CN203313115U - 大功率矢量逆变控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是有关于一种大功率矢量逆变控制装置，包括：进线电抗器、整流电路、逆变电路以及逆变控制电路；所述进线电抗器的电源接入端接入进线电源，该进线电抗器的另一端与整流电路连接；所述整流电路还与逆变电路连接，向逆变电路输出直流电源；所述逆变电路还与被驱动负载连接，向被驱动负载输出交流电源；逆变控制电路与上述逆变电路连接，逆变控制电路向逆变电路输出正弦脉宽调制信号。本实用新型提供的上述技术方案使变频调速系统能够很好的产业化，满足了我国的变频调速系统的市场需求，从而可以提高我国的能源利用率。

Description

大功率矢量逆变控制装置

技术领域

本实用新型涉及变频控制技术，特别是涉及可应用于异步电机的大功率矢量逆变控制装置。 

背景技术

能源和环境是当前全球经济发展过程中的两个重要问题。能源的开发与利用通常会对环境有着重大影响，例如，全球变暖以及酸雨等一系列环境灾难都与能源的开发与利用相关。 

在高速增长的经济环境下，我国的能源工业面临着经济增长与环境保护双重压力；然而，由于受资金、技术以及能源价格等因素的影响，我国的能源利用率比发达国家的能源利用率要低很多；因此，能源的有效利用在我国已经成为需要迫切解决的问题。 

电机（如异步交流电机）是能源消耗大户之一，目前我国对电机的变频调速系统的研究非常活跃，但是其在产业化方面并不理想，因此，国内市场上的变频调速系统基本上被国外公司的产品占据。 

有鉴于现有的变频调速系统的现状，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实际经验及专业知识，并配合专业的理论技术知识，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的大功率矢量逆变控制装置，使变频调速系统在我国能够很好的产业化，满足国内市场需求，且更具有实用性。经过不断的研究、设计,并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本实用新型。 

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于，有效改善我国目前的变频调速系统的现状，而提供一种新型结构的大功率矢量逆变控制装置，所要解决的技术问题包括，使变频调速系统能够很好的产业化，满足我国的变频调速系统的市场需求，以提高我国的能源利用率。 

本实用新型的目的及解决其技术问题可采用以下的技术方案来实现。 

依据本实用新型提出的一种大功率矢量逆变控制装置，包括：进线电抗器、整流电路、逆变电路以及逆变控制电路；所述进线电抗器的电源接入端接入进线电源，所述进线电抗器的另一端与整流电路连接；所述整流电路还与逆变电路连接，向逆变电路输出直流电源；所述逆变电路还与被 驱动负载连接，向被驱动负载输出交流电源；逆变控制电路与逆变电路连接，向逆变电路输出正弦脉宽调制信号。 

较佳的，前述的大功率矢量逆变控制装置，其中逆变电路包括：基于6个IGBT的三相IGBT逆变电路。 

较佳的，前述的大功率矢量逆变控制装置，其中进线电源包括：由柴油发电机供给的电源或者将配电网电源降压后的电源。 

较佳的，前述的大功率矢量逆变控制装置，其中被驱动负载包括：交流电机。 

较佳的，前述的大功率矢量逆变控制装置，其中所述装置还包括：断路器和预充电单元；所述断路器的电源接入端与进线电源连接，断路器的另一端与进线电抗器的电源接入端连接，且所述断路器、进线电抗器以及整流电路三者形成串联；为逆变电路中的电容充电的预充电单元的电源接入端与进线电源连接，预充电单元的另一端与逆变电路连接，且所述预充电单元与串联的断路器、进线电抗器以及整流电路并联。 

较佳的，前述的大功率矢量逆变控制装置，其中所述逆变控制电路包括：数字信号处理器DSP、电流检测单元、电压检测单元以及温度检测单元；所述数字信号处理器DSP与电流检测单元、电压检测单元、温度检测单元以及逆变电路分别连接。 

较佳的，前述的大功率矢量逆变控制装置，其中所述装置还包括：为所述数字信号处理器DSP提供电能的供电单元。 

借由上述技术方案，本实用新型的大功率矢量逆变控制装置至少具有下列优点以及有益效果： 

1、具有较好的节能功效； 

在采用本实用新型的变频调速后，风机以及泵类等负载的节能效果非常明显，节电率可达到20%～60%。由于这类负载数量挺多，约占交流电机总容量的20%～30%，因此，这类负载的节能具有非常重要的意义。 

2、具有软启动功能； 

在工频状况下，电机采用的是星三角降压延时启动，此时电流是电机额定电流的4-7倍，如果多台大功率的电机同时启动，则会对电网造成很大的冲击。采用本实用新型的技术方案后，电机只需在额定电流下就可启动，电流平滑无冲击，减少了启动电流对电机和电网的冲击，延长了电机的使用寿命。 

3、减少了无功功率； 

无功功率不但增加了线损，而且会造成设备发热，更主要的是，无功功率因素的降低会导致电网有功功率的降低。采用本实用新型的技术方案后，由于滤波单元的使用，使得功率因素接近为1，从而增大了电网的有功 功率，节省了无功功率消耗的能量。 

4、控制方便，简化了负载的控制方式； 

①、本实用新型可以很容易实现电机的正转和反转； 

②、本实用新型可以任意调节电机的加速和减速时间以及频率； 

③、本实用新型具有直流制动功能，需要制动时，可以给电机加上一个直流电压，进行制动，从而无需另加制动控制电路； 

④、本实用新型的装置运行平稳； 

⑤、本实用新型的装置可以使电机高速运转。 

5、本实用新型采用模块化设计，易于拆装，更能满足用户对装置的维护方便的要求。 

6、本实用新型的装置结构简单，制造成本相对较低，从而可以大幅降低产品的成本，提高经济效益，在使用的实用性及成本效益上，确实完全符合产业化的发展需求，相当具有产业利用价值，也更加适于实用。 

综上所述，本实用新型在技术上有显著的进步，并具有明显的积极技术效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。 

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例,并配合说明书附图，详细说明如下。 

附图说明

图1为本实用新型的大功率矢量逆变控制装置的示意图。 

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的大功率矢量逆变控制装置的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。 

本实用新型的大功率矢量逆变控制装置如图1所示。 

在图1中，大功率矢量逆变控制装置主要包括：进线电抗器3、整流电路4、逆变电路5以及逆变控制电路；其中的逆变控制电路主要包括：电压检测单元6、温度检测单元7、电流检测单元8以及数字信号处理器（DSP）9。另外，该大功率矢量逆变控制装置还可以包括：断路器1、预充电单元2以及供电单元10。下面对该装置中的各元件逐一进行说明。 

断路器1的电源接入端与进线电源连接，断路器1的另一端与进线电抗器3的电源接入端连接。断路器1主要用于，其在闭合时，使进线电源通过断路器1提供给进线电抗器3；其在断开时，不再为进线电抗器3提供 进线电源。这里的进线电源为交流电，且可以是由柴油发电机提供的交流电源，也可以是对配电网电源进行降压处理后的交流电源。 

预充电单元2的电源接入端与进线电源连接，预充电单元2的另一端与逆变电路5连接，且预充电单元2与相互串联的断路器1、进线电抗器3以及整流电路4这三者并联。 

预充电单元2主要用于为逆变电路5中的电容（如电解电容）进行充电，具体的，在断路器1断开时，预充电单元2为逆变电路5中的电容充电，而在断路器1闭合时，预充电单元2停止为逆变电路5中的电容充电。 

进线电抗器3的电源接入端接入进线电源，进线电抗器3的另一端与整流电路4的输入端连接。进线电抗器3与断路器1以及整流电路4三者形成串联连接。 

整流电路4除了与进线电抗器3连接之外，还与逆变电路5连接。整流电路4主要用于将进线电抗器3传输来的交流电转换为直流电，并为逆变电路5提供直流电。 

逆变电路5除了与整流电路4连接之外，还与被驱动负载以及逆变控制电路连接。逆变电路5主要用于根据逆变控制电路的控制将整流电路4提供的直流电转换为交流电，并向被驱动负载提供该交流电。上述被驱动负载可以为交流电机，如异步电机。 

逆变电路5可以采用现有的逆变电路结构，如基于6个IGBT的三相IGBT逆变电路等。 

逆变控制电路与逆变电路连接。逆变控制电路主要用于向逆变电路5输出正弦脉宽调制信号，以控制逆变电路5输出的交流电规格。 

逆变控制电路中的电压检测单元6与逆变电路5以及数字信号处理器9分别连接。电压检测单元6主要用于检测逆变电路5的输入电压，并将其检测到的电压信息提供给数字信号处理器9。 

逆变控制电路中的温度检测单元7与逆变电路5以及数字信号处理器9分别连接。温度检测单元7主要用于检测逆变电路5的温度，并将其检测到的温度信息提供给数据信号处理器9。 

逆变控制电路中的电流检测单元与逆变电路5以及数字信号处理器9分别连接。电流检测单元主要用于检测逆变电路5的输出电流，并将其检测到的电流信息提供给数据信号处理器9。 

逆变控制电路中的数字信号处理器（DSP）9与逆变电路5、电压检测单元6、温度检测单元7、电流检测单元8以及供电单元10分别连接。数字信号处理器9主要用于根据电压检测单元6、温度检测单元7以及电流检测单元8传输来的检测信息来控制逆变电路5输出的交流电的规格。 

供电单元10与数字信号处理器9连接。供电单元10主要用于为数字 信号处理器9提供电能。 

上述电路的一个具体实现过程为：首先，进线电源通过预充电单元2给安装在逆变电路5上的电解电容充电；当该电解电容充电达到一定容值后，将预充电单元2切除，同时，闭合断路器1，于是进线电源先经过断路器1，再经过进线电抗器3给整流单元4供电；整流单元4将输入的交流电源整流成直流电源，并提供给逆变电路5使用；逆变电路5将输入的直流电源逆变成交流电源，并提供给交流电机负载，以驱动交流电机负载。 

在上述过程中，电压检测单元6和电流检测单元8分别检测直流回路中的直流电压及逆变电路5输出的电流，并将获得的检测信号进行转化，转化后的检测信号提供给数字信号处理器9，数字信号处理器9的内部程序进行计算处理，从而可以实现逆变电路5的控制及装置保护功能。另外，通过温度检测单元7检测本装置（如逆变电路5）的温度，数字信号处理器9可以基于该温度检测信息实现装置的超温保护。 

由以上技术方案可以看出，本实用新型可以对被驱动负载（如异步电机）实现矢量控制；所谓矢量控制就是通过测量和控制异步电机的定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电机转矩的目的；具体的，将异步电机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量（励磁电流）和产生转矩的电流分量（转矩电流）分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量。 

另外，本实用新型通过采用矢量控制方式的通用变频电路不仅可以在调速范围上与直流电机相匹配，而且可以控制异步电机产生的转矩。由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电机的参数，有的通用变频电路在使用时，需要准确地输入异步电机的参数，有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器，并需要使用厂商指定的变频电路对专用电机进行控制，否则难以达到理想的控制效果。而本实用新型涉及的通用变频电路中已经具备异步电机参数自动检测、自动辨识以及自适应功能，带有这种功能的通用变频电路在驱动异步电机进行正常运转之前，可以自动地对异步电动机的参数进行辨识，并根据辨识结果调整数字信号处理器的控制算法中的有关参数，从而可以对普通的异步电机进行有效的矢量控制。 

还有，本实用新型的采用矢量控制方式的通用变频电路还可以对异步电机控制常数进行调节，并与机械系统匹配的适应性进行控制，以提高异步电机应用性能。 

以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本实用新型的技术，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新 型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本实用新型技术方案的范围内。 

Claims (7)

1.一种大功率矢量逆变控制装置，其特征在于，所述装置包括：进线电抗器、整流电路、逆变电路以及逆变控制电路； 

所述进线电抗器的电源接入端接入进线电源，所述进线电抗器的另一端与整流电路连接； 

所述整流电路还与逆变电路连接，向逆变电路输出直流电源； 

所述逆变电路还与被驱动负载连接，向被驱动负载输出交流电源； 

逆变控制电路与逆变电路连接，向逆变电路输出正弦脉宽调制信号。 

2.如权利要求1所述的大功率矢量逆变控制装置，其特征在于，所述逆变电路包括：基于6个IGBT的三相IGBT逆变电路。 

3.如权利要求1所述的大功率矢量逆变控制装置，其特征在于，所述进线电源包括：由柴油发电机供给的电源或者将配电网电源降压后的电源。 

4.如权利要求1所述的大功率矢量逆变控制装置，其特征在于，所述被驱动负载包括：交流电机。 

5.如权利要求1或2或3或4所述的大功率矢量逆变控制装置，其特征在于，所述装置还包括：断路器和预充电单元； 

所述断路器的电源接入端与进线电源连接，断路器的另一端与进线电抗器的电源接入端连接，且所述断路器、进线电抗器以及整流电路三者形成串联； 

为逆变电路中的电容充电的预充电单元的电源接入端与进线电源连接，预充电单元的另一端与逆变电路连接，且所述预充电单元与串联的断路器、进线电抗器以及整流电路并联。 

6.如权利要求1或2或3或4所述的大功率矢量逆变控制装置，其特征在于，所述逆变控制电路包括：数字信号处理器DSP、电流检测单元、电压检测单元以及温度检测单元； 

所述数字信号处理器DSP与电流检测单元、电压检测单元、温度检测单元以及逆变电路分别连接。 

7.如权利要求6所述的大功率矢量逆变控制装置，其特征在于，所述装置还包括：为所述数字信号处理器DSP提供电能的供电单元。 

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