块，用以接收三相交流电并转换输出第一直流电；直流变换模块，用以将所述第一直流电变换成第二直流电并输出；交流变换模块，用以将所述第一直流电变换成第一单相交流电并输出；检测模块，用以检测所述第二直流电的电压/电流并输出第一检测信号，用以检测所述第一单相交流电的电压/电流并输出第二检测信号；控制模块，用以根据所述第一检测信号向所述直流变换模块输出第一驱动脉冲，用以根据所述第二检测信号向所述交流变换模块输出第二驱动脉冲，其中，所述控制模块包括主控单元及与所述主控单元连接的次控单元，所述控制模块还包括连接所述主控单元的三相交流检测单元，所述三相交流检测单元用以检测所述三相交流电压/电流并输出第三检测信号，其中，所述第一检测信号及所述第三检测信号构成第一逻辑与，所述第二检测信号及所述第三检测信号构成第二逻辑与。

优选地，所述直流变换模块包括连接所述整流模块的DC/DC单元、及连接所述DC/DC单元的直流滤波单元。

优选地，所述交流变换模块包括连接所述整流模块的逆变单元、及连接所述逆变单元的交流滤波单元。

优选地，所述检测模块包括连接所述直流滤波单元的直流检测单元、及连接所述交流滤波单元的交流检测单元。

优选地，所述主控单元，连接所述直流检测单元及所述交流检测单元，用以根据所述第一检测信号向所述次控单元输出第一控制脉冲，用以根据所述第二检测信号向所述次控单元输出第二控制脉冲；所述次控单元，还连接所述DC/DC单元及所述逆变单元，用以将所述第一控制脉冲隔离放大并输出所述第一驱动脉冲至所述DC/DC单元，用以将所述第二控制脉冲隔离放大并输出所述第二驱动脉冲至所述逆变单元。

优选地，所述控制模块还包括连接所述主控单元及所述次控单元的电源单元，所述电源单元用以接收三相交流电并转换输出第三直流电至所述主控单元及所述次控单元。

优选地，所述整流模块包括：三相半控桥单元；取样单元，连接所述三相半控桥单元的直流输出端，用以对所述三相半控桥单元输出的电压进行采样并输出采样电压；整流控制单元，连接所述取样单元，用以接收并判断所述取样单元的采样电压而输出比较信号；驱动单元，连接所述整流控制单元及所述三相半控桥单元，用以根据所述比较信号升高或降低所述三相半控桥单元的输出电压。

如上所述，本发明的变频器，具有以下有益效果：由于本发明包括直流变换模块、交流变换模块、检测模块及控制模块，所以根据本发明之技术思想可以实现稳定地对外同时输出直流电和交流电；由于本发明还包括三相交流检测单元，所以根据本发明之技术思想可以进一步保证本发明的变频器输出的直流电和交流电的稳定性及可靠性；由于本发明的整流模块的特殊设置，所以根据本发明之技术思想简化了现有的整流电路等。

附图说明

图1显示为本发明的变频器的结构框图。

图2显示为本发明的变频器的整流模块的结构框图。

图3显示为本发明的变频器的整流模块的电路原理图。

元件标号说明

1 整流模块

11 三相半控桥单元

12 取样单元

13 整流控制单元

14 驱动单元

2 直流变换模块

21 DC/DC单元

22 直流滤波单元

3 交流变换模块

31 逆变单元

32 交流滤波单元

4 检测模块

41 直流检测单元

42 交流检测单元

5 控制模块

51 主控单元

52 次控单元

53 电源单元

54 三相交流检测单元

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

图1显示为本发明的变频器的结构框图，请参阅图1，本发明提供一种变频器，包括整流模块1、直流变换模块2、交流变换模块3、检测模块4及控制模块5。于本实施例中，本发明的变频器应用于永磁中频交流发电机，该变频器输入端连接永磁中频交流发电机而输出端连接相应负载电路。该永磁中频交流发电机产生的是不稳定的三相交流电，其交流电是380V/400Hz，而本发明的变频器是将电压及电流都不稳定的380V/400Hz的三相交流电变换成稳定的220V/50Hz的工频交流电和24V的直流电。

其中，整流模块1用以接收三相交流电并转换输出第一直流电。直流变换模块2用以将该第一直流电变换成第二直流电并输出。交流变换模块3用以将该第一直流电变换成第一单相交流电并输出。检测模块4用以检测该第二直流电的电压/电流并输出第一检测信号，用以检测该第一单相交流电的电压/电流并输出第二检测信号。控制模块5用以根据该第一检测信号向该直流变换模块2输出第一驱动脉冲，用以根据该第二检测信号向该交流变换模块3输出第二驱动脉冲，用以检测三相交流电压/电流并输出第三检测信号，其中，所述第一检测信号及所述第三检测信号构成第一逻辑与，所述第二检测信号及所述第三检测信号构成第二逻辑与。于本实施例中，该第一直流电为360V的直流电，该第二直流电为24V的直流电，该第一单相交流电为220V/Hz的工频交流电。详细地，该整流模块1是将380V/400Hz的三相交流电变换成稳定的360V的直流电并输出给直流变换模块2及交流变换模块3。然后，直流变换模块2再将360V的直流电变换成24V的直流电，交流变换模块3再将360V的直流电变换成220V/50Hz的工频交流电。当然，根据本发明之技术思想并不局限于此，于其他实施例中可以任意设置直流变换模块或交流变换模块输出的直流电或交流电的电压及频率等。本发明的变频器通过该整流模块1输出的第一直流电经直流变换模块2及交流变换模块3可以直接得到提供给负载的直流电和交流电，因此本发明的变频器在实际使用过程中的适应性更强。

进一步地，该直流变换模块2包括连接该整流模块1的DC/DC单元21、及连接该DC/DC单元21的直流滤波单元22。于本实施例中，该DC/DC单元21将整流模块1输出的稳定的360V的直流电转换成24V的直流电并输出给直流滤波单元22，该直流滤波单元22将DC/DC单元21输出的24V直流电进行滤波而提供稳定的24V直流电给负载电路。

进一步地，该交流变换模块3包括连接该整流模块1的逆变单元31、及连接该逆变单元31的交流滤波单元32。于本实施例中，该逆变单元31将整流模块1输出的稳定的360V的直流电转换成220V/50Hz的交流电并输出给交流滤波单元32，该交流滤波单元32将逆变单元31输出的220V/50Hz的交流电进行滤波而提供稳定的220V/50Hz的交流电给负载电路。

进一步地，该检测模块4包括连接该直流滤波单元22的直流检测单元41、及连接该交流滤波单元32的交流检测单元42。于本实施例中，该直流检测单元41对直流滤波单元22输出的24V直流电进行检测，具体是将24V的直流电进行降压处理并转换成第一检测信号而输出。该交流检测单元42对交流滤波单元32输出的220V/50Hz的交流电进行检测，具体是将220V/50Hz的交流电进行隔离降压处理并转换成第二检测信号而输出。

进一步地，该控制模块5包括主控单元51及与该主控单元51连接的次控单元52；该主控单元51连接该直流检测单元41及该交流检测单元42，用以根据该第一检测信号向该次控单元52输出第一控制脉冲，用以根据该第二检测信号向该次控单元52输出第二控制脉冲。该次控单元52还连接该DC/DC单元21及该逆变单元31，用以将该第一控制脉冲放大并输出该第一驱动脉冲至该DC/DC单元21，用以将该第二控制脉冲放大并输出该第二驱动脉冲至该逆变单元31。于本实施例中，该主控单元51将第一检测信号与自身第一预设信号进行比较，若最终判断出该直流滤波单元22输出的直流电与24V直流电有差距，则调整向次控单元52输出相应的第一控制脉冲，该次控单元52接收第一控制脉冲并对其进行隔离放大而向该DC/DC单元21提供相应的第一驱动脉冲。该主控单元51还将第二检测信号与自身第二预设信号进行比较，若最终判断出该交流滤波单元32输出的交流与220V/50Hz的交流电有差距，则调整向次控单元52输出相应的第二控制脉冲，该次控单元52接收第二控制脉冲并对其进行隔离放大而向该逆变单元31提供相应的第二驱动脉冲。当然，该第一驱动脉冲及第二驱动脉冲既包括正调节也包括负调节。

进一步地，该控制模块5还包括连接该主控单元51及该次控单元52的电源单元53，该电源单元53用以接收三相交流电并转换输出第三直流电至该主控单元51及该次控单元52。于本实施例中，该电源单元53将永磁中频交流发电机产生的不稳定的380V/400Hz的三相交流电变换成该主控单元51及该次控单元52所需要的第三直流电。当然，于其他实施例中电源单元可以是相对独立的，也就是说电源单元可以不以永磁中频交流发电机产生的不稳定的380V/400Hz的三相交流电为电能的来源而从其他电源中获取。

于本实施例或其他实施例中，该控制模块5还包括连接该主控单元51的三相交流检测单元54，该三相交流检测单元54用以检测该三相交流电压/电流并输出第三检测信号，其中，该第一检测信号及该第三检测信号构成第一逻辑与，该第二检测信号及该第三检测信号构成第二逻辑与。于本实施例中，该三相交流检测单元54检测永磁中频交流发电机产生的不稳定的380V/400Hz的三相交流电的电压是否是380V，若与380V有差距，则向主控单元51输出相应的第三检测信号。实际过程中，该第一检测信号及该第三检测信号构成第一逻辑与而调整相应的直流控制脉冲给次控单元52，次控单元52再经过隔离放大后输出相应的驱动脉冲给DC/DC单元21；该第二检测信号及该第三检测信号构成第二逻辑与而调整相应的控制脉冲给次控单元52，次控单元52再经过隔离放大后输出相应的驱动脉冲给逆变单元31。当然，此处的驱动脉冲调整既包括正调节也包括负调节。

图2显示为本发明的变频器的整流模块的结构框图，请结合图2，于本实施例或其他实施例中，该整流模块1包括三相半控桥单元11、取样单元12、整流控制单元13及驱动单元14。其中，该取样单元12连接该三相半控桥单元11的直流输出端，用以对该三相半控桥单元11输出的电压进行采样并输出采样电压。该整流控制单元13连接该取样单元12，用以接收并判断该取样单元12的采样电压而输出比较信号。该驱动单元14连接该整流控制单元13及该三相半控桥单元11，用以根据该比较信号升高或降低该三相半控桥单元11的输出电压。图3显示为本发明的变频器的整流模块的电路原理图，为了详细地说明本发明的变频器的整流模块的功能，请结合图3。

该三相半控桥单元11连接三相交流电源J1，该三相半控桥单元11由整流二极管D1、D2、D3，晶闸管Q1、Q2、Q3及电容C10组成，其中，该整流二极管D1、D2及D3的共阴极接地，该晶闸管Q1、Q2及Q3的阴极分别连接该整流二极管D1、D2及D3的三个阳极，该三相交流电源J1设置于该整流二极管D1、D2、D3与该晶闸管Q1、Q2、Q3之间，该电容C10一端连接该整流二极管D1、D2及D3的共阴极而另一端连接该晶闸管Q1、Q2及Q3的共阳极，该晶闸管Q1、Q2、Q3的共阳极构成直流输出端。

该取样单元12由电阻R2、R18组成，其中，该电阻R2一端连接该晶闸管Q1、Q2、Q3的共阳极而另一端与该电阻R18输入端连接。

该整流控制单元13由电阻R17、R19、R20，电容C7、C8、C9，稳压器U5，比较器U4及电源元件Vcc组成，其中，该电阻R19一端与该电阻R18输出端连接，该电阻R19另一端连接该电阻R20一端，该电阻R20另一端、该稳压器U5的接地端、该电容C8一端、该比较器U4接地端及该电容C7一端共同接地，该电源元件Vcc与该比较器源极及该电阻R17一端连接，该电阻R17另一端及该电容C8的另一端共同连接该稳压器U5的输入端，该稳压器U5的输出端及该电容C9的一端共同连接该比较器U4的反相端，该电阻R18输出端及该电容C9另一端共同连接该比较器U4的同相端。

该驱动单元14由光电耦合器U1、U2、U3，晶闸管Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9，二极管D4、D5、D6，电阻R1、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R21、R22、R23、R24，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6组成。

其中，该光电耦合器U1、U2及U3的输入端依次串连，该光电耦合器U1输入端中的一引脚及该电阻R1一端共同连接该比较器U4的输出端及该电容C7的另一端，该电阻R1另一端连接该晶闸管Q1、Q2及Q3的共阳极，该电阻R3一端连接该晶闸管Q1、Q2及Q3的共阳极而另一端连接该电容C1一端，该电容C1另一端连接该晶闸管Q1阴极，该二极管D4的阳极连接该晶闸管Q1的门极，该电阻R5一端连接该二极管D4的阴极而另一端连接该晶闸管Q7的阳极，该晶闸管Q7的门极连接该光电耦合器U1输出端的第一引脚及该电阻R4一端，该电阻R4另一端连接该晶闸管Q1的阴极，该光电耦合器U1输出端的第二引脚连接该电阻R7一端，该电阻R7另一端连接该电阻R21一端、该电阻R6一端、该电容C2一端及该晶闸管Q4的门极，该电容C2另一端、该电阻R6另一端及该晶闸管Q4阳极共同连接该晶闸管Q7阴极，该晶闸管Q4阴极及该电阻R21另一端共同连接该晶闸管Q1的阴极。

其中，该电阻R8一端连接该晶闸管Q1、Q2及Q3的共阳极而另一端连接该电容C3一端，该电容C3另一端连接该晶闸管Q2阴极，该二极管D5的阳极连接该晶闸管Q2的门极，该电阻R9一端连接该二极管D5的阴极而另一端连接该晶闸管Q8的阳极，该晶闸管Q8的门极连接该光电耦合器U2输出端的第一引脚及该电阻R24一端，该电阻R24另一端连接该晶闸管Q2的阴极，该光电耦合器U2输出端的第二引脚连接该电阻R11一端，该电阻R11另一端连接该电阻R22一端、该电阻R10一端、该电容C4一端及该晶闸管Q5的门极，该电容C4另一端、该电阻R10另一端及该晶闸管Q5阳极共同连接该晶闸管Q8阴极，该晶闸管Q5阴极及该电阻R22另一端共同连接该晶闸管Q2的阴极。

其中，该电阻R12一端连接该晶闸管Q1、Q2及Q3的共阳极而另一端连接该电容C5一端，该电容C5另一端连接该晶闸管Q3阴极，该二极管D6的阳极连接该晶闸管Q3的门极，该电阻R14一端连接该二极管D6的阴极而另一端连接该晶闸管Q9的阳极，该晶闸管Q9的门极连接该光电耦合器U3输出端的第一引脚及该电阻R13一端，该电阻R13另一端连接该晶闸管Q3的阴极，该光电耦合器U3输出端的第二引脚连接该电阻R16一端，该电阻R16另一端连接该电阻R23一端、该电阻R15一端、该电容C6一端及该晶闸管Q6的门极，该电容C6另一端、该电阻R15另一端及该晶闸管Q6阳极共同连接该晶闸管Q9阴极，该晶闸管Q6阴极及该电阻R23另一端共同连接该晶闸管Q3的阴极。

该整流模块1的电路工作原理是：当Vout低于360V时，则取样电压Vs低于参考电压Vref，那么比较器U4输出低电平，光电耦合器U1、U2及U3导通，晶闸管Q1、Q2及Q3在永磁中频交流发电机产生的不稳定的380V/400Hz的三相交流电的作用下按照线电压高低依次导通工作，则该整流模块1的输出电压升高至360V。当Vout高于360V时，则取样电压Vs高于参考电压Vref，那么比较器U4输出高电平，光电耦合器U1、U2及U3截止，晶闸管Q1、Q2及Q3也即保持截止状态。在这种动态的调节过程中，保持整流模块1输出电压稳定在360V。该整流模块1具有整流和预稳压作用，并且同传统的整流模块相比，省去了复杂的同步触发电路，电路简单，工作稳定可靠。

综上所述，本发明的变频器可以实现稳定地对外同时输出直流电和交流电，可以进一步保证本发明的变频器输出的直流电和交流电的稳定性及可靠性，简化了现有的整流电路等。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种变频器，其特征在于，包括：

整流模块，用以接收三相交流电并转换输出第一直流电；

直流变换模块，用以将所述第一直流电变换成第二直流电并输出；

交流变换模块，用以将所述第一直流电变换成第一单相交流电并输出；

检测模块，用以检测所述第二直流电的电压/电流并输出第一检测信号，用以检测所述第一单相交流电的电压/电流并输出第二检测信号；

控制模块，用以根据所述第一检测信号向所述直流变换模块输出第一驱动脉冲，用以根据所述第二检测信号向所述交流变换模块输出第二驱动脉冲，其中，所述控制模块包括主控单元及与所述主控单元连接的次控单元，所述控制模块还包括连接所述主控单元的三相交流检测单元，所述三相交流检测单元用以检测所述三相交流电压/电流并输出第三检测信号，其中，所述第一检测信号及所述第三检测信号构成第一逻辑与，所述第二检测信号及所述第三检测信号构成第二逻辑与。

2.根据权利要求1所述的变频器，其特征在于：所述直流变换模块包括连接所述整流模块的DC/DC单元、及连接所述DC/DC单元的直流滤波单元。

3.根据权利要求2所述的变频器，其特征在于：所述交流变换模块包括连接所述整流模块的逆变单元、及连接所述逆变单元的交流滤波单元。

4.根据权利要求3所述的变频器，其特征在于：所述检测模块包括连接所述直流滤波单元的直流检测单元、及连接所述交流滤波单元的交流检测单元。

5.根据权利要求4所述的变频器，其特征在于：所述主控单元，连接所述直流检测单元及所述交流检测单元，用以根据所述第一检测信号向所述次控单元输出第一控制脉冲，用以根据所述第二检测信号向所述次控单元输出第二控制脉冲；

所述次控单元，还连接所述DC/DC单元及所述逆变单元，用以将所述第一控制脉冲隔离放大并输出所述第一驱动脉冲至所述DC/DC单元，用以将所述第二控制脉冲隔离放大并输出所述第二驱动脉冲至所述逆变单元。

6.根据权利要求5所述的变频器，其特征在于：所述控制模块还包括连接所述主控单元及所述次控单元的电源单元，所述电源单元用以接收三相交流电并转换输出第三直流电至所述主控单元及所述次控单元。

7.根据权利要求1所述的变频器，其特征在于，所述整流模块包括：

三相半控桥单元；

取样单元，连接所述三相半控桥单元的直流输出端，用以对所述三相半控桥单元输出的电压进行采样并输出采样电压；

整流控制单元，连接所述取样单元，用以接收并判断所述取样单元的采样电压而输出比较信号；

驱动单元，连接所述整流控制单元及所述三相半控桥单元，用以根据所述比较信号升高或降低所述三相半控桥单元的输出电压。