CN108964564B - 三相异步电机交流转换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及三相异步电机交流转换器，可广泛的应用于电锯、切割、水泵、电磨等没有三相电而需要大动力的领域，图中Ui为单相输入，工频或单相变频，Uoa为三相输出a相，Uob为三相输出b相，Uoc为三相输出c相，变频器为三相三线三角形连接，每一个三相波形由正Ui/2、Ui、Ui/2及同样的负电平，两曲率电平头肩顶组成为一个近似正弦，且三相波形的每一相两两相差两个单相波形，相位差为120°。

Description

三相异步电机交流转换器

技术领域

本发明涉及三相异步电机交流转换器，可广泛的应用于电锯、切割、水泵、电磨等没有三相电而需要大动力的领域。

背景技术

目前的单相异步交流电机，以两个绕组的定子与鼠笼式转子再串接电容来工作，起动绕组与主绕组在结构上相差90度，再以串接电容分相产生90度相位差的两相输入，产生两相旋转磁场，在这个旋转磁场作用下，转子旋转达到满速，可以或不断开启动电容，同功率下单相电机比三相电机体积大很多，由于绕组没有交叉衔接的发力，输出扭矩不高，受力易被逼停。

发明内容

单相交流通过六个双向可控硅按一定顺序过0触发，3倍减速输出相位差为120°的三相交流，三个同正或同负单相波形合成为一个正或负三相波形，每一个三相波由Ui/2、Ui、Ui/2排列，两电平变幅为一个近似正弦，且三相波的每一相两两相差两个单相波宽，六个双向可控硅在交流换向中顺序选开，完成输入波形正负转换及分相输出，主要特征在于：选开控制信号来自于在交流中的三个可控硅光耦三个电容及九个整流桥，输出至三个光耦选组触发功率管输出，选开过程中当一个光耦导通时钳位另外两个光耦截止，并选择只有另外两个中的一个电容充电，交流换向后，有充电的钳位电容上有反向电压最先导通，与相邻的两个光耦截止，交流换向一次导通顺序移动一次的三相选开循环，输出至三组六个功率输出双向可控硅，一次触发导通其中一组两个双向可控硅，串输出触发时三个光耦，也可串输入触发六个光耦。三组可控硅在交流下完成对三相输出波形的拼接，触发顺序两两以螺旋方式移位，输出完成电流方向及幅值组合，作为工频下固定频率的开环单相转三相的转换器，适合于现有50hz电机，当改变单相交流输入的频率时也可变频输出，调速范围在额定转速的1/3至2/3之间，在交流中的三波拼接三相也可由数字输出控制信号，触发六个双向可控硅来完成。减速的倍数为电压平方根的倍数，一部分顺向波形减少了一部分阻抗，所以接转换器的电机输入输出比额定功率略大，模拟电路可作旋钮变频调节，数字触发输出可作按钮变频调节。

附图说明

如图1所示为应用本发明三相异步电机交流转换器电路图

如图2所示为应用本发明三相异步电机交流转换器波形图

具体实施方式

如图1所示为应用本发明三相异步电机交流转换器电路图，图中可控硅光耦OPT1、OPT2、OPT3在电容C1、C2、C3交叉串接下依次选开，Q1、Q3、Q5为逻辑控制整流电桥，Q2、Q4、Q6为逻辑控制矩阵，分别输出高电平、低电平与高阻态三种状态，作为钳位电压及电容充电电压控制，Q7、Q8、Q9为三个光耦输入提供单向电流整流桥，R1、R2、R3为三个光耦输出负载及输入限流电阻，输出光耦OPT4、OPT5、OPT6分别串接在OPT1、OPT2、OPT3的输出开关上，一次触发两个功率双向可控硅。接通交流电源时，导通了一个光耦另外两个光耦即被钳位截止，并同时输出触发功率管，交流换向后按顺序下一个光耦导通再截止两个光耦，依次循环，所以三个光耦两两钳位，而三个触发电容两两受钳，交叉钳位分别在充电电容的两边，组合比较相同时电容不充电，不同时电容充电，这样三个光耦只有一个导通两个截止，三个电容一个充电两个不充电，有充电的电容在交流换向后首先对下一个光耦触发导通。其中LED信号指示串接在OPT1、OPT2、OPT3的输入上，选择兰色或白色3V的LED，以抵消电桥导通因二极管抬高的正向电压。信号指示LED1、LED2、LED3为有振荡或无断相信号指示，功率双向可控硅慢于光耦可控硅触发，以避免启动时功率管在信号光耦没有钳位住时的多个开启，但运行时由于触发电容已充电，交流换向电容超前触发，再不会产生各种误开了，一拖二串大了电阻，虽然过0延后了开启时间，由于电机线圈的感性作用，对于一部分顺向波形，能减少顺向无用电流及对电源漏电流的产生，这个释放线圈能量的截止时间还原了线圈对50hz频率一部分的阻抗，延后触发还抵消了一部分因为没有反向电动势使电机功率略大于额定功率的部分，三相输出一个光耦串带两个双向可控硅，也可独立使用六个触发光耦，独立触发能减少触发分路的电流损耗，但六个双向可控硅导通顺序是一样的为；TRIAC2-TRIAC4、TRIAC6-TRIAC1、TRIAC3-TRIAC5、TRIAC4-TRIAC2、TRIAC1-TRIAC6、TRIAC5-TRIAC3、TRIAC2-TRIAC4，···，电阻R4、R5、R6为双向可控硅触发极的限流电阻，三相输出为三角形Uoa、Uob、Uoc，电机线圈L1、L2、L3为三相三角形连接，C4、C5、C6为三相输出续流及高频吸收电容，FUSE为快速熔断保险。

当输入交流Ui时，三个光耦首先导通一个，与之相邻的两个一定截止，例如OPT1先导通，交流从电阻R1过Q1，电容C1为低电平，桥Q1控制输出为两个低电平，R3直接被拉低而导致OPT3截止，Q6两个控制输出为高阻态控制不计，桥Q8在电容C1及Q6下没有输入，OPT2截止、同时OPT2的截止断开了Q3、Q4，桥Q4控制输出为两个高阻态，所以Q7只由R3控制，由于R3已经被拉低，Q7没有输出，OPT1在导通以后就没有触发电压了，Q4的另外一个高阻态对R1没有任何控制，R1保持在OPT1导通时的低电平。在电容方面C1没有电压及Q6的控制输出为高阻态不充电，C2通过R2、C2、Q2控制输出回路，C2充电，C3由于R3被拉低及Q4的控制输出为高阻态不起作用不充电。交流换向后，由于C2电容有电压，Q9有输出，OPT3导通，交流从Q5过电阻R3，C3为高电平，Q6两个输出控制为高电平，R2被直接抬高，Q8没有输出，OPT2截止，Q4两个控制输出为高阻态，Q7在电容C3及Q4作用下没有输入，OPT截止，同时OPT的截止断开了Q1、Q2，桥Q4输出为两个高阻态，所以Q9只由R2控制，由于R2已经被抬高，Q9没有输出，OPT3在导通以后就没有触发电压了，Q2的另外一个高阻态对R3没有任何控制，R3保持在OPT3导通时的高电平。同样在电容方面，C3没有电压及Q4的控制输出为高阻态不充电，C1通过Q6控制输出回路、C1、R1对C1充电，C2由于R2被抬高及Q2的控制输出为高阻态不充电，下一个交流换向后由OPT2导通···。正负波情形相反导通移动一位，三相输出在交流中完成移位的输出触发，完成全模拟电路移位控制单至三相转换，功率输出部分，当OPT4导通时，TRIAC2、TRIAC4被触发，当电流从TRIAC2至TRIAC4时，输出电流方向一路由Uob-L1-Uoa，另一路由Uob-L2-L3-Uoa，交流换向后，OPT6导通，电流从TRIAC6至TRIAC1，输出电流方向一路由Uoc-L3-Uoa，另一路由Uoc-L2-L1-Uoa，再交流换向后，OPT5导通，电流从TRIAC3至TRIAC5，输出电流方向一路由Uoc-L2-Uob，另一路由Uoc-L3-L1-Uob···。SW为主电源开关，依据控制板由普通继电器连接时有吸合时间的延时，为开关时按动一次需要整体电源与输出电源触片先后接通，以确保启动振荡运行稳定以后再触发功率管。图中元件参数的设置可驱动220v3.3kw电机。

如图2所示为应用本发明三相异步电机交流转换器波形图，图中Ui为单相输入，工频或单相变频，Uoa为三相输出a相，Uob为三相输出b相，Uoc为三相输出c相，变频器为三相三线三角形连接，每一个三相波形由正Ui/2，、Ui、Ui/2及同样的负电平，两曲率电平头肩顶组成为一个近似正弦，且三相波形的每一相两两相差两个单相波形，相位差为120°。

Claims (1)

1.一种三相异步电机交流转换器，其特征在于：交流电源输入Ui的一端与快速熔断器FUSE的一端连接，FUSE的另一端分别与开关SW的一端、电阻R1的一端，电阻R2的一端、电阻R3的一端连接，电阻R1的另一端分别与电容C1的一端、电桥Q1的AC一端、电桥Q4的AC一端连接，电阻R2的另一端分别与电容C2的一端、电桥Q3的AC一端、电桥Q6的AC一端连接，电阻R3的另一端分别与电容C3的一端、电桥Q5的AC一端、电桥Q2的AC一端连接，电容C1的另一端分别与电桥Q8的AC一端、电桥Q6的AC另一端连接，电容C2的另一端分别与电桥Q9的AC一端、电桥Q2的AC另一端连接，电容C3的另一端分别与电桥Q7的AC一端、电桥Q4的AC另一端连接，电桥Q1的V-端分别与电桥Q2的V-端、光电耦合器OPT4输入的负极连接，电桥Q3的V-端分别与电桥Q4的V-端、光电耦合器OPT5输入的负极连接，电桥Q5的V-端分别与电桥Q6的V-端、光电耦合器OPT6输入的负极连接，电桥Q1的V+端分别与电桥Q2的V+端、光电耦合器OPT1输出的一端连接，电桥Q3的V+端分别与电桥Q4的V+端、光电耦合器OPT2输出的一端连接，电桥Q5的V+端分别与电桥Q6的V+端、光电耦合器OPT3输出的一端连接，电桥Q1的AC另一端分别与电桥Q3的AC另一端、电桥Q5的AC另一端、电桥Q7的AC另一端、电桥Q8的AC另一端、电桥Q9的AC另一端、可控硅TRIAC4的一端、可控硅TRIAC5的一端、可控硅TRIAC6的一端、电源输入Ui的另一端连接，光电耦合器OPT1输出的另一端与光电耦合器OPT4输入的正极连接，光电耦合器OPT2输出的另一端与光电耦合器OPT5输入的正极连接，光电耦合器OPT3输出的另一端与光电耦合器OPT6输入的正极连接，光电耦合器OPT1输入的正极与指示灯LED1的负极连接，光电耦合器OPT1输入的负极与电桥Q7的V-端连接，指示灯LED1的正极与电桥Q7的V+端连接，光电耦合器OPT2输入的正极与指示灯LED2的负极连接，光电耦合器OPT2输入的负极与电桥Q8的V-端连接，指示灯LED2的正极与电桥Q8的V+端连接，光电耦合器OPT3输入的正极与指示灯LED3的负极连接，光电耦合器OPT3输入的负极与电桥Q9的V-端连接，指示灯LED3的正极与电桥Q9的V+端连接，开关SW的另一端分别与可控硅TRIAC1的一端、可控硅TRIAC2的一端、可控硅TRIAC3的一端连接，可控硅TRIAC1的触发端与光电耦合器OPT6输出的一端连接，可控硅TRIAC2的触发端与光电耦合器OPT4输出的一端连接，可控硅TRIAC3的触发端与光电耦合器OPT5输出的一端连接，可控硅TRIAC4的触发端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与光电耦合器OPT4输出的另一端连接，可控硅TRIAC5的触发端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与光电耦合器OPT5输出的另一端连接，可控硅TRIAC6的触发端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与光电耦合器OPT6输出的另一端连接，可控硅TRIAC1的另一端分别与可控硅TRIAC4的另一端、电容C4的一端、电容C6的一端、电机线圈L1的一端、电机线圈L3的一端、三相输出Uo-a连接，可控硅TRIAC2的另一端分别与可控硅TRIAC5的另一端、电容C4的另一端、电容C5的一端、电机线圈L1的另一端、电机线圈L2的一端、三相输出Uo-b连接，可控硅TRIAC3的另一端分别与可控硅TRIAC6的另一端、电容C5的另一端、电容C6的另一端、电机线圈L2的另一端、电机线圈L3的另一端、三相输出Uo-c连接。