一种三相大功率变频电源及其工作方法技术

一种三相大功率变频电源及其工作方法，属于变频电源技术领域。包括三相电网输入电路、整流电路、逆变单元、输出变压器、直流母线监测电路、逆变驱动电路、逆变输出监测电路、变压器输出监测电路、输出开关驱动电路、变频电源输出监测电路、数字信号处理器DSP、键盘与显示电路、通讯电路、振动检测电路和保护电路；三相电网输入电路与整流电路连接，整流电路与逆变单元连接，逆变单元与输出变压器连接，同时通过逆变驱动电路与数字信号处理器DSP连接；输出变压器与电源输出端连接，输出变压器的输入端和输出端、电源输出端和输出开关与数字信号处理器DSP连接，变频电源在软件控制下工作。

Three phase high power frequency conversion power supply and working method thereof

The utility model relates to a three-phase high power frequency conversion power supply and a working method thereof, belonging to the technical field of frequency conversion power supply. Including the three-phase input circuit, rectifier circuit, inverter unit, output transformer, DC monitoring circuit, inverter drive circuit, inverter circuit, output output monitoring monitoring circuit, transformer output switching circuit, inverter power output monitoring circuit, digital signal processor DSP, keyboard and display circuit, communication circuit, vibration detection circuit and protection circuit; three-phase power input circuit connected with the rectifier circuit, rectifier circuit is connected with the inverter unit, the inverter unit is connected with the output transformer, and the inverter drive circuit and digital signal processor DSP is connected with the power output; transformer connected to the output end is connected with the input end and output end, the output terminal of the power supply and output switch and digital signal processor DSP output transformer, variable frequency power supply under the control of the software work.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于变频电源

技术介绍
变频电源是将市电中的交流电经过AC — DC — AC变换，输出为正弦波的电源设备，其输出频率和电压在一定范围内可调，主要采用IGBT或IPM逆变技术实现。其PWM控制波形的产生和控制方法是首先采用信号发生电路产生频率和幅值一定的标准正弦波， 然后通过频率和幅值一定的载波(一般为三角波或锯齿波)对正弦波进行调制，从而产生 PWM控制波形，驱动逆变电路实现变频输出。而对变频电源输出电压的控制则通过输出电压反馈信号与给定基准电压信号的负反馈电路实现。由于变频电源工作的电磁环境恶劣，且内部使用了整流桥、IGBT等电力电子开关器件，变频电源在工作时自身也会产生较强的电磁干扰，特别是三相大功率变频电源 (60KVA以上)在运行时的电磁干扰更加严重，在严重的电磁干扰环境下，变频电源的标准正弦波、载波、基准电压信号以及反馈信号等模拟信号易受到干扰而使变频电源产生误动作，甚至引起变频电源的损坏。同时变频电源的应用领域越来越广泛，近年来在大功率电机领域，由于变频电源输出电压的稳定性和实际应用中的经济环保性，越来越多的用户选择变频电源取代发电机，为电机负载提供动力。但由于电机的负载特性较为复杂，现有变频电源的控制方法对电机负载的适应性不强。在电机的变频启动应用中，要求变频电源的输出电压频率比恒定，即V/F = C(常数)。且由于电机特性复杂，往往需要根据电机的特性参数确定电机启动的V/F曲线，现有的变频电源电压和频率不能同时调节，或者不能对输出V/F曲线进行控制，不能实现变频启动。启动电机时，往往采用直接启动的方式，需要较大容量的变频电源(一般为电机额定功率的7倍)，不但造成经济上的浪费，而且造成对电网的污染。变频器虽然能够实现电机的变频控制，但由于变频器的输出电压波形不是正弦波，谐波含量较高，波形质量较差，一般只应用于电机的变频调速控制，在综合性负载供电场合，如电机、照明、设备、仪表等的应用场合，变频器会对仪表设备造成很大的干扰，使仪表设备无法正常工作，因而变频器的应用范围受到很大限制。由于变频电源采用PWM逆变方式，输出电压中包含有一定的高频谐波成分，其频谱以载波为基波，当高频谐波频谱与电机固有频率接近时形成共振，会引起电机的振动，影响电机特性，降低电机使用寿命。现有的变频电源无法解决该问题，或者只能有针对性地进行现场调试，更改内部硬件电路进行处理，处理方案不易实施且不具有普遍性和可重复性。专利200710098692. 8采用电压空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)，该技术仅适合于电机的速度控制，其输出电压波形失真度大，不适合其他负载应用，具有局限性。专利 200710098692. 8的逆变电路输出没有电气隔离，存在安全隐患，当逆变电路故障时，电网电压通过整流桥、整流输入慢启动电路、逆变电路、负载(电机)形成回路，危害操作人员的安全。专利200710098692. 8的整流电路采用整流桥实现，在大功率应用中，由于整流桥电路的功率因数较低(一般为0.6左右)，谐波电流大，对电网会造成严重的污染，并干扰电网上其他设备的正常运行。专利200710098692. 8没有逆变输出电压和电流的检测反馈电路和控制算法，无法实现对输出电压和电流的实时监测与控制。专利200720064002. 2为一单相输出高压电源，其技术方案不能实现三相电源输出。并且存在着滤波电路复杂，包含了变压器、电抗器、电阻、电容等多种元件，因而可靠性低，功率损耗大，不适合大功率应用。总之，现有变频电源，特别是三相大功率变频电源，存在以下缺点和不足1、抗干扰能力差，易受到干扰而使变频电源产生误动作，甚至引起变频电源的损坏。2、不能控制输出V/F曲线，实现对电机的变频启动。3、难以解决因共振而引起的电机振动问题。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提供。本专利技术通过对变频电源输出电压和电流信号的实时采样与处理分析，调节变频电源的PWM控制波形，从而实现对变频电源输出的快速调节和对负载的实时响应，特别适用于大功率电机负载。本专利技术通过对变频电源输出电压和电流信号的矢量分析，根据电机启动特性实时调节变频电源输出的V/F曲线，实现电机的变频启动；根据对电机振动信号在频域的傅里叶变换与分析，识别电机是否有振动及其振动频率，并在一定范围内自动调整变频电源的载波频率，不需要复杂的现场调试即可避开电机的固有频率，防止电机振动的发生。一种三相大功率变频电源，包括三相电网输入电路、整流电路、逆变单元、输出变压器、直流母线监测电路、逆变驱动电路、逆变输出监测电路、变压器输出监测电路、输出开关驱动电路、变频电源输出监测电路、数字信号处理器DSP、键盘与显示电路、通讯电路、振动检测电路和保护电路；三相电网输入电路与整流电路连接，整流电路通过软启动开关、软启动限流电阻和直流母线电容与逆变单元连接，软启动开关、软启动限流电阻和直流母线电容同时通过直流母线监测电路与数字信号处理器DSP连接；逆变单元与输出变压器连接，同时通过逆变驱动电路与数字信号处理器DSP连接；输出变压器通过输出开关与电源输出端连接，输出变压器的输入端和输出端分别通过逆变输出监测电路和变压器输出监测电路与数字信号处理器DSP连接，输出开关通过输出开关驱动电路与数字信号处理器DSP 连接；电源输出端通过变频电源输出监测电路与数字信号处理器DSP连接；键盘与显示电路、通讯电路、振动检测电路和保护电路分别与数字信号处理器DSP连接。所述的直流母线监测电路，由光电耦合器U1A、U1B和运算放大器U2A、U2B以及若干电阻、电容、二极管组成，直流母线电压信号经UlB进行光电隔离，由UlA和U2A组成线性补偿电路对UlB的非线性进行补偿，然后经U2B电压跟随器连接至数字信号处理器DSP的 ADC输入口 ；其中U1A、U1B的型号为TLP521，U2A和U2B的型号为0058。所述的变频电源输出监测电路包括输出电压信号监测电路和输出电流信号监测电路；其中输出电压信号监测电路由电压互感器Tl、运算放大器U3以及电阻、电容组成；输出电压信号经Tl进行电气隔离，U3组成的差分放大电路放大后，连接至数字信号处理器 DSP的ADC输入口 ；R8、R9起限流作用，RlO为输出电压信号取样电阻，C3起滤波作用；U3与 R11、R12、R13、R14共同组成差分放大电路；其中输出电流信号监测电路由电流互感器T2、 运算放大器U4以及若干电阻、电容组成；输出电流信号经T2进行电气隔离，U4组成的差分放大电路放大后，连接至数字信号处理器DSP的ADC输入口 ；R15为输出电流信号取样电阻，C5起滤波作用 ’U4与R16、R17、R18、R19共同组成差分放大电路，其中U3、U4的型号为 TL084。所述的变压器输出监测电路，由电压互感器T3、运算放大器TO以及若干电阻、电容组成。变压器输出电压信号经T3进行电气隔离，TO组成的差分放大电路放大后，连接至数字信号处理器DSP的ADC输入口 ；R20、R21起限流作用，R22为输出电压信号取样电阻， C4起滤波作用；U5与R23、R24、R25、I^6共同组成差分放大电路，其中U5的型号为TL084。所述的逆变输出监测电路，由电流互感器T4、运算放本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种三相大功率变频电源，其特征在于，包括三相电网输入电路、整流电路、逆变单元、输出变压器、直流母线监测电路、逆变驱动电路、逆变输出监测电路、变压器输出监测电路、输出开关驱动电路、变频电源输出监测电路、数字信号处理器ＤＳＰ、键盘与显示电路、通讯电路、振动检测电路和保护电路；三相电网输入电路与整流电路连接，整流电路通过软启动开关、软启动限流电阻和直流母线电容与逆变单元连接，软启动开关、软启动限流电阻和直流母线电容同时通过直流母线监测电路与数字信号处理器ＤＳＰ连接；逆变单元与输出变压器连接，同时通过逆变驱动电路与数字信号处理器ＤＳＰ连接；输出变压器通过输出开关与电源输出端连接，输出变压器的输入端和输出端分别通过逆变输出监测电路和变压器输出监测电路与数字信号处理器ＤＳＰ连接，输出开关通过输出开关驱动电路与数字信号处理器ＤＳＰ连接；电源输出端通过变频电源输出监测电路与数字信号处理器ＤＳＰ连接；键盘与显示电路、通讯电路、振动检测电路和保护电路分别与数字信号处理器ＤＳＰ连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李振虎，孔德宝，赵金宝，
申请(专利权)人：山东沃森电源设备有限公司，
类型：发明
国别省市：88