CN107508531A - 三相异步电机分频变频器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及三相异步电机分频变频器，可广泛的应用于机床、传送带、加工机械、纺织机械、建筑机械等领域电机动力变频调速，UiL为单相工频输入或单相方波调宽逆变输入经变压器输出整流正弦波形，三个正弦波为一组进行滤波逆变为一个变频输出正弦波形，UiC为无输入变压器三相方波调宽波形，三个方波为一组进行滤波逆变为一个变频输出正弦波形，输出正弦波经时序控制输出变频器三相电压a、b、c。
Description
技术领域
本发明涉及三相异步电机分频变频器，可广泛的应用于机床、传送带、加工机械、纺织机械、建筑机械等领域电机动力变频调速。
背景技术
变频调速是交流电机需要无极调速下发展起来的，以三相逆变正弦波等相位角度还原为三相交流电的变频器，对频率幅值相应的调节达到调速的目的，以大功率开关管阵列按设定的程序，将直流转换为不同脉宽与幅度的脉冲列，按正弦轨迹排列经滤波获得近似正弦波，驱动交流电机。随着数字技术的发展，闭环控制提高了调速运转的精度，矩阵式交-交变频器省去了中间直流环节，但是位置闭环与交交控制技术目前没有实质性有效的技术方法。
发明内容
目前变频调速通过正弦脉宽调制、电压空间矢量、直接转矩等方法，在直流上取得各种频率各种幅度方波，按三相规律进行组合，复杂的控制不利于动力传动。将单相交流电的正弦波，按正弦波的个数，以三个波形为一组的正弦三波制，三组九个波形两两重合两个，五个波形可分出三相，对每相三个输入波形独立整形滤波并逆变为一个输出正弦波，再将输出正弦波以一个输入正弦波为相位差，以正负相位差排列输出三相交流电，三个波一组分段以LC整流滤波，直接接工频电的三相输出可以在单相输入的四象限运行，三相输出频率为单相输入频率的1/4，而控制部分仅仅采用一块集成寄存器CD4042或74HC175，与一块基本逻辑门CD4011或74HC00，输出三相六个波形的时序信号，极大的简化了控制电路。在工频以外以单相调节占空比变频器，改变单相推挽振荡方波频率的截止时间，即可改变由方波逆变为正弦波的频率和幅值，再按正弦波三波制调节三相输出的频率和幅值，输出可星形连接，还可设定负载阻抗为单相方波推挽振荡的一个RC臂，三相输出电压的调节由电机负载反馈至单相输入的给定上，能实现无传感器下速度闭环，单相占空比调节方式有利于输入接入变压器，按300hz---500hz适配变压器范围，适合于中小功率4极电机1/8输入频率，转速在2850rpm左右调速。以三相调节占空比变频器，振荡方波信号控制六个时序信号的产生，并按比例同时控制六个时序信号的脉宽，六个可调宽时序信号控制逆变桥的六个上下臂，输出以每三个方波为一组，经滤波整形为正弦波的方波三波制，输出时序下三相正弦波交流电，输出可星形连接，没有输入变压器的变频器，大输出功率不受体积的限制，适合于转速低一点力矩大一点的电机变频方式。
附图说明
如图1所示为应用本发明输入单相调节异步电机变频器电路图
如图2所示为应用本发明输入三相调节异步电机变频器电路图
如图3所示为应用本发明三相异步电机变频器波形转换图
具体实施方式
如图1所示为应用本发明输入单相调节异步电机变频器电路图，图中IC芯片直流电源由电容C1桥BRDG1整流，R1、R2、C2滤波，Dw稳压为CD4011及CD4042提供5.6v电压。OS1为施密特光耦，将输入正弦变为方波触发CP输出，时间继电器KS通过D提供半倍频起动，或者为手动开关，R1调节OS1方波触发的时间在接近正弦波0值时触发，R3为触发CP上拉电阻输出CP，R5为光耦输出限流电阻，LED为光耦输出作电源指示，R4为锁存器在脉冲下降沿触发置1及空脚置1，光耦OS2、OS3、OS4、OS5、OS6、OS7为输出上下臂时序开关，三极管T1、T2、T3、T4、T5、T6为输出上下臂，R6、R7、R8为限压偏置电阻，R9、R11、R13为N管供压电阻，R10、R12、R14为P管供压电阻，L1、L2、L3为输出整形电感，C4、C6、C8为输出滤波电容，C3、C5、C7为输出续流电容，Uo1、Uo2、Uo3为a、b、c三相输出，主电源经变压器B变压至桥BRDG2整流，为逆变桥提供直流电源，变压器输入为L6，输出L4、L5有一个中间抽头，与三个逆变桥中间抽头相连。当输入为50hz工频交流时，施密特光耦OS1输出100hz方波，作为4D锁存器CD4042的触发CP，CD4011为4路2输入与非门，其中2个与非门作为2个锁存器置数缓冲，另2个与非门为第3个锁存器置数缓冲及避免进入全0全1死循环，第4个锁存器空置，在Q4非自置时可作为输出频率显示信号，第一个脉冲IC为任意输出状态，只要不全为0或全为1，即可进入顺序输出状态，Q1、Q2、Q3输出六个循环状态为101、100、110、010、011、001--101、100、110、010、011、001…，对应Q1非、Q2非、Q3非六个状态为010、011、001、101、100、110--010、011、001、101、100、110…，一起控制逆变桥六个上下臂。六个循环的六个臂都是三个0或三个1进行变化，每一个臂连续导通三个正弦波，按隔一个正弦波为相位差，输出三相六组三个正弦波组合，再对三个正弦波组合进行独立的滤波，整形为一个近似正弦波，所以总输出为近似三相交流电，频率为四分之一工频12.5hz，电压为变压器输出电压乘整形电感与电机线圈电感之比值。当触发时间在交流0值时，输出换向时为0，能减少桥臂三极管冲击，相位调节还可以由施密特振荡输出延时及改变触发为上升沿或下降沿。当输入为可调推挽方波时，经整形再过变压器的单相逆变交流，与工频输入一样，变频器输出幅度的调节，由输入推挽方波改变频率时同步改变方波脉宽来决定，同时负载的变化也作为输入推挽方波脉宽的控制条件，达到速度闭环。当不需要变压器中分抽头时，以三相4线逆变，虽然桥臂三极管多了2个，但可实现交交控制。
如图2所示为应用本发明输入三相调节异步电机变频器电路图，图中IC芯片直流电源由电容C1桥BRDG1整流，R1、C2滤波，Dw稳压为4路2输入与非门74HC100及4D锁存器74HC175及施密特SN74LV1G132提供5.6v电压，LED为电源指示。SN74LV1G132为施密特回差振荡，电位器POT与C3为振荡RC，频率为0.7倍RC时间常数，74HC175的9脚得到方波振荡的触发CP，锁存器在方波上升沿触发，同样74HC175的Q1、Q2、Q3、Q1非、Q2非、Q3非输出六个控制信号，再与SN74LV1G132的输出“与”逻辑连接，得到六个信号与振荡相同的脉宽，而施密特振荡频率在调节上，脉宽调节小于占空比调节，所以受控脉宽的变频器输出高速与低速的功率基本相同，所以输出低速逆变整形正弦波的电压低，高速逆变整形正弦波的电压高。主电源整流滤波得到中分电容C7、C8电压，中间抽头与三个逆变桥中分相连，没有输入变压器的非隔离电源，效率高，大容量变频器不受体积的限制。其余与单相调节相同，但耦合桥为3个芯片TLP521-4共12个耦合器，逆变桥每一个臂由2个光耦控制，可以得到输出为振荡脉宽，且在输出换向时有一臂为0，增加了逆变桥臂的可靠性。R2为去清0及空脚置1，R3、R4为光耦输入输出限流电阻，光耦TLP521-4为输出上下臂时序开关，三极管T1、T2、T3、T4、T5、T6为输出上下臂，R5、R6、R7为限压偏置电阻，R8、R10、R12为N管供压电阻，R9、R11、R13为P管供压电阻，L1、L2、L3为输出整形电感，C4、C6、C8为输出滤波电容，C5、C7、C9为输出续流电容，C10、C11为主电源滤波电容，Uo1、Uo2、Uo3为a、b、c三相输出。图中参数设置参考可带动1kw电机。
如图3所示为应用本发明三相异步电机变频器波形转换图，图中UiL为单相工频输入或单相方波调宽逆变输入经变压器输出整流正弦波形，三个正弦波为一组进行滤波逆变为一个变频输出正弦波形，UiC为无输入变压器三相方波调宽波形，三个方波为一组进行滤波逆变为一个变频输出正弦波形，输出正弦波经时序控制输出变频器三相电压a、b、c。
Claims (3)
1.本发明涉及三相异步电机分频变频器，可广泛的应用于机床、传送带、加工机械、纺织机械、建筑机械等领域电机动力变频调速，将单相交流电的正弦波，按正弦波的个数，以三个波形为一组的正弦三波制，三组九个波形两两重合两个，五个波形可分出三相，对每相三个输入波形独立整形滤波并逆变为一个输出正弦波，再将输出正弦波以一个输入正弦波为相位差，以正负相位差排列输出三相交流电，三个波一组分段以LC整流滤波，直接接工频电的三相输出可以在单相输入的四象限运行，三相输出频率为单相输入频率的1/4，而控制部分仅仅采用一块集成寄存器CD4042或74HC175，与一块基本逻辑门CD4011或74HC00，输出三相六个波形的时序信号，极大的简化了控制电路。
2.在工频以外以单相调节占空比变频器，改变单相推挽振荡方波频率的截止时间，即可改变由方波逆变为正弦波的频率和幅值，再按正弦波三波制调节三相输出的频率和幅值，输出可星形连接，还可设定负载阻抗为单相方波推挽振荡的一个RC臂，三相输出电压的调节由电机负载反馈至单相输入的给定上，能实现无传感器下速度闭环，单相占空比调节方式有利于输入接入变压器，按300hz---500hz适配变压器范围，适合于中小功率4极电机1/8输入频率，转速在2850rpm左右调速。
3.以三相调节占空比变频器，振荡方波信号控制六个时序信号的产生，并按比例同时控制六个时序信号的脉宽，六个可调宽时序信号控制逆变桥的六个上下臂，输出以每三个方波为一组，经滤波整形为正弦波的方波三波制，输出时序下三相正弦波交流电，输出可星形连接，没有输入变压器的变频器，大输出功率不受体积的限制，适合于转速低一点力矩大一点的电机变频方式。
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