无滤波电容的三相变频器及其控制方法技术

本发明专利技术提供一种无滤波电容的三相变频器，变频器在低速段采用V/F恒定的恒磁通变频控制，中速段恒压变频控制，高速段定频（工频）调压控制。本发明专利技术提出基于纹波消除和波形同步的变频（低速段）、调压（高速段）结合的技术，在无滤波电容的情况下，三相感应电机可实现工频满功率运行。非常适合用于风机、水泵类负载的变频调速控制。该无滤波电容变频器由于体积变小适合与风机、水泵组合安装成一体化的变频风机，变频水泵产品。

Three phase inverter with no filter capacitor and its control method

The invention provides a three-phase frequency converter without filter capacitor. The inverter adopts V/F constant constant flux frequency conversion control in the low speed section, constant voltage and variable frequency control in middle speed section, and voltage regulation in high speed section by fixed frequency (power frequency). The invention proposes a technology of combining frequency conversion (low speed section) and voltage regulation (high-speed section) based on ripple elimination and waveform synchronization. Under the condition of no filter capacitor, three-phase induction motor can achieve full power operation at full frequency. It is very suitable for variable frequency speed control for wind and pump loads. The non filter capacitor frequency converter is suitable for assembling the fan and water pump into an integrated variable frequency fan and frequency conversion pump because of the smaller volume.

【技术实现步骤摘要】
无滤波电容的三相变频器及其控制方法
本专利技术涉及三相变频器领域，特别涉及一种不需要滤波电容的三相变频器。
技术介绍
通常的三相变频器都包含交流变直流（整流），直流变交流（逆变）二大主要部分。整流后的直流含有大量的交流成分（纹波），需要用高压大容量的电容来滤波并提高直流电压值。如中国专利技术专利（201510548178.4）公开了一种绿色变频器，包括连接电网侧的整流桥、连接负载侧的逆变桥，整流桥和逆变桥之间设有滤波电容器C，连接电网侧采用PWM整流桥抑制在低电流状态下电流畸变率的上升，采用以下计算方法：f＝fn*In/It其中，f为PWM开关频率；fn为设定额定开关频率，In为变频器设定额定电流，It为变频器实际运行电流。该专利的变频器中就带有滤波电容，但电容滤波会导致负载电流脉动，降低了电路功率因数。同时滤波电解电容体积大，本身成本高还需增加充电保护电路，电解电容本身的可靠性和寿命也是导致变频器产品质量问题的瓶颈。因此有必要设计一种无需滤波器电容的三相变频器来解决这一技术问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种不需要滤波器电容的三相变频器。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种无滤波电容的三相变频器，其包括：三相整流桥电路，所述三相整流桥电路用于将50Hz交流电压变换为直流电压；电源同步信号采集电路，所述电源同步信号采集电路通过采集50HZ交流电的过零点来获取电源电压的相位；母线波纹采集电路，所述母线波纹采集电路用于采集三相整流桥电路输出直流电的波纹电压；单片机，所述单片机内设有三相PWM发生器，所述单片机与所述电源同步信号采集电路、母线波纹采集电路连接，三相PWM发生器的单片机从外部接口电路接受频率输出命令或传感器反馈值，计算出需要逆变产生的频率和电压；低速变频控制模块，当变频器需要输出的电压低于直流电压的峰谷时，所述低速变频控制模块采用V/F恒定的恒磁通变频控制法控制变频器工作；中速变频控制模块，当变频器需要输出的电压高于直流电压的峰谷时，所述中速变频控制模块采用恒定输出电压在直流电压的峰谷，频率变化的控制方法控制变频器工作；高速变频控制模块，当变频器需要输出的频率达到工频后，所述高速变频控制模块根据电源同步信号采集电路捕捉到的电压过零时刻，使变频器输出的电压波形与交流电源同步。低速变频控制和中速变频控制模块中，单片机采用纹波消除算法，根据母线纹波电压实时调整生成电压的幅值，以排除纹波扰动的影响，使得输出的三相电压波形为正弦波。优选的，所述三相PWM发生器采用电压空间矢量法根据所需交流电压的频率、电压、相位计算3对互补的PWM控制信号控制IGBT全桥驱动模块，驱动三相IGBT桥将直流母线电压逆变为三相交流电压。本专利技术还公开了一种无滤波电容的三相变频器的控制方法，其包括如下步骤：1）当变频器需要输出的电压低于直流电压的峰谷时，采用V/F恒定的恒磁通变频控制法控制变频器工作；2）当变频器需要输出的电压高于直流电压的峰谷时，采用恒定输出电压在直流电压的峰谷，频率变化的控制方法控制变频器工作；3）当变频器需要输出的频率达到工频后，根据电源同步信号采集电路捕捉到的电压过零时刻，使变频器输出的电压波形与交流电源同步。优选的，在步骤3）中，首先电压经电源同步信号采集电路进行过零检测，过零点正好对应直流母线电压最低点，在变频器输出频率为50HZ时，单片机在每个过零点产生中断，在中断服务程序中调整生成波形的相位，使得输出电压波形与交流电源同步。优选的，在步骤1）、2）中，低速变频控制和中速变频控制模块中，单片机采用纹波消除算法，根据母线纹波电压实时调整生成电压的幅值，以排除纹波扰动的影响，使得输出的三相电压波形为正弦波。优选的，在步骤1）和2）中，母线波纹采集电路用于采集三相整流桥电路输出的直流母线上的波纹电压，单片机在生成输出波形时，采用本专利提出的算法，根据母线电压实时调整生成电压幅值，以排除纹波扰动的影响，使得输出的三相电压波形为正弦波。根据权利要求3所述的无滤波电容的三相变频器的控制方法，其特征在于：变频器采用电压空间矢量法根据所需交流电压的频率、电压、相位计算3对互补的PWM控制信号控制IGBT全桥驱动模块，驱动三相IGBT桥将直流母线电压逆变为三相交流电压。优选的，电源同步信号采集电路目的是获取电源电压的相位，使得单片机可以在实时中断中不断调整输出电压波形相位来与交流电源同步，同步信号在三相电源线的不同线电压，相电压上采集电压过零点，或采用隔离变压器来采集电源线电压，相电压电压过零点。如上所述，本专利技术的无滤波电容的三相变频器及其控制方法具有以下有益效果：本专利技术在低速段采用V/F恒定的恒磁通变频控制，中速段恒压变频控制，高速段定频（工频）调压控制。在电机高速段，频率固定在电源同频率（50Hz），波形生成算法上控制输出的三相电压波形与电源电压波形同步，控制输出电压的幅值来控制电机转速。这样输出电压的峰值与直流电源纹波同步，充分利用电源电压，使电机可以在工频下达到最高转速。变频器的波形生成在常规的空间电压矢量脉宽调制算法基础上叠加了消除纹波算法以消除直流电压纹波影响，输出电压为正弦波。本专利技术提出基于波形同步的变频（低速段）、调压（高速段）结合的技术，在无滤波电容的情况下，三相感应电机可实现工频满功率运行。非常适合用于风机、水泵类负载的变频调速控制。该无滤波电容变频器由于体积变小适合与风机、水泵组合安装成一体化的变频风机，变频水泵产品。附图说明图1为本专利技术实施例的电路结构图。图2为本专利技术实施例的变频波形示意图。具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效。请参阅图1、2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本专利技术可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更
技术实现思路
下，当亦视为本专利技术可实施的范畴。如图1所示，本专利技术提供一种无滤波电容的三相变频器，其包括：三相整流桥电路，所述三相整流桥电路用于将50Hz交流电压变换为直流电压；电源同步信号采集电路，所述电源同步信号采集电路用于采集50HZ交流电的过零点；母线波纹采集电路，所述母线波纹采集电路用于采集三相整流桥电路输出直流电的波纹电压；单片机，所述单片机内设有三相PWM发生器，所述单片机与所述电源同步信号采集电路、母线波纹采集电路连接，三相PWM发生器的单片机从外部接口电路接受频率输出命令或传感器反馈值，计算出需要逆变产生的频率和电压；低速变频控制模块，当变频器需要输出的电压低于直流电压的峰谷时，所述低速变频控制模块采用V/F恒定的恒磁通变频控制法控制变频器工作；中速变频控制模块，当变频器需要输出的电压高于直流电压的峰谷时，所述中速变频控制模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无滤波电容的三相变频器，其特征在于，其包括：三相整流桥电路，所述三相整流桥电路用于将50Hz交流电压变换为直流电压；电源同步信号采集电路，所述电源同步信号采集电路用于采集50HZ交流电的过零点；母线波纹采集电路，所述母线波纹采集电路用于采集三相整流桥电路输出直流电的波纹电压；单片机，所述单片机内设有三相PWM发生器，所述单片机与所述电源同步信号采集电路、母线波纹采集电路连接，三相PWM发生器的单片机从外部接口电路接受频率输出命令或传感器反馈值，计算出需要逆变产生的频率和电压；低速变频控制模块，当变频器需要输出的电压低于直流电压的峰谷时，所述低速变频控制模块采用V/F恒定的恒磁通变频控制法控制变频器工作；中速变频控制模块，当变频器需要输出的电压高于直流电压的峰谷时，所述中速变频控制模块采用恒定输出电压在直流电压的峰谷，频率变化的控制方法控制变频器工作；高速变频控制模块，当变频器需要输出的频率达到工频后，所述高速变频控制模块根据电源同步信号采集电路捕捉到的电压过零时刻，使变频器输出的电压波形与交流电源同步。

【技术特征摘要】
1.一种无滤波电容的三相变频器，其特征在于，其包括：三相整流桥电路，所述三相整流桥电路用于将50Hz交流电压变换为直流电压；电源同步信号采集电路，所述电源同步信号采集电路用于采集50HZ交流电的过零点；母线波纹采集电路，所述母线波纹采集电路用于采集三相整流桥电路输出直流电的波纹电压；单片机，所述单片机内设有三相PWM发生器，所述单片机与所述电源同步信号采集电路、母线波纹采集电路连接，三相PWM发生器的单片机从外部接口电路接受频率输出命令或传感器反馈值，计算出需要逆变产生的频率和电压；低速变频控制模块，当变频器需要输出的电压低于直流电压的峰谷时，所述低速变频控制模块采用V/F恒定的恒磁通变频控制法控制变频器工作；中速变频控制模块，当变频器需要输出的电压高于直流电压的峰谷时，所述中速变频控制模块采用恒定输出电压在直流电压的峰谷，频率变化的控制方法控制变频器工作；高速变频控制模块，当变频器需要输出的频率达到工频后，所述高速变频控制模块根据电源同步信号采集电路捕捉到的电压过零时刻，使变频器输出的电压波形与交流电源同步。2.根据权利要求1所述的无滤波电容的三相变频器，其特征在于：所述三相PWM发生器采用电压空间矢量法根据所需交流电压的频率、电压、相位计算3对互补的PWM控制信号控制IGBT全桥驱动模块，驱动三相IGBT桥将直流母线电压逆变为三相交流电压。3.一种无滤波电容的三相变频器的控制方法，其特征在于，其包括如下步骤：1）当变频器需要输出的电压低于直流电压的峰谷时，采用V/F恒定的恒磁通变频控制法控制变频器工作；2）当变频器需要输出的电压高于直流电压的峰谷时，采用恒定输出电压在直流电压的峰谷，频率变化的控制方法控制变频器工作；3）当变频器需要输出的频率达到工频后，根据电源同步信号采集电路捕捉...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹亮平，
申请(专利权)人：南京优科思软件有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32