CN213367676U - 一种单相变频器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种单相变频器，包括用于输出变频交流电的功率模块、用于处理信号的主控芯片、用于接收环境控制器模拟量信号并发送给主控芯片的调速模块，所述调速模块与所述主控芯片信号连接，所述主控芯片与所述功率模块控制连接。本申请的单相变频器应用于风机前端，在接通电源的情况下，能够根据环境控制器的模拟信号精准控制风机的启停与转速；当外部输入10V电压控制变频器时，风机转速与控制电压线性度好；启动更加平稳，启动电流小；风机运转时效率更高；风机运转过程中电流平稳，不会波动；最小输出频率为25Hz，避免因转速过低导致风机烧毁。

Description

一种单相变频器

技术领域

本实用新型属于畜禽养殖控制设备技术领域，具体地说涉及一种单相变频器。

背景技术

风机是畜禽舍环境控制系统的主要通风设备，承担了畜禽舍通风换气、舍内降温的主要职责，而风机的精准调速控制是实现畜禽舍环境精准控制的关键。传统控制方式只能通过控制风机电源的方式控制风机启停，故只能实现阶段性通风，通风量只能以风机最大风量为阶段差值，不能实现精准通风。精准通风要求进风风量控制精准，风机在使用的过程中，存在频繁起停、频繁调速的现象。所以在畜禽舍应用环境中，亟需一款能够配合环控设备实现风机精准调速，能够在频繁起停、频繁调速的场景下对电机起到最大程度的保护的调速设备。

变频器工作时，首先将交流电通过整流和滤波电路变为直流，然后通过逆变电路将直流电转变为频率可变的交流电。通过不同频率的交流电改变风机转速，达到改变进风量的作用。传统单相电机内部有一个启动电容，通过电容改变辅助绕组的相位，使主绕组和辅助绕组相位相差90°，只有这样才能启动电机，但这种启动对单相变频的控制效果并不好。

因此，现有技术还有待于进一步发展和改进。

实用新型内容

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种单相变频器。本实用新型提供如下技术方案：

一种单相变频器，包括用于输出变频交流电的功率模块、用于处理信号的主控芯片、用于接收环境控制器模拟量信号并发送给主控芯片的调速模块，所述调速模块与所述主控芯片信号连接，所述主控芯片与所述功率模块控制连接。

进一步的，所述功率模块为智能功率模块。

进一步的，所述功率模块包括高速低功耗的绝缘栅双极型晶体管、栅极驱动电路以及快速保护电路。

进一步的，还包括用于将交流电转换为直流电的整流模块和用于对直流电进行滤波的母线电容，所述母线电容与所述整流模块电连接，所述母线电容与所述功率模块电连接。

进一步的，还包括用于给所述母线电容进行预充电的预充模块，所述母线电容与所述预充模块电连接。

进一步的，还包括用于给所述主控芯片供电的电源模块，所述电源模块与所述主控芯片电连接。

进一步的，所述电源模块包括开关电源管理芯片，所述开关电源管理芯片采用VIPER16L。

进一步的，还包括用于向所述主控芯片提供采样数据的电流采样运放，所述电流采样运放与所述主控芯片信号连接。

进一步的，还包括用于提醒用户异常情况的报警模块，所述报警模块与所述主控芯片信号连接。

进一步的，所述报警模块包括高温报警模块、高压报警模块、欠压报警模块、过流报警模块中的至少一种。

有益效果：

本申请的单相变频器应用于风机前端，在接通电源的情况下，能够根据环境控制器的模拟信号精准控制风机的启停与转速；当外部输入10V电压控制变频器时，风机转速与控制电压线性度好；启动更加平稳，启动电流小；风机运转时效率更高；风机运转过程中电流平稳，不会波动；最小输出频率为25Hz，避免因转速过低导致风机烧毁。

附图说明

图1是本实用新型具体实施例中一种单相变频器结构示意图；

图2是本实用新型具体实施例中整流模块的整流桥结构示意图；

附图中：1、功率模块；2、主控芯片；3、调速模块；4、整流模块；5、母线电容；6、预充模块；7、电源模块；8、电流采样运放。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合本实用新型的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本实用新型创造。

如图1所示，一种单相变频器，包括用于输出变频交流电的功率模块1、用于处理信号的主控芯片2、用于接收环境控制器模拟量信号并发送给主控芯片2的调速模块3，调速模块3与主控芯片2信号连接，主控芯片2与功率模块1控制连接。功率模块1的作用是将直流电进行逆变，转换为频率可控的交流电，同时具有保护功能。主控芯片2为主电路提供各种控制信号比如逆变器的开关控制等，提供电压和频率的运算，对电压和电流进行检测，实现对电机的保护功能。调速模块3的作用是接收外部的控制信号，然后将控制信号进行处理，通过光耦进行隔离，然后将将信号传输给主控芯片2，再由主控芯片2控制IGBT调整电流输出频率。单相变频器的输入电压为单相220V、50Hz/60Hz交流电，输出电压为三相电压频率可控交流电，输出功率为750W，输出最大电流为4A，工作温度为-25℃～50℃，控制方式为旋钮和0～10V外部输入电压，启动方式为全速启动3～5秒后恢复到正常转速。畜禽舍风机在运行时，考虑冬天或特定环境下，风机启动瞬间需要全速运行3到5秒，以应对冬天结冰或负压过高现象造成的风机堵转致使风机烧毁。畜禽舍风机在使用时，为保护风机和应对高负压现象，风机需设置最低转速保护，即风机最低运行速度设置下限值，无论环控设备控制信号异常，或者手动控制情况下操作异常，本申请单相变频器均可避免风机异常低速运行。本申请单相变频器设置了风机安全保护措施包括过温保护、硬件过流、软件过流、过载保护、母线过压保护等功能，满足安全性要求。本申请的单相变频器应用于风机前端，在接通电源的情况下，能够根据环境控制器的模拟信号精准控制风机的启停与转速；当外部输入10V电压控制变频器时，风机转速与控制电压线性度好；启动更加平稳，启动电流小；风机运转时效率更高；风机运转过程中电流平稳，不会波动；最小输出频率为25Hz，避免因转速过低导致风机烧毁。

进一步的，功率模块1为智能功率模块1。智能功率模块1，在一个模块中集成了门级驱动及保护功能、温度检测IPM和多个IGBT管，其中，保护功能包括过热、过压、过流、欠压等保护功能。

进一步的，功率模块1包括高速低功耗的绝缘栅双极型晶体管、栅极驱动电路以及快速保护电路。当发生负载短路或过热事故，可以保护IGBT不受损坏。IPM具有开关速度快、损耗小、功耗低、有多种保护功能、抗干扰能力强、无须采取防静电措施、体积小等优点。

进一步的，还包括用于将交流电转换为直流电的整流模块4和用于对直流电进行滤波的母线电容5，母线电容5与整流模块4电连接，母线电容5与功率模块1电连接。整流模块4的作用是将交流电转换为脉动的直流电。如图2所示，整流模块4主要利用二极管的单相导通性，首先是0～π正半周期时，电流依次经过D4、R1和D2，而在π～2π负半周期时，电流依次经过D1、R1和D3。经过整流模块4将交流电转变为脉动的直流电。母线电容5的作用是将整流的脉冲电压进行滤波。在脉动直流波形的上升段，电容充电，由于充电时间常数很小，所以充电速度很快；在脉动直流波形的下降段，电容放电，由于放电时间常数很大，所以放电速度很慢。在还没有完全放电时再次开始进行充电。这样通过电容的反复充放电实现了滤波作用。

进一步的，还包括用于给母线电容5进行预充电的预充模块6，母线电容5与预充模块6电连接。预充模块6的主要作用是保护主继电器，避免因为过流烧毁。电源前端都有较大的电容，若无预充电，主继电器直接与电容接通，此时电源电压较高，而电容上电压接近0，相当于瞬间短路，瞬间电流可达上万安培，容易烧毁继电器。加入预充模块6，预充继电器首先将电容与预充电阻导通，在预充电阻的限流作用下，将电容电压上升到设定预充电压。

进一步的，还包括用于给主控芯片2供电的电源模块7，电源模块7与主控芯片2电连接。电源模块7的作用是为变频器的主控芯片2进行供电，同时将IGBT的驱动信号进行隔离放大。

进一步的，电源模块7包括开关电源管理芯片，开关电源管理芯片IC采用VIPER16L。

进一步的，还包括用于向主控芯片2提供采样数据的电流采样运放8，电流采样运放8与主控芯片2信号连接。电流采样运放8主要是对整个变频器系统的输入电压、输入电流，中间直流电压、直流电流，逆变器输出电压、输出电流，温升以及电动机转速等进行信号采集，然后将信息传送给主控芯片2。

进一步的，还包括用于提醒用户异常情况的报警模块，报警模块与主控芯片2信号连接。报警模块通过继电器干触电输出报警信号。

进一步的，报警模块包括高温报警模块、高压报警模块、欠压报警模块、过流报警模块中的至少一种。高温报警条件为高于85℃报警；欠压报警条件为输入交流电低于180V报警；高压报警条件为输入交流电高于250V报警；过流报警条件为输出电流超过10A报警。

以上已将本实用新型做一详细说明，以上所述，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能限定本实用新型实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖范围内。

Claims (10)

1.一种单相变频器，其特征在于：包括用于输出变频交流电的功率模块、用于处理信号的主控芯片、用于接收环境控制器模拟量信号并发送给主控芯片的调速模块，所述调速模块与所述主控芯片信号连接，所述主控芯片与所述功率模块控制连接。

2.根据权利要求1所述的一种单相变频器，其特征在于：所述功率模块为智能功率模块。

3.根据权利要求1所述的一种单相变频器，其特征在于：所述功率模块包括高速低功耗的绝缘栅双极型晶体管、栅极驱动电路以及快速保护电路。

4.根据权利要求1所述的一种单相变频器，其特征在于：还包括用于将交流电转换为直流电的整流模块和用于对直流电进行滤波的母线电容，所述母线电容与所述整流模块电连接，所述母线电容与所述功率模块电连接。

5.根据权利要求4所述的一种单相变频器，其特征在于：还包括用于给所述母线电容进行预充电的预充模块，所述母线电容与所述预充模块电连接。

6.根据权利要求1所述的一种单相变频器，其特征在于：还包括用于给所述主控芯片供电的电源模块，所述电源模块与所述主控芯片电连接。

7.根据权利要求6所述的一种单相变频器，其特征在于：所述电源模块包括开关电源管理芯片，所述开关电源管理芯片采用VIPER16L。

8.根据权利要求1所述的一种单相变频器，其特征在于：还包括用于向所述主控芯片提供采样数据的电流采样运放，所述电流采样运放与所述主控芯片信号连接。

9.根据权利要求1所述的一种单相变频器，其特征在于：还包括用于提醒用户异常情况的报警模块，所述报警模块与所述主控芯片信号连接。

10.根据权利要求9所述的一种单相变频器，其特征在于：所述报警模块包括高温报警模块、高压报警模块、欠压报警模块、过流报警模块中的至少一种。

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