CN117240175A - 一种智能变频节能控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能变频节能控制电路，涉及电机控制技术领域，包括电源模块，用于供电；智能控制模块，用于信号接收和模块控制；变频调节模块，用于整流滤波和逆变调节并驱动电机模块；电压采样模块，用于电压采样并由过压判断模块进行过压判断，并在过压时控制电能传输模块的分压工作；电能传输模块，用于电能传输控制并为储能模块提供电能；双向电能控制模块，由智能控制模块控制，完成电能双向传输、升压和降压工作。本发明智能变频节能控制电路在停止对电机模块的控制后，将存储电机模块产生的再生电能和变频调节模块存储的电能，在变频调节模块启动时，额外为变频调节模块提供电能，降低启动周期，发生过压时将进行分压控制。

Description

一种智能变频节能控制电路

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，具体是一种智能变频节能控制电路。

背景技术

三相电机，一种可将电能转换为机械能或者将机械能转换为电能的设备，三相电机被广泛应用于自动化控制行业中，需要高效率的变频器进行控制，以便提高三相电机的工作效率，为避免三相电机停止时产生的再生电能对变频器的影响，现有的三相电机控制中，会在变频器中采用泄放电路，由于无法合理的进行能源利用，导致变频器的使用寿命降低，且存在一定的能源浪费，并且在变频器控制三相电机工作时，需要一定的启动时间，导致三相电机启动较慢，工作效率降低，因此有待改进。

发明内容

本发明实施例提供一种智能变频节能控制电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种智能变频节能控制电路，包括：电源模块，智能控制模块，变频调节模块，电机模块，电压采样模块，过压判断模块，电能传输模块，储能模块和双向电能控制模块；

电源模块，用于接入交流电能；

智能控制模块，与所述变频调节模块、电能传输模块、双向电能控制模块、电压采样模块和过压判断模块连接，用于输出第一控制信号并控制变频调节模块的整流工作和电能传输模块的电能传输状态，用于输出第一脉冲信号并控制变频调节模块的三相逆变工作，用于接收电压采样模块和过压判断模块输出的信号，用于输出第二脉冲信号和第五脉冲信号并分别控制双向电能控制模块的降压工作和升压工作，用于输出第三脉冲信号和第四脉冲信号并控制双向电能控制模块的电能传输工作；

变频调节模块，与所述电源模块和电机模块连接，用于接收第一控制信号和第一脉冲信号并对输入的电能进行整流滤波和逆变调节处理；

电机模块，用于接收变频调节模块处理后输出的电能并调节三相电机的工作状态；

电压采样模块，与所述变频调节模块连接，用于对变频调节模块整流后的电能进行电压采样并输出第一采样信号；

过压判断模块，与所述电压采样模块连接，用于比较第一采样信号和设定过压阈值的大小，用于在过压时，输出第二控制信号；

电能传输模块，与所述过压判断模块、电机模块、变频调节模块和储能模块连接，用于将变频调节模块和电机模块输出的电能进行整流处理并传输给储能模块，用于接收第一控制信号和第二控制信号并控制电能的传输状态；

储能模块，用于对输入的电能进行存储和释放；

双向电能控制模块，与所述储能模块和变频调节模块连接，用于通过第二脉冲信号将变频调节模块的电能进行降压处理并传输给储能模块，用于接收第三脉冲信号并将变频调节模块的电能直接传输给储能模块，用于接收第四脉冲信号并将储能模块释放的电能进行升压处理，用于接收第五脉冲信号并将升压后的电能定时传输给变频调节模块。

作为本发明再进一步的方案：所述电源模块包括电源接口；所述变频调节模块包括第一整流器、第一电容和第一逆变器；所述电机模块包括三相电机；所述智能控制模块包括第一控制器；

优选的，电源接口的第一端和第二端连接第一整流器的第一输入端和第二输入端，第一整流的控制端和第一逆变器的控制端分别连接第一控制器的第二IO端和第四IO端，第一整流器的第一输出端连接第一电容的第一端和第一逆变器的第一输入端，第一整流器的第二端输出端、第一电容的第二端和第一逆变器的第二输入端均接地，第一逆变器的第一输出端、第二输出端和第三输出端分别连接三相电机的第一相线、第二相线和第三相线。

作为本发明再进一步的方案：电压采样模块包括第一电阻和第二电阻；

优选的，第一电阻的第一端连接所述第一整流器的第一输出端，第一电阻的第二端连接第一控制器的第一IO端和过压判断模块并通过第二电阻接地。

作为本发明再进一步的方案：电能传输模块包括第一功率管、第二功率管、第三功率管、第一电源、第三电阻、第四电阻、第一二极管、第一开关管、第三二极管、第四二极管和第五二极管；所述储能模块包括储能装置；

优选的，第一功率管的源极、第二功率管的源极和第三功率管的源极分别连接所述三相电机的第一相线、第二相线和第三相线，第一功率管的漏极、第二功率管的漏极和第三功率管的漏极分别连接第五二极管的阳极、第四二极管的阳极和第三二极管的阳极，第三二极管的阴极、第四二极管的阴极和第五二极管的阴极均连接储能装置的第一端，第一功率管的栅极、第二功率管的栅极和第三功率管的栅极均连接第四电阻的一端和第一开关管的发射极并通过第三电阻连接第一电源和第开关管的集电极，第四电阻的另一端和储能装置的第二端均接地，第一开关管的基极连接过压判断模块和第一二极管的阴极，第一二极管的阳极连接所述第一控制器的第二IO端。

作为本发明再进一步的方案：过压判断模块包括第一比较器、第六电阻、第一阈值装置和第二二极管；

优选的，第一比较器的同相端连接所述第一电阻的第二端，第一比较器的反相端连接第一阈值装置，第一比较器的输出端通过第六电阻连接第一控制器的第三IO端和第二二极管的阳极，第二二极管的阴极连接第一开关管的基极。

作为本发明再进一步的方案：双向电能控制模块包括第五电阻、第四功率管、第五功率管、第二开关管；

优选的，第四功率管的源极连接所述第一电容的第一端并通过第五电阻连接第四功率管的栅极和第二开关管的集电极，第二开关管的发射极接地，第二开关管的基极连接第一控制器的第五IO端和第六IO端，第四功率管的漏极连接第五功率管的源极，第五功率管的栅极连接第一控制器的第八IO端。

作为本发明再进一步的方案：双向电能控制模块还包括第六功率管、第一电感和第二电容；

优选的，第六功率管的漏极连接所述第五功率管的漏极并通过第一电感连接第二电容的一端和储能装置的第一端，第六功率管的源极和第二电容的另一端均接地，第六功率管的栅极连接第一控制器的第七IO端。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明智能变频节能控制电路由智能控制模块控制变频调节模块完成对电机模块的驱动控制，在停止对变频调节模块的控制工作后，将由电能传输模块配合储能模块存储电机模块产生的再生电能，避免电能经过变频调节模块传输，降低对电路的影响，再由智能控制模块控制双向电能控制模块将变频调节模块存储的电能传输给储能模块，提高对电路的能源利用率，并在变频调节模块启动时，由智能控制模块控制双向电能控制模块将储能模块存储的电能传输给变频调节模块，降低变频调节模块的启动周期，提高对电机模块的控制效率，并由过压判断模块进行过压判断，在过压时控制电能传输模块进行分压工作，提高电路安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实例提供的一种智能变频节能控制电路的原理方框示意图。

图2为本发明实例提供的一种智能变频节能控制电路的电路图。

图3为本发明实例提供的双向电能控制模块的连接电路图。

图4为本发明实例提供的过压判断模块的连接电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在一个实施例中，请参阅图1，一种智能变频节能控制电路，包括：电源模块1，智能控制模块2，变频调节模块3，电机模块4，电压采样模块5，过压判断模块6，电能传输模块7，储能模块8和双向电能控制模块9；

具体地，电源模块1，用于接入交流电能；

智能控制模块2，与变频调节模块3、电能传输模块7、双向电能控制模块9、电压采样模块5和过压判断模块6连接，用于输出第一控制信号并控制变频调节模块3的整流工作和电能传输模块7的电能传输状态，用于输出第一脉冲信号并控制变频调节模块3的三相逆变工作，用于接收电压采样模块5和过压判断模块6输出的信号，用于输出第二脉冲信号和第五脉冲信号并分别控制双向电能控制模块9的降压工作和升压工作，用于输出第三脉冲信号和第四脉冲信号并控制双向电能控制模块9的电能传输工作；

变频调节模块3，与电源模块1和电机模块4连接，用于接收第一控制信号和第一脉冲信号并对输入的电能进行整流滤波和逆变调节处理；

电机模块4，用于接收变频调节模块3处理后输出的电能并调节三相电机的工作状态；

电压采样模块5，与变频调节模块3连接，用于对变频调节模块3整流后的电能进行电压采样并输出第一采样信号；

过压判断模块6，与电压采样模块5连接，用于比较第一采样信号和设定过压阈值的大小，用于在过压时，输出第二控制信号；

电能传输模块7，与过压判断模块6、电机模块4、变频调节模块3和储能模块8连接，用于将变频调节模块3和电机模块4输出的电能进行整流处理并传输给储能模块8，用于接收第一控制信号和第二控制信号并控制电能的传输状态；

储能模块8，用于对输入的电能进行存储和释放；

双向电能控制模块9，与储能模块8和变频调节模块3连接，用于通过第二脉冲信号将变频调节模块3的电能进行降压处理并传输给储能模块8，用于接收第三脉冲信号并将变频调节模块3的电能直接传输给储能模块8，用于接收第四脉冲信号并将储能模块8释放的电能进行升压处理，用于接收第五脉冲信号并将升压后的电能定时传输给变频调节模块3。

在具体实施例中，上述电源模块1可采用电源接口，与交流电源连接；上述智能控制模块2可采用微控制电路，集成了运算器、控制器、存储器以及输入输出器等诸多部件，实现信号的处理、数据存储、模块控制、定时控制等功能；上述变频调节模块3可采用整流器、电容器和逆变器等组成的变频调节电路，对输入的交流电能进行整流滤波和三相逆变调节控制；上述电机模块4可采用三相电机，在此不做赘述；上述电压采样模块5可采用电压采样电路，对变频调节模块3整流后的电能进行电压采样；上述过压判断模块6可采用比较器等组成的过压判断电路，通过设定过压阈值和比较采样信号和过压阈值的大小关系，并在采样信号大于过压阈值时输出第二控制信号；上述电能传输模块7可采用功率管、三极管、二极管等组成电能传输电路，将电机模块4和变频调节模块3输出的电能进行整流并传输给储能模块8；上述储能模块8可采用储能电路，完成电能的存储和释放；上述双向电能控制模块9可采用双向电能控制电路，由智能控制模块2控制，完成电能的双向传输、升压调节和降压调节。

在另一个实施例中，请参阅图1、图2、图3和图4，电源模块1包括电源接口；变频调节模块3包括第一整流器T1、第一电容C1和第一逆变器T2；电机模块4包括三相电机；智能控制模块2包括第一控制器U1；

具体地，电源接口的第一端和第二端连接第一整流器T1的第一输入端和第二输入端，第一整流的控制端和第一逆变器T2的控制端分别连接第一控制器U1的第二IO端和第四IO端，第一整流器T1的第一输出端连接第一电容C1的第一端和第一逆变器T2的第一输入端，第一整流器T1的第二端输出端、第一电容C1的第二端和第一逆变器T2的第二输入端均接地，第一逆变器T2的第一输出端、第二输出端和第三输出端分别连接三相电机的第一相线、第二相线和第三相线。

在具体实施例中，上述第一整流器T1可采用可控整流器，由第一控制器U1的第二IO端输出的第一控制信号控制，完成整流工作；上述第一逆变器T2可采用IGBT组成的三相逆变器，由第一控制器U1控制，完成三相逆变调节工作；上述第一控制器U1可选用STM32单片机。

进一步地，电压采样模块5包括第一电阻R1和第二电阻R2；

具体地，第一电阻R1的第一端连接第一整流器T1的第一输出端，第一电阻R1的第二端连接第一控制器U1的第一IO端和过压判断模块6并通过第二电阻R2接地。

在具体实施例中，上述第一电阻R1和第二电阻R2组成电压采样电路。

进一步地，电能传输模块7包括第一功率管Q1、第二功率管Q2、第三功率管Q3、第一电源VCC1、第三电阻R3、第四电阻R4、第一二极管D1、第一开关管VT1、第三二极管D3、第四二极管D4和第五二极管D5；储能模块8包括储能装置；

具体地，第一功率管Q1的源极、第二功率管Q2的源极和第三功率管Q3的源极分别连接三相电机的第一相线、第二相线和第三相线，第一功率管Q1的漏极、第二功率管Q2的漏极和第三功率管Q3的漏极分别连接第五二极管D5的阳极、第四二极管D4的阳极和第三二极管D3的阳极，第三二极管D3的阴极、第四二极管D4的阴极和第五二极管D5的阴极均连接储能装置的第一端，第一功率管Q1的栅极、第二功率管Q2的栅极和第三功率管Q3的栅极均连接第四电阻R4的一端和第一开关管VT1的发射极并通过第三电阻R3连接第一电源VCC1和第开关管的集电极，第四电阻R4的另一端和储能装置的第二端均接地，第一开关管VT1的基极连接过压判断模块6和第一二极管D1的阴极，第一二极管D1的阳极连接第一控制器U1的第二IO端。

在具体实施例中，上述第一功率管Q1、第二功率管Q2和第三功率管Q3均可采用P沟道增强型MOS管；上述第一开关管VT1可选用NPN型三极管。

进一步地，过压判断模块6包括第一比较器A1、第六电阻R6、第一阈值装置和第二二极管D2；

具体地，第一比较器A1的同相端连接第一电阻R1的第二端，第一比较器A1的反相端连接第一阈值装置，第一比较器A1的输出端通过第六电阻R6连接第一控制器U1的第三IO端和第二二极管D2的阳极，第二二极管D2的阴极连接第一开关管VT1的基极。

在具体实施例中，上述第一比较器A1可选用LM387比较器；上述第一阈值装置提供过压阈值。

进一步地，双向电能控制模块9包括第五电阻R5、第四功率管Q4、第五功率管Q5、第二开关管VT2；

具体地，第四功率管Q4的源极连接第一电容C1的第一端并通过第五电阻R5连接第四功率管Q4的栅极和第二开关管VT2的集电极，第二开关管VT2的发射极接地，第二开关管VT2的基极连接第一控制器U1的第五IO端和第六IO端，第四功率管Q4的漏极连接第五功率管Q5的源极，第五功率管Q5的栅极连接第一控制器U1的第八IO端。

在具体实施例中，上述第四功率管Q4可选用P沟道增强型MOS管，第五功率管Q5可采用N沟道增强型MOS管；上述第二开关管VT2可选用NPN型三极管。

进一步地，双向电能控制模块9还包括第六功率管Q6、第一电感L1和第二电容C2；

具体地，第六功率管Q6的漏极连接第五功率管Q5的漏极并通过第一电感L1连接第二电容C2的一端和储能装置的第一端，第六功率管Q6的源极和第二电容C2的另一端均接地，第六功率管Q6的栅极连接第一控制器U1的第七IO端。

在具体实施例中，上述第六功率管Q6可选用N沟道增强型MOS管，配合第一电感L1和第二电容C2可进行升压工作。

本实施例一种智能变频节能控制电路中，由电源接口与交流电源连接，第一控制器U1控制第一整流器T1对接入的交流电能进行整流，第一电容C1进行滤波，控制第一逆变器T2进行逆变调节，以驱动三相电机的工作，此时由于第一电容C1需进行储能动作，增加启动时间，此时第一控制器U1的第七IO端输出第五脉冲信号并驱动六功率管的导通状态，配合第一电感L1和第二电容C2进行升压工作，同时由第一控制器U1的第八IO端定时输出第四脉冲信号并驱动第五功率管Q5导通，以便储能装置可提前为第一电容C1提供电能，加快第一电容C1的储能速率，缩短对三相电机的启动时间，同时第一电阻R1和第二电阻R2进行电压采样，在电源接口供电期间，当采样的电压大于第一阈值装置设定的过压阈值，第一控制器U1的第四IO端将停止控制第一逆变器T2的工作，第一比较器A1将控制第一开关管VT1导通，使得第一功率管Q1、第三功率管Q3和第二功率管Q2导通，由储能装置进行分压，由于此时第一逆变器T2停止对三相电机的驱动，三相电机由于惯性将产生一定量的再生电能，再生电能通过第三功率管Q3、第一功率管Q1和第二功率管Q2传输给储能装置，同时由于第一电容C1存储了一定的电量，且此时发生过压，第一电容C1存储的电量将大于正常状态，第一控制器U1的第五IO端将输出第二脉冲信号并通过控制第二开关管VT2的导通程度控制第四功率管Q4的导通程度，配合第一电感L1、第二电容C2和第六功率管Q6进行降压工作，以便为储能装置提供电能，当三相电机工作且需要停止三相电机工作时，第一控制器U1的第二IO端和第四IO端分别停止对第一整流器T1和第一逆变器T2的控制，此时第一开关管VT1导通，同样由第一功率管Q1、第二功率管Q2和第三功率管Q3将再生电能传输给储能装置，并且由于第一电容C1存储的电量正常，第一控制器U1的第六IO端输出第三脉冲信号并直接第四功率管Q4配合第一电感L1进行电能传输控制，为储能装置提供电能，以便储能装置在启动时为第一电容C1提供电能，加快对三相电机的控制。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种智能变频节能控制电路，其特征在于，

该智能变频节能控制电路包括：电源模块，智能控制模块，变频调节模块，电机模块，电压采样模块，过压判断模块，电能传输模块，储能模块和双向电能控制模块；

所述电源模块，用于接入交流电能；

所述智能控制模块，与所述变频调节模块、电能传输模块、双向电能控制模块、电压采样模块和过压判断模块连接，用于输出第一控制信号并控制变频调节模块的整流工作和电能传输模块的电能传输状态，用于输出第一脉冲信号并控制变频调节模块的三相逆变工作，用于接收电压采样模块和过压判断模块输出的信号，用于输出第二脉冲信号和第五脉冲信号并分别控制双向电能控制模块的降压工作和升压工作，用于输出第三脉冲信号和第四脉冲信号并控制双向电能控制模块的电能传输工作；

所述变频调节模块，与所述电源模块和电机模块连接，用于接收第一控制信号和第一脉冲信号并对输入的电能进行整流滤波和逆变调节处理；

所述电机模块，用于接收变频调节模块处理后输出的电能并调节三相电机的工作状态；

所述电压采样模块，与所述变频调节模块连接，用于对变频调节模块整流后的电能进行电压采样并输出第一采样信号；

所述过压判断模块，与所述电压采样模块连接，用于比较第一采样信号和设定过压阈值的大小，用于在过压时，输出第二控制信号；

所述电能传输模块，与所述过压判断模块、电机模块、变频调节模块和储能模块连接，用于将变频调节模块和电机模块输出的电能进行整流处理并传输给储能模块，用于接收第一控制信号和第二控制信号并控制电能的传输状态；

所述储能模块，用于对输入的电能进行存储和释放；

所述双向电能控制模块，与所述储能模块和变频调节模块连接，用于通过第二脉冲信号将变频调节模块的电能进行降压处理并传输给储能模块，用于接收第三脉冲信号并将变频调节模块的电能直接传输给储能模块，用于接收第四脉冲信号并将储能模块释放的电能进行升压处理，用于接收第五脉冲信号并将升压后的电能定时传输给变频调节模块。

2.根据权利要求1所述的一种智能变频节能控制电路，其特征在于，所述电源模块包括电源接口；所述变频调节模块包括第一整流器、第一电容和第一逆变器；所述电机模块包括三相电机；所述智能控制模块包括第一控制器；

所述电源接口的第一端和第二端连接第一整流器的第一输入端和第二输入端，第一整流的控制端和第一逆变器的控制端分别连接第一控制器的第二IO端和第四IO端，第一整流器的第一输出端连接第一电容的第一端和第一逆变器的第一输入端，第一整流器的第二端输出端、第一电容的第二端和第一逆变器的第二输入端均接地，第一逆变器的第一输出端、第二输出端和第三输出端分别连接三相电机的第一相线、第二相线和第三相线。

3.根据权利要求2所述的一种智能变频节能控制电路，其特征在于，所述电压采样模块包括第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的第一端连接所述第一整流器的第一输出端，第一电阻的第二端连接第一控制器的第一IO端和过压判断模块并通过第二电阻接地。

4.根据权利要求3所述的一种智能变频节能控制电路，其特征在于，所述电能传输模块包括第一功率管、第二功率管、第三功率管、第一电源、第三电阻、第四电阻、第一二极管、第一开关管、第三二极管、第四二极管和第五二极管；所述储能模块包括储能装置；

所述第一功率管的源极、第二功率管的源极和第三功率管的源极分别连接所述三相电机的第一相线、第二相线和第三相线，第一功率管的漏极、第二功率管的漏极和第三功率管的漏极分别连接第五二极管的阳极、第四二极管的阳极和第三二极管的阳极，第三二极管的阴极、第四二极管的阴极和第五二极管的阴极均连接储能装置的第一端，第一功率管的栅极、第二功率管的栅极和第三功率管的栅极均连接第四电阻的一端和第一开关管的发射极并通过第三电阻连接第一电源和第开关管的集电极，第四电阻的另一端和储能装置的第二端均接地，第一开关管的基极连接过压判断模块和第一二极管的阴极，第一二极管的阳极连接所述第一控制器的第二IO端。

5.根据权利要求4所述的一种智能变频节能控制电路，其特征在于，所述过压判断模块包括第一比较器、第六电阻、第一阈值装置和第二二极管；

所述第一比较器的同相端连接所述第一电阻的第二端，第一比较器的反相端连接第一阈值装置，第一比较器的输出端通过第六电阻连接第一控制器的第三IO端和第二二极管的阳极，第二二极管的阴极连接第一开关管的基极。

6.根据权利要求5所述的一种智能变频节能控制电路，其特征在于，所述双向电能控制模块包括第五电阻、第四功率管、第五功率管、第二开关管；

所述第四功率管的源极连接所述第一电容的第一端并通过第五电阻连接第四功率管的栅极和第二开关管的集电极，第二开关管的发射极接地，第二开关管的基极连接第一控制器的第五IO端和第六IO端，第四功率管的漏极连接第五功率管的源极，第五功率管的栅极连接第一控制器的第八IO端。

7.根据权利要求6所述的一种智能变频节能控制电路，其特征在于，所述双向电能控制模块还包括第六功率管、第一电感和第二电容；

所述第六功率管的漏极连接所述第五功率管的漏极并通过第一电感连接第二电容的一端和储能装置的第一端，第六功率管的源极和第二电容的另一端均接地，第六功率管的栅极连接第一控制器的第七IO端。