CN202455278U

CN202455278U - 二相变频电源

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Publication number: CN202455278U
Application number: CN2012200628746U
Authority: CN
Inventors: 穆星宇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-02-25
Filing date: 2012-02-25
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2022-02-25

Abstract

一种二相变频电源，包括电源输入端，电源电路，其特殊之处是：在电源电路输出端分别接有H桥逆变电路Ⅰ、H桥逆变电路Ⅱ和可输出频率可调脉冲信号的控制单元，控制单元设有A和B两路脉冲信号输出端并分别驱动H桥逆变电路Ⅰ和H桥逆变电路Ⅱ实现半波对角驱动，其中B路脉冲信号在时序上滞后A路信号。其优点是：结构简单、运行稳定、可靠性高、成本低，可满足工业和民用场合需要法。

Description

二相变频电源

技术领域

本实用新型涉及一种二相变频电源。

背景技术

在一些工业设备和家用电器设备中，常配有“单相交流感应电动机”。因应用类别的差异，可分为分相式电动机、电容启动式电动机等。广泛应用于电冰箱、洗衣机、空调等家用电器中。在包装、食品、纺织、印刷、邮政、医疗及各种机械装置中应用也十分广泛。

“单相交流感应电动机”在绕组上设有主绕组和副绕组（启动绕组）。两个绕组相差一个很大的相位角，使副绕组中的电流和磁通达到最大值的时间比主绕组早一些，因而能产生一个环绕定子旋转的磁通。这个旋转磁通切割转子上的导体，使转子导体感应一个较大的电流，电流所产生的磁通与定子磁通相互作用，转子便产生启动转矩。需要两组相位不同的电源来驱动。严格的说，该类电机应该称为单相输入的二相电机。

我国规定，直接用户单相交流电为220V，三相交流电线电压为380V，频为50Hz（近似值）。需要中性线，一般也都有地线，即为三相五线制。民用供电使用三相电作为楼层或小区进线，多用星形接法。而进户线为单相线，即三相中的一相，对地或对中性线电压均为220V，俗称单相电源。大多数家用电器设备，以及部分工业电器设备都用单相电源。而工业设备上大部分基本上都是用三相电源。

由于在工业和民用场合实际上没有真正的二相变频电源系统。单相交流感应电动机（单相输入的二相电机）的启动和运转需要在启动绕组中接入大容量启动电容器，利用电容器的物理特性进行分相，使通电后主、副绕组的电相角成90°，从而能产生较大的启动转矩，使转子启动运转。由于其运行绕组分正、反相绕制设定，所以只要切换运行绕组和启动绕组的串接方向，即可方便实现电机逆、顺方向运转。单相交流感应电动机在转数的调整控制上比较麻烦，通常需要在电机上加装有测速绕组，测量该绕组电压，通过控制装置来实现。其结构复杂，运行不稳定，可靠性差，成本较高。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、运行稳定、可靠性高、成本低、可满足工业和民用场合需要的二相变频电源。

本实用新型的技术解决方案是：

一种二相变频电源，包括电源输入端L1、L2，电源电路1，其特殊之处是：在电源电路输出端分别接有 H桥逆变电路Ⅰ、H桥逆变电路Ⅱ和可输出频率可调脉冲信号的控制单元，控制单元设有A和B两路脉冲信号输出端并分别驱动H桥逆变电路Ⅰ和H桥逆变电路Ⅱ实现半波对角驱动，其中B路脉冲信号在时序上滞后A路信号。

上述的控制单元设有C、D二路电子换向信号控制端，所述的A和B两路脉冲信号输出端分别经过由C、D二路电子换向信号控制端控制的电子换向器与H桥逆变电路Ⅰ、和H桥逆变电路Ⅱ中功率器件连接。

上述的H桥逆变电路Ⅰ、H桥逆变电路Ⅱ分别由四个功率器件Q1～Q4和Q5～Q8组成，所述的功率器件Q1～Q8的控制极分别与控制单元的A、B两路脉冲信号输出端相连，所述的H桥逆变电路Ⅰ、H桥逆变电路Ⅱ分别引出二组输出端U1、U2和V1、V2 。

上述的二相变频电源，在电源电路和H桥逆变电路Ⅰ、H桥逆变电路Ⅱ之间接有隔离二极管D1，用以抑制逆变电路产生的尖峰电压对电源电路的影响。

本实用新型的有益效果是：

1、由于采用双H桥逆变电路，独立输出二路不同相位的相同周期的交流电压，4个端子输出。二路交流电压相位相差0～180度（根据需要可以调整）。

2、在一般普通变频器中，单一桥臂上下两个功率管在一个脉冲周期里交替导通。这就必须要严格控制二管导通时间，必须设置PWM死区。在该二相变频电源中采用在一个正弦波周期的正向和反向二个波形单独对角桥臂半周期独立驱动，即“半波对角驱动”，在正负半波换向时刻禁止器件导通，比较好的解决了死区问题；同时谐波也减低，提高了功率因数。

3、控制单元通过调整脉宽和正半波周期使输出的电压和频率均可调整，可实现二相变频电源输出，从而将频率固定（通常为工频50Hz）的交流电变换成频率连续可调（多数为0～400Hz）的二相交流电源，可以方便的驱动“单相交流感应电动机”，解决了“单相电容电机”需要变频的问题，满足了电机驱动的需要，并且简化了电机的结构，去掉了“单相交流感应电动机”的测速附加电机，降低了成本，运行稳定、可靠性高。该二相正交变频电源也可应用在需要二相变频电源的其它场合。

附图说明

图1是本实用新型的电路方框图；

图2是图1中的H桥逆变电路的原理图；

图3是控制单元输出的脉冲信号的时序波形图；

图4 是H桥逆变电路Ⅰ和H桥逆变电路Ⅱ输出信号的时序波形图。

图中：电源输入端L1、L2，功率器件Q1～Q8，输出端U1、U2和V1、V2，电动机M，主绕组M1，副绕组M2连接，隔离二极管D1，电源电路1，控制单元2，电子换向器3。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种二相变频电源，包括电源输入端L1、L2，电源电路1，在电源电路1输出端分别接有 H桥逆变电路Ⅰ、H桥逆变电路Ⅱ和可输出频率可调的控制单元2，本实施例中控制单元2采用单片机，实际不受本实施例限制，控制单元2设有A和B两路脉冲信号输出端和C、D二路电子换向信号控制端，所述的A和B两路脉冲信号输出端分别经过由二路电子换向信号控制端C、D控制的电子换向器3与H桥逆变电路Ⅰ和H桥逆变电路Ⅱ中功率器件Q1～Q4以及H桥逆变电路Ⅱ中功率器件Q5～Q8连接并分别驱动H桥逆变电路Ⅰ和H桥逆变电路Ⅱ实现半波对角驱动，其中B路脉冲信号在时序上滞后A路信号0～180度。所述的H桥逆变电路Ⅰ、H桥逆变电路Ⅱ分别引出输出端U1、U2和V1、V2，接线时分别与电动机M的主绕组M1和副绕组M2连接，通过电源电路1将输入的频率固定的单相电源变换为不同电压的直流电源。

在电源电路1和H桥逆变电路Ⅰ、H桥逆变电路Ⅱ之间接有隔离二极管D1，用以抑制H桥电路产生的尖峰电压对电源的影响。

以单相电源为例，采用该二相变频电源将单相电变为二相电的方法如下：由电源电路1将单相电源或三相电源变为不同直流电压输出，本实施例以单相交流电源为例，通过控制单元2输出A、B两路脉宽、频率可调（频率也可固定）的PWM脉冲信号，以实现二相变频电源输出并改变输出的交流等效电压。所述的A和B两路脉冲信号由控制单元2根据电路要求按照正弦规律分布设定，在由控制单元2控制的电子换向信号作用下实现H桥逆变电路Ⅰ和H桥逆变电路Ⅱ的半波对角驱动，所述的A、B两路脉冲信号相同但在时序上B路脉冲信号滞后A路脉冲信号0～180度，滞后的角度可根据具体要求设定，且H桥逆变电路Ⅰ和H桥逆变电路Ⅱ各自独立工作，由逆变电路Ⅰ和H桥逆变电路Ⅱ输出端输出二相变频电源信号。

如图3所示，本实施例中B路脉冲信号在时序上滞后A路信号90度，以实现二相正交变频电源输出。其中，H桥逆变电路Ⅱ的工作时序，滞后H桥逆变电路Ⅰ的工作时序，即“延时”。两路脉冲信号的每个脉冲起始时刻是同步的，同样按照电工原理设计，宽度依正弦规律分布，波形结构一致。其中B路输出的正弦规律的脉冲信号在时序上滞后A路输出。在一个正弦波形周期，采用控制单元2控制在设定的正半波时，使H桥逆变电路Ⅰ中的功率器件Q1与Q4，按照A路触发脉冲信号的高低电平，结合电子换向信号C从0度到180度按照时序依次间断触发导通，从而输出正的半波电压信号(图4中 H桥逆变电路I输出脉冲信号C部分），即正半波内对角导通。

在H桥逆变电路Ⅱ中，驱动脉冲信号B和与其结合的电子换向信号D，在时序上均滞后于A路驱动脉冲信号和与其结合的电子换向信号C，滞后角度90度。在功率器件Q1与Q4导通的开始时刻，使H桥逆变电路Ⅱ中的功率器件Q5与Q8在时序上相对A路驱动脉冲信号滞后90度，执行B路驱动脉冲信号和与其结合的电子换向信号D触发导通，实现预定的延时导通动作。从而输出正的半波电压信号(图4中 H桥逆变电路Ⅱ 输出脉冲信号C部分），即正半波内对角导通。

控制单元2输出A和B两路脉冲信号分别驱动H桥逆变电路Ⅰ和H桥逆变电路Ⅱ，其中B路脉冲信号在时序上滞后A路信号90度。A和B两路脉冲信号由控制单元2根据电路要求按照正弦规律分布设定，由软件和相应的硬件完成。控制单元2还输出相应的电子换向信号C和D，在软件的控制下，结合A路和B路脉冲信号驱动各个功率器件的导通与关断。

其结果是，H桥逆变电路Ⅰ和H桥逆变电路Ⅱ的输出电压波形一致。但H桥逆变电路Ⅱ的输出电压波形，在时序上滞后H桥逆变电路Ⅰ输出电压波形。

在设定的负半波时使H桥逆变电路Ⅰ中的功率器件Q2与Q3，按照A路触发脉冲信号的高低电平，结合电子换向信号C从180度到360度按照时序依次间断触发导通，从而输出负的半波电压信号(图4中 H桥逆变电路Ⅰ输出脉冲信号D部分），即负半波内对角导通。

在功率器件Q2与Q3导通的开始时刻，并使H桥逆变电路Ⅱ中的功率器件Q6与Q7在时序上相对A路驱动脉冲信号滞后90度，执行B路驱动脉冲信号和与其结合的电子换向信号触发导通，实现预定的延时导通动作。从而输出负的半波电压信号(图4中H桥逆变电路Ⅱ 输出脉冲信号D部分），即负半波内对角导通。

在正负半波交替时，即在0度及180度的整倍数时刻，采用电子换向信号C控制，结合A路按照正弦规律分布设定的信号，使功率器件Q1、Q4和Q2、Q3对角轮流触发，从而在输出端得到具有正负周期变化的脉冲信号输出。

所述的功率器件Q5与Q8和功率器件Q6与Q7的延时导通动作，与功率器件Q1及Q4和功率器件Q2与Q3的延时导通动作功能相同。

由电工原理得知，在一个正弦周期内该正负脉冲信号输出的面积等效正弦波面积（理论值）。由此，H桥逆变电路I和H桥逆变电路Ⅱ各自独立输出正负的脉冲波形。其中H桥逆变电路Ⅱ的输出在时序上相对而言，滞后H桥逆变电路I的输出。本实施例实现了二相正交变频电源功能，从而使输出端U1、U2和V1、V2输出在一定范围内连续可调的二相交流电。

Claims

1.一种二相变频电源，包括电源输入端，电源电路，其特征是：在电源电路输出端分别接有 H桥逆变电路Ⅰ、H桥逆变电路Ⅱ和可输出频率可调脉冲信号的控制单元，控制单元设有A和B两路脉冲信号输出端并分别驱动H桥逆变电路Ⅰ和H桥逆变电路Ⅱ实现半波对角驱动，其中B路脉冲信号在时序上滞后A路信号。

2.根据权利要求1所述的二相变频电源，其特征是：控制单元设有C、D二路电子换向信号控制端，所述的A和B两路脉冲信号输出端分别经过C、D二路电子换向信号控制端控制的电子换向器与H桥逆变电路Ⅰ、和H桥逆变电路Ⅱ中功率器件连接。

3.根据权利要求1所述的二相变频电源，其特征是：H桥逆变电路Ⅰ、H桥逆变电路Ⅱ分别由四个功率器件组成，所述的功率器件的控制极分别与控制单元的A、B两路脉冲信号输出端相连，所述的H桥逆变电路Ⅰ、H桥逆变电路Ⅱ分别引出二组输出端。

4.根据权利要求1所述的二相变频电源，其特征是：在电源电路和H桥逆变电路Ⅰ、H桥逆变电路Ⅱ之间接有隔离二极管。