一种带开关续流电容的交直交变频器制造技术

本实用新型专利技术公开一种带开关续流电容的交直交变频器，将普通变频器逆变桥并联的大电容换成小电容并与小电容串联一个有续流二极管的功率开关器件。该拓扑结构下并联的电容没有对整流输出的直流电有滤波作用。当负载中有电感并且向直流母线端有续流电流时，会造成直流母线电压的升高即造成泵升电压，当泵升电压达到设置的阈值电压时微控制器会发出触发脉冲触发功率开关管V7的导通使电容C1接入电路形成电感的续流回路。本实用新型专利技术的拓扑形式减小了变频器的体积降低了成本，并且通过选择基于正弦波脉宽调制(SPWM)的控制方式和直接转矩控制方式实现变频器的高性能。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及交直交变频器
，特别涉及一种带开关续流电容的交直交变频器。
技术介绍
目前普通带续流电容的交直交变频器主要功能先是将输入的三相交流电经过变频器的三相整流桥转换为直流电，然后整流出来的直流电经过变频器三相逆变桥转换为交流电。如图1为普通变频器的电路拓扑形式，在工频三相电通过三相整流桥后输出具有波动的直流电压经过大电容C的滤波后变成没有波动的稳定的直流电。此时没有波动的直流电输入三相逆变桥的输入端，通过微控制器控制触发图1中的功率开关器件。如图1，由六个二极管构成,三相不可控整流电路。整流电路上桥臂的三个二极管共阴极连接，下桥臂的三个二极管共阳极连接。在整流桥的输出端并联一个大电容C，经过电容C滤波的直流电输入三相逆变桥的输入端，三相逆变桥由六个并联续流二极管的功率开关器件构成。控制三相逆变桥的功率开关管的开关状态使逆变桥的交流侧输出PWM波形的交流电。从上述分析可知在普通变频器的三相逆变桥的输入端通常并联一个大电容，大电容对三相整流桥输出的直流电有很好的滤波作用，可以消除整流桥输出直流电的纹波稳定直流输入电压。在直流母线并联电容便于感性负载电感的续流，吸收负载端回馈的无功功率，因此直流侧电容也起到缓冲无功能量的作用。大电容往往要求有更高的耐压值所以对材料的生产工艺有更高的要求因此大电容的价格较高体积也很大。因此由于大电容的存在使普通变频器的体积较大成本更高。变频器中的其他器件相对于电解电容更不容易损坏，因此变频器的寿命主要由电解电容决定，大的电容更容易损坏从而影响了变频器的寿命。普通变频器为了保证其稳定性和高性能需在直流侧并联大电容，但与此同时增加了变频器体积和成本。
技术实现思路
为解决现有技术存在的问题，本技术提供了一种带开关续流电容的交直交变频器，该交直交变频器是在变频器的三相逆变桥的输入侧并联一个小电容，并与电容串联一个有反并联二极管的功率开关器件。这种拓扑结构不仅能实现普通变频器的高性能而且减小了变频器的体积降低了成本增加了变频器的寿命。为实现上述目的，本技术采用以下
技术实现思路
：一种带开关续流电容的交直交变频器，包括三相整流桥、电容C1、三相逆变桥和微控制器；所述三相整流桥的出线端与三相逆变桥的进线端通过直流母线连接，所述的电容C1并联在直流母线上，电容支路上设置有与电容C1串联的带有反并联二极管V7的功率开关器件D7；三相整流桥的进线端、三相逆变桥的出线端分别与电网和负载连接形成主回路；所述的微控制器与功率开关器件D7及三相逆变桥的功率开关器件均连接。三相逆变桥由六个并联续流二极管的功率开关器件构成六个桥臂，其中开关器件V1与开关器件V4构成上下桥臂，开关器件V3、开关器件V6构成上下桥臂，第五开关器件V5、第二开关器件V2构成上下桥臂。直流母线侧设置有电压传感器，电压传感器检测直流母线的电压信息并反馈到微控制器中。所述的电容C1的容值为100～1000uF。相对于现有技术，本技术具有以下技术效果：本技术将普通变频器的直流母线并联的大电容换成小的电容并与小电容串联一个有反并联二极管的功率开关器件。这种拓扑形式不仅减小了变频器的体积而且也可以实现变频器的高性能，减小了变频器的体积便于变频器的携带运输也降低了成本，与此同时小电容不容易损坏从而增加了变频器的寿命。综上所述，本技术带开关续流电容拓扑形式的交直交变频器不仅具有体积小成本较低寿命长的优点，而且在负载是异步电机时可以通过选择不同的控制策略实现出系统的高性能。该拓扑下的变频器三相整流桥输出的电压没有经过并联电容进行滤波稳压，即在整流输出时与电容串联的功率开关管没有开通使电容接入电路。该拓扑形式下的并联电容可以起到交流侧电感续流的作用，即当负载中有电感且向逆变桥的直流侧有续流时功率开关管会开通使电容接入电路形成续流回路。进一步，在直流母线侧安装一个电压传感器并设置一个阈值电压，电压传感器时刻检测直流母线的电压，并将检测电压大小的信息反馈到微控制器中。当负载中电感向直流侧续流时会产生泵升电压，当泵升电压达到阈值电压时微控制器发出信号触发与电容串联的功率开关管使电容接入电路。本技术的控制电路中工频电依次通过三相整流桥和三相逆变桥后给负载供电，供电过程电容没有对整流输出的直流电有滤波作用，并通过选择基于正弦波脉宽调制的控制方式和直接转矩控制方式实现变频器的高性能。当负载中有电感并且向直流母线端有续流电流时，会造成直流母线电压的升高即造成泵升电压，当泵升电压达到设置的阈值电压时微控制器会发出触发脉冲触发功率开关管的导通使电容接入电路形成电感的续流回路。正弦波脉宽调制是通过控制逆变桥功率开关器件的开关状态使逆变输出获得幅值相等、宽度按正弦规律变化的脉冲序列，这种方法就是正弦波脉宽调制。本专利技术拓扑形式下，整流电路输出的直流电没有经过电容的滤波稳压，所以输出的直流电是波动的。在本专利技术拓扑结构下使用正弦脉宽调制的方法控制逆变电路功率开关器件的开关状态输出幅值按正弦规律变化的交流电。当负载为三相交流电机时，本专利技术结构下利用正弦脉宽调制的方法控制逆变桥功率开关器件的状态输出的交流电与普通变频器用正弦脉宽调制的方法控制输出的交流电作用效果是相同的。根据变频器所接负载的要求利用微控制器控制逆变桥每个桥臂的开关器件的开通和关断，使变频器的输出满足要求。直接转矩控制是根据定子磁链幅值偏差的大小和电磁转矩偏差的大小，再依据当前定子磁链矢量所在的位置，直接选取合适的电压空间矢量，减小定子磁链幅值和电磁转矩的偏差，实现电磁转矩和定子磁链的控制。本专利技术结构下由于直流侧输出电压是波动的，所以得到的空间电压矢量幅值是波动的。但是各个基本电压矢量作用的时间可以计算出来使最终的作用效果与普通变频器的相同，都达到了减小定子磁链和电磁转矩与期望值差距的效果。实现变频器的高性能。【附图说明】图1为普通变频器的电路拓扑结构。图2为本技术一种带开关续流电容的交直交变频器主回路结构拓扑图。图3是附图2中工频三相电经过整流桥输出的电压波形。在不可控整流电路中直流侧输出的交流线电压中最大的一个所以得到了附图3的电压波形。图4是在具有波动的直流电udt作用下输出的PWM波形。图5是稳定直流电ud作用下输出的PWM波形。图6是相电压空间矢量图。图7是基本的电压空间矢量图。图8是两点式磁链滞环控制器的原理框图。当ΔΨ≥εΨ时，FΨ＝1；当ΔΨ≤-εΨ时，FΨ＝-1；当-εΨ<ΔΨ<εΨ时，FΨ＝0。图9是三点式转矩双滞环控制器的原理框图。当ΔTe≥εT时，FT＝1；当ΔTe≤-εT时，FT＝-1；当-εT<ΔTe<0,0<ΔTe<εT时，FT不变；当ΔTe＝0时，FT＝0。图10是普通变频器下逆变桥产生基本电压矢量电压幅值图形。图11是带续流电容的变频器中逆变桥产生基本电压矢量电压幅值波形。【具体实施方式】下面参照附图对本技术作进一步说明。如图2中，本技术一种带开关续流电容的交直交变频器，将大电容换为小的电容并与电容串联一个并联续流二极管的功率开关器件。工频三相电先通过三相桥式不可控整流电路转换为直流电输出。与整流桥的输出相连的是三相逆变桥，三相逆变桥由六个并联续流二极管的功率开关器件构成六本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带开关续流电容的交直交变频器，其特征在于：包括三相整流桥、电容C1、三相逆变桥和微控制器；所述三相整流桥的出线端与三相逆变桥的进线端通过直流母线连接，所述的电容C1并联在直流母线上，电容支路上设置有与电容C1串联的带有反并联二极管V7的功率开关器件D7；三相整流桥的进线端、三相逆变桥的出线端分别与电网和负载连接形成主回路；所述的微控制器与功率开关器件D7及三相逆变桥的功率开关器件均连接。

【技术特征摘要】
1.一种带开关续流电容的交直交变频器，其特征在于：包括三相整流桥、电容C1、三相逆变桥和微控制器；所述三相整流桥的出线端与三相逆变桥的进线端通过直流母线连接，所述的电容C1并联在直流母线上，电容支路上设置有与电容C1串联的带有反并联二极管V7的功率开关器件D7；三相整流桥的进线端、三相逆变桥的出线端分别与电网和负载连接形成主回路；所述的微控制器与功率开关器件D7及三相逆变桥的功率开关器件均连接。2.根据权利要求1所述的一种带开关续流电容的交直交变频器，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟彦京，荣为青，高泽宇，李鸣，周鹏，陈君，吴辉，李肖南，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61