双向功率流高效节能变频器制造技术

本发明专利技术涉及一种双向功率流高效节能变频器，采用双ＰＷＭ变频主电路拓扑结构，将三相ＰＷＭ整流与三相ＰＷＭ逆变结合在一起，实现四象限控制的变频器，使电网和电动机之间的能量双向传送，当电机发电时可以直接将电能回馈电网，并能自动调整制动转矩，不仅保护了环境，而且节约了电能；大幅度提高功率因数，既能有效抑制电磁干扰、谐波污染又减少开关损耗；整个系统采用双闭环矢量控制方案和自适应功能，具有良好的静动态特性和低频起动特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种变频器，尤其涉及一种可以实现电网和电动机之间的 能量双向传送、高功率因数和高效节能的变频器。
技术介绍
现有变频器大都采用结构为不可控整流——直流——逆变，控制方法 为空间电压矢量的通用变频器。但这种变频器存在一些弊端。首先，当电动机减速或者所传动的位能 负载下放时，电动机处于发电状态，变频器逆变器的六个回馈二极管将这 种电能回馈到直流侧，因为不可控整流器的单向流动性使电能无法返回电 网，从而导致变频器直流母线电压升高而无法正常工作。所以要使变频器 直流母线电压保持在正常工作范围内，必须对这些能量进行处理。由图1可见三相交流电经不可控整流器来提供直流电压，不可控整 流器采用的是普通二极管，由于二极管的单向性，所以当电动机处于发电 状态，电能经PWM逆变器使直流母线电压升高一定值时，通过控制绝缘栅双极型晶体管Q1导通使制动电阻R来消耗直流母线上的电能，从而使直流 电压降到允许值。这种方式不但浪费能源，而且污染环境。另外，由于整 流器的输入电流就是给电解电容E1的充电电流，所以电流波形不是正弦波，高次谐波含量相当大，这种变频器的功率因数较低，造成许多不良影响，例如占用电网容量；污染电网，引起电网电压波形畸变，使线路上的其 它设备无法正常工作等等。再次，驱动PWM逆变器的空间电压矢量控制方 式是建立在异步电动机稳态数学模型基础上的，动态性能不高。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是提供了一种双向功率流高效节能变频 器，旨在解决上述的缺陷。为了解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的本专利技术包括PWM逆变器、电解电容、接触器、异步电动机、键盘 控制显示单元；还包括三相交流电的A相、B相、C相通过第一电感、 第二电感、第三电感分别与PWM整流器的R、 S、 T端相连，PWM整流器 的Pl端与接触器的三个输入触点相连，接触器的三个输出触点与PWM逆 变器的P端相连，电阻与接触器并联，PWM整流器的N端与PWM逆变器 的N端相连，电解电容正极与PWM逆变器的P端相连，电解电容负极和 PWM逆变器的N端相连，PWM逆变器的U、 V、 W端分别与异步电动机 的三相相连；电网电压采样信号、输入电流采样信号、直流电压采样信号 与SPWM信号发生及缺相保护单元相连，SPWM信号发生及缺相保护单元的六 个驱动输出信号与PWM整流器相连，SP丽信号发生及缺相保护单元与磁 链闭环矢量控制代码参数处理单元相连，输出电压采样信号、输出电流采 样信号、直流电压采样信号与磁链闭环矢量控制代码参数处理单元相连， 磁链闭环矢量控制代码参数处理单元的驱动信号与PWM逆变器相连，磁链 闭环矢量控制代码参数处理单元与键盘控制显示单元相连。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是采用双PWM变频主电路拓扑 结构，将三相PWM整流与三相PWM逆变结合在一起，实现四象限控制的 变频器，使电网和电动机之间的能量双向传送，当电机发电时可以直接将 电能回馈电网，并能自动调整制动转矩，不仅保护了环境，而且节约了电 能；大幅度提高功率因数，既能有效抑制电磁干扰、谐波污染又减少开关 损耗；整个系统采用双闭环矢量控制方案和自适应功能，具有良好的静动 态特性和低频起动特性。附图说明图1是现有技术变频器模块图； 图2是本专利技术模块图3是图2中磁链闭环矢量控制代码参数处理单元模块图4是图2中SPW4信号发生及缺相保护单元模块图； 具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述由图2可见，本专利技术包括PWM逆变器2、电解电容El、接触器KM1 、 异步电动机3、键盘控制显示单元6;还包括三相交流电的A相、B相、 C相通过第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3分别与PWM整流器1 的R、 S、 T端相连，PWM整流器1的Pl端与接触器KM1的三个输入触 点相连，接触器KM1的三个输出触点与PWM逆变器2的P端相连，电阻 Rl与接触器KM1并联，PWM整流器1的N端与PWM逆变器2的N端 相连，电解电容E1正极与PWM逆变器2的P端相连，电解电容E1负极 和PWM逆变器2的N端相连，PWM逆变器2的U、 V、 W端与异步电动 机3的三相相连；电网电压采样信号、输入电流采样信号、直流电压采样 信号与SPWM信号发生及缺相保护单元4相连，SPWM信号发生及缺相保护单 元4的六个驱动输出信号与PWM整流器1相连，SP丽信号发生及缺相保 护单元4与磁链闭环矢量控制代码参数处理单元5相连，输出电压采样信 号、输出电流采样信号、直流电压采样信号与磁链闭环矢量控制代码参数 处理单元5相连，磁链闭环矢量控制代码参数处理单元5的驱动信号与PWM 逆变器2相连，磁链闭环矢量控制代码参数处理单元5与键盘控制显示单 元6相连。所述的PWM整流器1和PWM逆变器2相同均是由6只IGBT (绝 缘栅双极型晶体管)组成；1. 采用双PWM方式，即整流部分也通过PWM波控制，在电动机发电时， 直接通过SPWM整流器将能量回馈至电网，回馈电流为正弦波，且自动跟踪 电网电压相位，从而真正实现四象限控制的变频器。2. 采用矢量控制方式。通过坐标变换将异步电动机等效成直流电动机， 把定子电流的磁场分量和转矩分量解耦开来，分别加以控制，可以实现转 矩的快速调节，从而获得理想的动态性能。由图3可见，所述的磁链闭环矢量控制代码参数处理单元包括转子转速给定信号" 与转速反馈信号"r相比较后，经过转速调节器7得到转 矩给定信号T ^与转子磁链^2相除后产生转矩电流给定信号I*tl, I*tl 与转矩电流反馈信号Iti相比较后，经过转矩电流调节器10得到I*t;转 速反馈信号co r通过弱磁控制器20后作为转子磁链给定信号W*2， W*2与转 子磁链W2相比较后，经过磁链调节器8得到励磁电流给定信号I:i， I*ml与励磁电流反馈信号Iml相比较后，经过励磁电流调节器9得到I;;所述的I*t、 I*m、 "r通过电流电压变换11后得到励磁电压给定信号U*mi和转矩电压给定信号U i;所述的lTna、 U*tl、 sin^、 cosSi通过反旋转变换12后得到l/"cu、 U、i， U*ai、 U、i通过2/3变换13后得到三相电压给定信号U 1、 U*vl、 U*wi;所述的lAa、 U*vl、 U i通过门极控制14产生 PWM逆变器2的驱动信号；输出电压采样信号Uuvw经3/2变换16得到U al、 Um;输出电流采样信号Iuvw经3/2变换17得到Iai、 所述的Ual、 U{3 1、 Ial、 lM经磁链观测15得到^2、 sin^、 COS^1;所述的I a 1、 Ipi、 sin ~、 COS Pl经旋转变换18后得到Iml。 Itl;所述的Uuvw、 IUVW经过速度估测19后得到"r。由图4可见，SPWM信号发生及缺相保护单元包括A相电压信号经第 一整流器21与第一电阻R21相连，第一电阻R21再经第二电阻R22与第一 运放22的正极相连，第一运放22的正极和输出间用第三电阻R23连接， 第一运放22的正极和地间用第一电容C21连接，第一运放22的输出与极 性鉴别器25相连，A相电压信号还与极性鉴别器25相连，A相电流信号 经第二整流器31与第一运放22的负极相连，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双向功率流高效节能变频器，包括：ＰＷＭ逆变器（２）、电解电容（Ｅ１）、接触器（ＫＭ１）、异步电动机（３）、键盘控制显示单元（６）；其特征在于：还包括：三相交流电的Ａ相、Ｂ相、Ｃ相通过第一电感（Ｌ１）、第二电感（Ｌ２）、第三电感（Ｌ３）分别与ＰＷＭ整流器（１）的Ｒ、Ｓ、Ｔ端相连，ＰＷＭ整流器（１）的Ｐ１端与接触器（ＫＭ１）的三个输入触点相连，接触器（ＫＭ１）的三个输出触点与ＰＷＭ逆变器（２）的Ｐ端相连，电阻（Ｒ１）与接触器（ＫＭ１）并联，ＰＷＭ整流器（１）的Ｎ端与ＰＷＭ逆变器（２）的Ｎ端相连，电解电容（Ｅ１）正极与ＰＷＭ逆变器（２）的Ｐ端相连，电解电容（Ｅ１）负极和ＰＷＭ逆变器（２）的Ｎ端相连，ＰＷＭ逆变器（２）的Ｕ、Ｖ、Ｗ端与异步电动机（３）的三相相连；电网电压采样信号、输入电流采样信号、直流电压采样信号与ＳＰＷＭ信号发生及缺相保护单元（４）相连，ＳＰＷＭ信号发生及缺相保护单元（４）的六个驱动输出信号与ＰＷＭ整流器（１）相连，ＳＰＷＭ信号发生及缺相保护单元（４）与磁链闭环矢量控制代码参数处理单元（５）相连，输出电压采样信号、输出电流采样信号、直流电压采样信号与磁链闭环矢量控制代码参数处理单元（５）相连，磁链闭环矢量控制代码参数处理单元（５）的驱动信号与ＰＷＭ逆变器（２）相连，磁链闭环矢量控制代码参数处理单元（５）与键盘控制显示单元（６）相连。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钱匡，胡新宇，任海松，童建立，
申请(专利权)人：上海神源电气有限公司，
类型：发明
国别省市：31[]