CN203456879U - 低成本的单相一体化能量回馈系统 - Google Patents
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Abstract
一种低成本的单相一体化能量回馈系统，包括滤波器、电网电压采样电路、输入电流传感器、并联的电容组、母线电压采样电路、控制电路板、三相输出逆变器及输出电流传感器，还包括一个单相全桥电路，所述单相全桥电路两个桥臂的中点通过滤波器连接单相电网的L线和N线。控制电路采样母线电压、电网电压和输入电流以及三相逆变器输出电流。母线电压低于设定值时，单相全桥电路的反并二极管构成一个单相整流桥，对电网电压进行不控整流，系统工在整流用电状态；母线电压高于设定值时，单相全桥电路作为全桥逆变器把回馈到母线上的电能转换为单相交流电输入电网。本装置实现了整流逆变一体化，具有电路结构简洁、控制简单，装置成本低等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种能量回馈系统，特别是使用单相供电的整流逆变一体化的电力电子系统。
背景技术
在一些电机快速起停、频繁正反转的场合，当电机制动和带动位能性负载下降时，电机处于发电状态。会向电机的变频器母线注入电流，使变频器母线电压上升，这种泵升电压达到一定数值，就会击穿变频器的工作元件。
为了防止变频器母线泵升电压过高，通常采用在变频器直流母线并联能耗单元的方法，把直流母线上接收的电能通过能耗电阻以热的方式释放掉。这种解决方案的能耗单元需要占用较大的空间，而且浪费了电机发出的电量。
为了能够利用电机发电产生的电能，通过在变频器母线并联能量回馈装置的办法，可以实现把回馈能量转换为交流电送入电网。例如公开号为CN101692581A的中国专利文献公开了一种“ 低成本的单相高频能量回馈装置” ，但是，这种方案存在以下不足：
（1）对于电机来说，整流和回馈是两个装置，系统复杂，装置体积大，元器件多，成本较高；
（2）实际应用时，经常存在回馈装置和变频器不匹配，回馈装置干扰变频器，导致变频器不能正常工作而无法实际应用的情况。
为了能够把整流和回馈集成在一种电路中，授权号为CN201985778U的中国专利文献公布了 “一种能量回馈一体机变频器的拓扑电路及控制系统”,但该系统有下列缺点：
（1） 输入端需要检测三相电网电压和电流，需要较多的传感器和检测电路；
（2） 有6个开关管需要驱动，驱动电路较多；
（3） 三相电路的回馈控制算法复杂，软件开发成本大，而且需要高性能的昂贵的控制芯片；
这些缺点导致系统成本仍然偏高。
发明内容
本实用新型是针对以上现有技术的缺点，在一些性能要求不高，成本要求降低的场合，提供一种可以实现整流供电和回馈逆变发电一体化的单相能量回馈系统，实现节能环保，成本降低的目的。
一种低成本的单相一体化能量回馈系统，应用于使用单相电网供电的电力电子系统，包括滤波器、电网电压采样电路、输入电流传感器、并联的电容组、母线电压采样电路、控制电路板、三相输出逆变器及输出电流传感器，还包括一个单相全桥电路，所述单相全桥电路两个桥臂的中点通过滤波器连接单相电网的L线和N线，桥臂的两端接到直流母线上。
所述的单相全桥电路由Q1、Q2、Q3、Q4构成。
所述母线电压采样电路和电网电压采样电路，采样直流母线电压和电网电压，采样信号送入控制电路板。
所述的并联的电容组并联接在正负直流母线之间。
所述滤波器由电感和电容组成。
所述控制电路采样母线电压、电网电压、输入电流以及三相逆变器输出电流，根据母线电压的采样值决定系统的工作模式，并根据所述电网电压采样电路、输入电流传感器、母线电压采样电路、三相逆变器输出电流传感器及电机编码器的反馈信号，分别输出PWM驱动信号，控制单相全桥电路和三相逆变器的开关管的导通与关断。
所述的单相全桥电路可以工作在以下两种模式：母线电压低于设定值时，单相全桥电路的反并二极管构成一个单相整流桥，对电网电压进行不控整流，系统工在整流用电状态；母线电压高于设定值时，由控制电路根据检测得到的电压和电流信号进行闭环反馈控制，驱动单相全桥电路四个开关管的开通与关断，以单相全桥逆变器模式，把回馈到母线上的电能转换为与电网同频率和同相位的正弦交流电输入单相电网。
所述单相一体化能量回馈系统在回馈发电时，电网电压采样电路把单相电网信号转换为一个与电网相同频率和相同相位的方波信号，软件程序里使用数字锁相环跟踪方波信号，保证电流参考信号的相位和频率与电网保持一致，幅值的大小由直流母线电压补偿环路自动控制，向电网送入同频率和同相位的正弦交流电。
所述三相逆变器输出侧的电流传感器和电机编码器分别为电机控制提供电流反馈信号和速度反馈信号。
本发明提供了一种新的使用单相供电的能量回馈一体化系统电路结构及与之适应的控制方法。
与现有单相供电能量回馈方案相比，本发明的优点是：把整流供电电路、回馈逆变发电功能集成在一个电路中，实现了整流逆变一体化，减小了硬件复杂性，降低了系统成本，提高了可靠性。
与现有三相供电的一体化能量回馈方案相比，本实用新型的优点是：减少了电网电压和输入电流的传感器数量和检测电路数目；由于开关管数量减小而减少了驱动电路；单相电路回馈控制算法简单，减小了软件开发工作的成本；控制算法简单，对控制器主控芯片的要求降低，促成控制芯片价格降低。因此，实现了低成本的一体化能量回馈系统。
附图说明
图1是本实用新型的第一实施例电路原理图。
图2是本实用新型的第二实施例电路原理图。
图3是本实用新型的第三实施例电路原理图。
具体实施方式
本实用新型提供的一种单相一体化能量回馈系统，能够使现有能量回馈系统的成本得到较大的降低，下面结合附图对本实用新型的实施做进一步的说明。
参考图1，本系统包括滤波器、电网电压采样电路、输入电流传感器、并联的电容组、母线电压采样电路、控制电路板、三相输出逆变器及三相输出逆变器的电流传感器，还包括一个由Q1、Q2、Q3、Q4构成的单相全桥电路，所述单相全桥电路两个桥臂的中点通过滤波器连接单相电网的L线和N线，桥臂的两端接到直流母线上。
所述母线电压采样电路和电网电压采样电路，采样直流母线电压和电网电压，采样信号送入控制电路板。
所述的并联的电容组并联接在正负母线之间。
所述滤波器由电感和电容组成。
所述控制电路采样母线电压、电网电压、输入电流以及三相逆变器输出电流，根据母线电压的采样值决定系统的工作模式，并根据所述电网电压采样电路、输入电流传感器、母线电压采样电路、三相逆变器输出电流传感器及电机编码器的反馈信号，分别输出PWM驱动信号，控制单相全桥电路和三相逆变器的开关管的导通与关断。
所述单相全桥电路可以工作在以下两种模式：母线电压低于设定值时，单相全桥电路的反并二极管构成一个单相整流桥，对电网电压进行不控整流，系统工在整流用电状态；母线电压高于设定值时，由控制电路根据检测得到的电压和电流信号进行闭环反馈控制，驱动单相全桥电路四个开关管（Q1，Q2，Q3，Q4）的开通与关断，以单相全桥逆变器模式，把回馈到母线上的电能转换为与电网同频率和同相位的正弦交流电输入单相电网。
所述单相一体化能量回馈系统在回馈发电时，电网电压采样电路把单相电网信号转换为一个与电网相同频率和相同相位的方波信号，软件程序里使用数字锁相环跟踪方波信号，保证电流参考信号的相位和频率与电网保持一致，幅值的大小由直流母线电压补偿环路自动控制，向电网送入同频率和同相位的正弦交流电。
本实施例的母线电压参考值为400V，当直流母线电压小于400V时，系统工作在整流状态；反之，工作在回馈发电状态。
所述三相逆变器输出侧的电流传感器和电机编码器分别为电机控制提供电流反馈信号和速度反馈信号。
图2和图3的电路为了限制系统开始工作时的启动电流，在电路结构中分别增加了一个由并联的限流电阻及继电器组成的软启动电路。除此之外，其他情况都与图1的方案一样，不再重复论述。
以上所述的本实用新型实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所做的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。
Claims (4)
1.一种低成本的单相一体化能量回馈系统，应用于使用单相电网供电的电力电子系统，包括滤波器、电网电压采样电路、输入电流传感器、并联的电容组、母线电压采样电路、控制电路板、三相输出逆变器及输出电流传感器，还包括一个单相全桥电路，所述单相全桥电路两个桥臂的中点通过滤波器连接单相电网的L线和N线，桥臂的两端接到直流母线上；
所述的单相全桥电路由四个开关管Q1、Q2、Q3、Q4以全桥方式连接构成；
所述母线电压采样电路用于检测直流母线电压，并把检测值送入控制电路板；
所述的单相全桥电路可以工作在整流和逆变两种模式，实现和电网的能量交换；
所述控制电路采样母线电压、电网电压、输入电流以及三相逆变器输出电流，根据母线电压的采样值决定系统的工作模式，并根据所述电网电压采样电路、输入电流传感器、母线电压采样电路、三相逆变器输出电流传感器及电机编码器的反馈信号，分别输出PWM驱动信号，控制单相全桥电路和三相逆变器的开关管的导通与关断；
所述并联的电容组并联接在正负直流母线之间；
所述滤波器由电感和电容组成。
2.根据权利要求1所述的低成本的单相一体化能量回馈系统，其特征在于：母线电压低于设定值时，单相全桥电路的反并二极管构成一个单相整流桥，对电网电压进行不控整流，系统工在整流用电状态；母线电压高于设定值时，由控制电路根据检测得到的电压和电流信号进行闭环反馈控制，驱动单相全桥电路四个开关管的开通与关断，以单相全桥逆变器模式，把回馈到母线上的电能转换为与电网同频率和同相位的正弦交流电输入单相电网。
3.根据权利要求1或者2所述的低成本的单相一体化能量回馈系统，其特征在于：系统在回馈发电时，电网电压采样电路把单相电网信号转换为一个与电网相同频率和相同相位的方波信号连接到控制电路，作为输出电流频率和相位的参考信号，幅值的大小由直流母线电压补偿环路自动控制，向电网送入同频率和同相位的正弦交流电。
4.根据权利要求1所述的低成本的单相一体化能量回馈系统，其特征在于：三相逆变器输出侧的电流传感器和电机编码器分别为控制电机提供电流反馈信号和速度反馈信号。
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| CN103515979A (zh) * | 2013-03-21 | 2014-01-15 | 王林兵 | 低成本的单相一体化能量回馈系统 |
| CN110082588A (zh) * | 2019-04-24 | 2019-08-02 | 深圳市迈凯诺电气股份有限公司 | 一种电流检测电路 |
| CN112039345A (zh) * | 2020-09-09 | 2020-12-04 | 西安科技大学 | 基于能量回馈装置的变流器 |
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