CN201113803Y - 一种输出电压自动补偿的单元串联高压大功率变频器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种输出电压自动补偿的单元串联高压大功率变频器，包括接收高压电信号输入的移相变压器、与所述移相变压器连接的至少一组功率单元；电压检测单元，通过电压互感器连接在所述功率单元的输出端；中央控制单元，连接在所述功率单元与所述电压检测单元的输出端之间，形成对所述功率单元的输出电压的反馈控制，用于接收所述电压检测单元检测的所述功率单元的输出电压，并与电压给定信号相比较，利用误差信号产生相应的控制信号动态调整所述功率单元的输出电压信号。本实用新型的变频器采用闭环控制输出电压，具有控制精度高、输出电压稳定的优点，尤其适于为高压电机提供工作电源。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种应用于电力电子技术领域的高压大功率变频器，尤指一种基于输出电压自动补偿的单元串联高压大功率变频器。
背景技术
变频器作为一种高效、节能、环保的自动化装置，要求调速响应快、精度高，可使标准电机快速、高精度地调速。目前单元串联型高压大功率变频器大都采用V/F控制方式，且系统处于开环运行模式。
但在实际工业现场应用中，由于某些大型机器设备的启动/停止所造成变频器输入电网的波动很大，同时生产负载的变化、变频器内部损耗的变化、元件参数的飘移等将使变频器的输出电压产生较大的波动。同时，由于电机在运行时要求输出电压与频率按一定比例关系变化，以充分利用电机的磁心，获得最大的效益。但由于以上原因导致变频器输出电压波动，从而使电机上的电压与频率的比例关系发生变化，会使电机出现欠饱和或过饱和：欠饱和时会使电机效益降低，过饱和则会增加电机的损耗。
另一方面，系统处于开环运行模式使变频器内部不了解实际输出电压情况，系统响应速度慢，实时性不强，控制精度较差。
发明内容
本实用新型的目的在于提出一种能自适应地调整控制、保持输出电压稳定的单元串联型高压大功率变频器，以解决现有技术中变频器采用开环控制所存在控制精度不高、输出电压波动过大等诸多缺陷的技术问题。
为解决上述问题，本实用新型公开一种输出电压自动补偿的单元串联高压大功率变频器，包括接收高压电信号输入的移相变压器、以及与所述移相变压器连接的至少一组功率单元，还包括：
电压检测单元，通过电压互感器连接在所述功率单元的输出端；
中央控制单元，连接在所述功率单元与所述电压检测单元的输出端之间，形成对所述功率单元的输出电压的反馈控制，用于接收所述电压检测单元检测的所述功率单元的输出电压，并与电压给定信号相比较，利用误差信号产生相应的控制信号动态调整所述功率单元的输出电压信号。
较优的，所述中央控制单元包括：
V/F曲线生成器，用于根据输入的频率信号，按比例输出所述电压给定信号；
比较器，连接在所述V/F曲线生成器与所述电压检测单元两者的输出端之间，用于将所述功率单元的输出电压与所述电压给定信号相比较，输出一个误差控制信号；
电压调节器，连接在所述比较器的输出端，接收所述误差控制信号并产生相应的电压输出信号；
PWM调制器，连接在所述电压调节器的输出端与所述功率单元之间，根据输入的频率信号和所述电压调节器输出的电压输出信号，产生一个用于控制所述功率单元输出电压信号的PWM控制信号。
3、根据权利要求2所述的一种输出电压自动补偿的单元串联高压大功率变频器，其特征在于，所述电压调节器为一个PID调节器，使输出至所述PWM调节器的电压输出信号为所述功率单元实际需要输出的电压调制信号。
4、根据权利要求2所述的一种输出电压自动补偿的单元串联高压大功率变频器，其特征在于，所述中央控制单元还包括：
脉冲输出电路，连接在所述PWM调制器与所述功率单元之间，用于接收所述PWM调制器输出的PWM控制信号并驱动所述功率单元。
较优的，所述中央控制单元还包括：A/D转换器，连接在所述电压检测单元的输出端，用于接收输入的给定模拟频率信号，转换为数字频率信号后输出至所述V/F曲线生成器和所述PWM调制器，并将所述电压检测单元的输出电压信号转为数字电压信号后输出至所述比较器。
较优的，所述V/F曲线生成器、所述比较器和所述电压调节器集成设置于一个DSP芯片中。
较优的，所述电压检测单元包括整流电路和滤波电路。
较优的，所述滤波电路包括一滤波电容器，连接在所述整流电路的输出端和地之间。
较优的，所述功率单元共包括三组，每组所述功率单元分别设置于三相电路的其中一相电路中。
较优的，每组所述功率单元包括5个串联的功率单元，所述移相变压器将高压输入电压信号移相处理，输出15组相互隔离且相位相差一定电角度的三相电压信号，并分别输出至15个所述功率单元。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型大功率变频器通过增加输出电压检测电路和电压调节器，使输出电压调节形成闭环控制系统，驱动PWM调制器产生适合的控制信号：当输出电压变高时，PWM控制器输出脉宽变小，从而使输出电压降低；反之，当输出电压变低时，PWM控制器输出脉宽变大，从而使输出电压升高，以保持输出电压的稳定。因此，本实用新型的变频器具有输出电压稳定、控制精度高的优点；尤其适于为高压电机提供工作电源的搭配使用，本实用新型的变频器能够使电机获得较高的效益、减小电机的损耗，且控制系统具有响应速度快、实时性强的特点，控制精度被大大加强。
附图说明
图1是本实用新型一个较佳具体实施例的结构示意图。
图2是本实用新型的控制原理方框示意图。
图3是本实用新型的电路结构示意图。
具体实施方式
请参考图1所示，是应用本实用新型的变频器为一个三相电机200提供工作电源的具体实施例的结构示意图。
本实用新型基于输出电压自动补偿的高压大功率变频器包括：移相变压器110、功率单元120、电压互感器130、电压检测电路140和中央控制单元150。所述电压检测单元140通过电压互感器130连接在所述功率单元120的输出端；所述中央控制单元150连接在所述功率单元120与所述电压检测单元140的输出端之间，构成闭环控制系统，形成对所述功率单元120的输出电压的反馈控制，用于接收所述电压检测单元140检测的所述功率单元120的输出电压，并与电压给定信号相比较，利用误差信号产生相应的控制信号动态调整所述功率单元120的输出电压信号。
其中，所述功率单元120共包括三组，每组所述功率单元120分别设置于三相电路的其中一相电路中，每组所述功率单元200包括5个串联的功率单元；所述移相变压器100将高压输入电压信号移相处理，输出15组相互隔离且相位相差一定电角度的三相电压信号，并分别输出至15个所述功率单元120。每5个相互串联的所述功率单元120作为一组输出，最终形成三相高压变频输出，供给高压三相电机200。
请结合图2所示，所述中央控制单元150包括：V/F曲线生成器151、比较器152、电压调节器153和PWM调制器154。其中，所述V/F曲线生成器151是根据输入的给定频率信号，按比例输出所述电压给定信号；所述比较器152连接在所述V/F曲线生成器151与所述电压检测单元140两者的输出端之间，将所述功率单元120的输出电压与所述电压给定信号相比较，输出一个误差控制信号；所述电压调节器154为一个PID调节器，连接在所述比较器153的输出端，接收所述误差控制信号并产生相应的电压输出信号；所述PWM调制器154连接在所述电压调节器153的输出端与所述功率单元120之间，根据输入的频率信号和所述电压调节器153输出的电压输出信号，产生一个用于控制所述功率单元120输出电压信号的PWM控制信号。
同时，再结合图3所示，是本实用新型的电路结构示意图。给定频率信号通过A/D转换器170将模拟频率信号转换为数字频率信号，输入至DSP芯片180。其中，所述DSP芯片180的内部采用软件集成了所述V/F曲线生成器151。同时，为了充分利用电机的磁心，获得最大的效益，故所述V/F曲线生成器151所输出的电压给定信号与频率按一定比例关系变化。因此，电压给定信号所对应变频器所需的输出电压。但由于输入电网的波动、生产负载的变化、变频器内部损耗的变化、元件参数的飘移等原因，使得实际输出电压产生很大的波动。
为了精确的检测输出电压，采用3个电压互感器(CT1～CT3)130直接检测变频器的输出电压，检测、降压后的输出电压经整流电路141整流、滤波电容器142的滤波处理后，输出至所述A/D转换器170，经所述A/D转换器170模拟/数字转换后形成实际电压反馈信号输入至所述DSP芯片180，也即是输入至所述V/F曲线生成器151。
其中，电压给定信号和实际电压的差值作为所述电压调节器153的输入，所述电压调节器153为一典型的PID调节器。当实际电压反馈小于给定电压时，所述电压调节器153输出电压增加；当实际电压反馈大于给定电压时，所述电压调节器153输出电压降低；而当实际电压反馈等于给定电压时，所述电压调节器153输出电压维持不变。这样，变频器内部形成了一个典型的输出电压闭环系统，不仅使变频器内部了解实际输出电压情况，而且使输出至所述PWM调节器154的电压输出信号为系统实际需要输出的电压调制信号。
而所述PWM调制器154作为脉冲调制输出单元，按照频率给定和系统实际需要输出的电压调制信号调制输出一定频率、一定宽度的产生合适的PWM信号，PWM信号经图3中的脉冲输出电路160输出合适的电压波形驱动各功率单元120。
因此，在给定频率不变的情况下，当输出电压变高时，经系统自动调节，所述PWM调制器153的输出使PWM脉宽变小，从而使输出电压降低；反之，当输出电压变低时，经系统自动调节，所述PWM调制器153输出使PWM脉宽变宽，以保持输出电压的稳定，使电机获得较高的效益，减小电机的损耗。
Claims (10)
1. 一种输出电压自动补偿的单元串联高压大功率变频器，包括接收高压电信号输入的移相变压器、以及与所述移相变压器连接的至少一组功率单元，其特征在于，还包括：
电压检测单元，通过电压互感器连接在所述功率单元的输出端；
中央控制单元，连接在所述功率单元与所述电压检测单元的输出端之间，形成对所述功率单元的输出电压的反馈控制，用于接收所述电压检测单元检测的所述功率单元的输出电压，并与电压给定信号相比较，利用误差信号产生相应的控制信号动态调整所述功率单元的输出电压信号。
2. 根据权利要求1所述的一种输出电压自动补偿的单元串联高压大功率变频器，其特征在于，所述中央控制单元包括：
V/F曲线生成器，用于根据输入的频率信号，按比例输出所述电压给定信号；
比较器，连接在所述V/F曲线生成器与所述电压检测单元两者的输出端之间，用于将所述功率单元的输出电压与所述电压给定信号相比较，输出一个误差控制信号；
电压调节器，连接在所述比较器的输出端，接收所述误差控制信号并产生相应的电压输出信号；
PWM调制器，连接在所述电压调节器的输出端与所述功率单元之间，根据输入的频率信号和所述电压调节器输出的电压输出信号，产生一个用于控制所述功率单元输出电压信号的PWM控制信号。
3. 根据权利要求2所述的一种输出电压自动补偿的单元串联高压大功率变频器，其特征在于，所述电压调节器为一个PID调节器，使输出至所述PWM调节器的电压输出信号为所述功率单元实际需要输出的电压调制信号。
4. 根据权利要求2所述的一种输出电压自动补偿的单元串联高压大功率变频器，其特征在于，所述中央控制单元还包括：
脉冲输出电路，连接在所述PWM调制器与所述功率单元之间，用于接收所述PWM调制器输出的PWM控制信号并驱动所述功率单元。
5. 根据权利要求2所述的一种输出电压自动补偿的单元串联高压大功率变频器，其特征在于，所述中央控制单元还包括：
A/D转换器，连接在所述电压检测单元的输出端，用于接收输入的给定模拟频率信号，转换为数字频率信号后输出至所述V/F曲线生成器和所述PWM调制器，并将所述电压检测单元的输出电压信号转为数字电压信号后输出至所述比较器。
6. 根据权利要求2所述的一种输出电压自动补偿的单元串联高压大功率变频器，其特征在于，所述V/F曲线生成器、所述比较器和所述电压调节器集成设置于一个DSP芯片中。
7. 根据权利要求1-6任何一项所述的一种输出电压自动补偿的单元串联高压大功率变频器，其特征在于，所述电压检测单元包括整流电路和滤波电路。
8. 根据权利要求7所述的一种输出电压自动补偿的单元串联高压大功率变频器，其特征在于，所述滤波电路包括一滤波电容器，连接在所述整流电路的输出端和地之间。
9. 根据权利要求7所述的一种输出电压自动补偿的单元串联高压大功率变频器，其特征在于，所述功率单元共包括三组，每组所述功率单元分别设置于三相电路的其中一相电路中。
10. 根据权利要求9所述的一种输出电压自动补偿的单元串联高压大功率变频器，其特征在于，每组所述功率单元包括5个串联的功率单元，所述移相变压器将高压输入电压信号移相处理，输出15组相互隔离且相位相差一定电角度的三相电压信号，并分别输出至15个所述功率单元。
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