CN106026851A - 基于斩波器作电源补偿的电机变频器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于斩波器作电源补偿的电机变频器，它包括：用于在交流输入端起到保护作用的第一保护电路；用于将交流电整流成直流电的整流电路；用于对整流后的直流电进行滤波处理的滤波电路；用于将整流后的直流电进行逆变处理，以转变成频率可调的交流电的逆变电路；用于在直流输入端起到保护作用的第二保护电路；用于将外部直流电源的直流电压调整至逆变电路需要的直流斩波器；用于采样并计算整流电路、逆变电路和直流斩波器的输出端的输出功率，通过对比逆变电路输出功率与整流电路的输出功率，以实现控制直流斩波器运行的控制单元。

Description

基于斩波器作电源补偿的电机变频器
技术领域
本发明涉及一种变频器，具体来说，涉及一种使用斩波器作电源补偿的变频器，可以在变频器输入电源不足的情况下使用备用或是辅助电源给变频器直流侧供电，甚至可以通过直流微电网进行供电，以达到输出功率要求的基于斩波器作电源补偿的电机变频器。
背景技术
变频器作为一种高效调节电机运转的电力电子设备已经在各个行业得到了广泛的应用，当电机负载突然增大时(例如起重机加速提升时)如果变频器的整流部分输入侧电源功率不足，可能会导致变频器内部直流电压下降，达不到生产所需的输出功率。
随着不可再生能源储备日益减少，可再生能源如风能，太阳能受到的关注度越来越高，但是由于其特性，目前没有得到大规模的应用，在将来可能会形成由可再生能源的微型电网对现有电网进行补充，如何高效利用微型电网也将成为电力企业亟待解决的问题。
发明内容
针对以上的不足，本发明提供了一种使用斩波器作电源补偿的变频器，可以在变频器输入电源不足的情况下使用备用或是辅助电源给变频器直流侧供电，甚至可以通过直流微电网进行供电，以达到输出功率要求的基于斩波器作电源补偿的电机变频器，它包括整流电路和逆变电路，所述整流电路用于将外接交流电整流成直流电，所述逆变电路将整流后的直流电进行逆变处理，以将直流电转变成频率可调节的交流电，其特征在于，还包括直流斩波器和控制单元，所述直流斩波器电气连接在逆变电路的输入端与外部直流电源之间，以将外部直流电源的直流电压调整至逆变电路需要的电压值，所述控制单元负责监控整流电路、逆变电路和直流斩波器，以控制直流斩波器的动作。
为了进一步实现本发明，所述整流电路的输出端电气连接有滤波电路。
为了进一步实现本发明，所述滤波电路为电容C1，电容C1两端分别电气连接在整流电路的输出端的正负极。
为了进一步实现本发明，所述主电源输入单元包括R、S和T三个输出端，主电源输入单元与整流电路之间设置有第一保护电路。
为了进一步实现本发明，所述第一保护电路包括熔断器F1-F3，熔断器F1-F3分别设置在主电源输入单元的三个输出端。
为了进一步实现本发明，所述整流电路2包括6个IGBT单元，每相2个IGBT单元构成整流部分，每相整流部分的输入端电气连接至主电源输入单元的1个输出端，每相整流部分的其中一个IGBT单元的输出端作为直流电的P端，每相整流部分的另外一个IGBT单元的输出端作为直流电的N端。
为了进一步实现本发明，所述逆变电路包括6个IGBT单元，每相2个IGBT单元构成逆变部分，每相逆变部分的输出端电气连接至电机，每相逆变部分的输入端电气连接整流电路的输出端。
为了进一步实现本发明，所述直流斩波器与逆变电路之间还设置有电流抑制电路，所述电流抑制电路采用直流电抗器L1实现，直流电抗器L1的一端电气连接直流斩波器，其另一端连接直流电的P极。
为了进一步实现本发明，所述外部直流电源输入单元与直流斩波器之间设置有第二保护电路，所述第二保护电路包括熔断器F4，熔断器F4电气连接在外部直流电源输入单元与直流斩波器之间。
为了进一步实现本发明，所述控制单元一方面分别采样并计算整流电路、逆变电路和直流斩波器的输出端的输出功率，另一方面，对比逆变电路的输出功率和整流电路的输出功率，如果整流电路输出功率不足时，控制直流斩波器运行，对不足的功率部分进行补偿；当外部直流电源有富余的电能，控制单元降低整流电路的输出功率，提高直流斩波器的输出功率。
本发明的有益效果：
1、本发明的控制单元对比逆变电路的输出功率和整流电路的输出功率，当整流电路输出功率不足时，控制直流斩波器运行，对不足的功率部分进行补偿，当外部直流电源有富余的电能时，可通过控制单元适当降低整流电路的输出功率，提高直流斩波器的输出功率，以达到合理利用能源的目的；另外，避免电机因为市电的不稳定性而非正常工作，而从影响负载的正常工作。
2、本发明通过滤波电路和电流抑制电路的设计，可以提高供电品质和稳定性。
3、本发明通过第一保护电路和第二保护电路的设计，可以对变频器及其内部电路起到保护的作用。
附图说明
图1为本发明的基于斩波器作电源补偿的电机变频器的电路示意图；
图2为本发明的控制单元的控制原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步阐述，其中，本发明的方向以图1为标准。
如图1和图2所示，本发明的基于斩波器作电源补偿的电机变频器包括整流电路2、滤波电路3、逆变电路4、直流斩波器5、电流抑制电路6、第一保护电路8、第二保护电路9和控制单元10，其中：
主电源输入单元1用于连接三相电源(市电)，以给电机11提供工作电压，主电源输入单元1包括R、S和T三个输出端。
整流电路2用于对主电源输入单元1接入的交流电进行整流处理，以将交流电整流成直流电，整流电路2包括6个IGBT单元，即IGBT1-IGBT6，每相2个IGBT单元构成整流部分，每相整流部分的输入端电气连接至主电源输入单元1的1个输出端(每相)，每相整流部分的其中一个IGBT单元的输出端作为直流电的P端(负极)，每相整流部分的另外一个IGBT单元的输出端作为直流电的N端(正极)。
滤波电路3用于对整流电路2整流后的直流电进行滤波处理，以减少直流波纹电压，滤波电路3为电容C1，电容C1电气连接在整流电路2的输出端(直流电的P端与直流电的N端之间)。
逆变电路4用于将对整流电路2整流后的直流电进行逆变处理，以将直流电转变成频率可调节的交流电，最终输出到电机11。逆变电路4包括6个IGBT单元，即IGBT7-IGBT12，每相2个IGBT单元构成逆变部分，每相逆变部分的输出端电气连接至电机8，每相逆变部分的输入端电气连接整流电路2的输出端。
直流斩波器5的输出端电气连接逆变电路4的输入端，直流斩波器5的输入端电气连接外部直流电源输入单元6，以将外部直流电源的直流电压调整至逆变电路4需要的电压值。
电流抑制电路6电气连接在直流斩波器5与逆变电路4之间，以抑制直流斩波器5输出的直流波纹电流，电流抑制电路6采用直流电抗器L1实现，直流电抗器L1的一端电气连接直流斩波器5，其另一端连接直流电的P极。
外部直流电源输入单元7电气连接在外部直流电源与直流斩波器5之间，以接入外部直流电源。
第一保护电路8包括熔断器F1-F3，熔断器F1-F3分别设置在主电源输入单元1的R、S和T三个输出端，以防止接入主电源输入单元1接入的电流过大，从而实现对变频器起到保护的作用。
第二保护电路9包括熔断器F4，熔断器F4电气连接在外部直流电源输入单元7与直流斩波器5之间，以防止外部直流电源输入单元7接入的电流过大，从而实现对直流斩波器5和变频器起到保护的作用。
控制单元10负责监控整流电路2、逆变电路4和直流斩波器5，一方面采样并计算整流电路2、逆变电路4和直流斩波器5的输出端的输出功率，另一方面，对比逆变电路4的输出功率和整流电路2的输出功率，如果发现整流电路2输出功率不足时，控制单元10将会控制直流斩波器5运行，对不足的功率部分进行补偿；当外部直流电源有富余的电能时，可通过控制单元10适当降低整流电路2的输出功率，提高直流斩波器5的输出功率，以达到合理利用能源的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部微小的结构改动，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，且属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。

Claims (10)

1.一种基于斩波器作电源补偿的电机变频器，它包括整流电路和逆变电路，所述整流电路用于将外接交流电整流成直流电，所述逆变电路将整流后的直流电进行逆变处理，以将直流电转变成频率可调节的交流电，其特征在于，还包括直流斩波器和控制单元，所述直流斩波器电气连接在逆变电路的输入端与外部直流电源之间，以将外部直流电源的直流电压调整至逆变电路需要的电压值，所述控制单元负责监控整流电路、逆变电路和直流斩波器，以控制直流斩波器的动作。
2.根据权利要求1所述的基于斩波器作电源补偿的电机变频器，其特征在于，所述整流电路的输出端电气连接有滤波电路。
3.根据权利要求2所述的基于斩波器作电源补偿的电机变频器，其特征在于，所述滤波电路为电容C1，电容C1两端分别电气连接在整流电路的输出端的正负极。
4.根据权利要求1所述的基于斩波器作电源补偿的电机变频器，其特征在于，所述主电源输入单元包括R、S和T三个输出端，主电源输入单元与整流电路之间设置有第一保护电路。
5.根据权利要求4所述的基于斩波器作电源补偿的电机变频器，其特征在于，所述第一保护电路包括熔断器F1-F3，熔断器F1-F3分别设置在主电源输入单元的三个输出端。
6.根据权利要求4所述的基于斩波器作电源补偿的电机变频器，其特征在于，所述整流电路2包括6个IGBT单元，每相2个IGBT单元构成整流部分，每相整流部分的输入端电气连接至主电源输入单元的1个输出端，每相整流部分的其中一个IGBT单元的输出端作为直流电的P端，每相整流部分的另外一个IGBT单元的输出端作为直流电的N端。
7.根据权利要求6所述的基于斩波器作电源补偿的电机变频器，其特征在于，所述逆变电路包括6个IGBT单元，每相2个IGBT单元构成逆变部分，每相逆变部分的输出端电气连接至电机，每相逆变部分的输入端电气连接整流电路的输出端。
8.根据权利要求6所述的基于斩波器作电源补偿的电机变频器，其特征在于，所述直流斩波器与逆变电路之间还设置有电流抑制电路，所述电流抑制电路采用直流电抗器L1实现，直流电抗器L1的一端电气连接直流斩波器，其另一端连接直流电的P极。
9.根据权利要求6所述的基于斩波器作电源补偿的电机变频器，其特征在于，所述外部直流电源输入单元与直流斩波器之间设置有第二保护电路，所述第二保护电路包括熔断器F4，熔断器F4电气连接在外部直流电源输入单元与直流斩波器之间。
10.根据权利要求1所述的基于斩波器作电源补偿的电机变频器，其特征在于，所述控制单元一方面分别采样并计算整流电路、逆变电路和直流斩波器的输出端的输出功率，另一方面，对比逆变电路的输出功率和整流电路的输出功率，如果整流电路输出功率不足时，控制直流斩波器运行，对不足的功率部分进行补偿；当外部直流电源有富余的电能，控制单元降低整流电路的输出功率，提高直流斩波器的输出功率。
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