低输入电压大功率三相400Hz逆变器制造技术

一种涉及低输入电压大功率三相４００Ｈｚ逆变器，包括功率电路和控制电路。其中功率电路由四组相互并联的阶梯波逆变器Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４构成，四组逆变器输出串联，并联接成星形，每组逆变器由四个相互并联的三相全桥和四个三相变压器构成，控制电路包括时间基准和三角波发生电路，可变移相器，前后两个锁环电路，循环移位计数器，电压调节器，软启动电路。三相全桥电路的功率开关采用并联的场效应功率晶体管。本逆变器具有低电压输入大功率的特点，波形质量好，可靠性高，效率高。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种低输入电压大功率三相400Hz逆变器
技术介绍
低压蓄电池作为能源的逆变器在对可靠性要求较严格的场合得到广泛应用，如邮电通讯用48v输入50Hz逆变器，满足各种飞机供电需要的高机动性28v输入400Hz逆变器等，采用太阳能或燃料电池等新型能源的逆变器目前输入电压也较低。逆变器(静止变流器)的基本要求是可靠性高、成本低、维护方便、电气性能好，体积小、重量轻、。重要的电气性能指标有输出频率稳定、输出电压精度高、动态响应速度快、输出正弦电压失真度低、效率高。军用环境对静止变流器提出了进一步要求，如高度、温度、湿度、振动冲击、抗电磁干扰等等。国内低电压输入逆变器产品一般采用正激式变换器和电流控制单相逆变器构成，由于受单端式变换器功率容量的限制，该技术均难以适用于更大功率，南京航空航天大学曾为某型坦克研制过1.75kVA，28V单相静止变流器，这是目前国内采用上述技术研制的最大功率的28V输入单相静止变流器。与航空静止变流器类似的民用产品为邮电通讯用逆变电源，其输入为48V，输出为220V/50Hz单相，目前产品的功率也在10千伏安以下。由此可见，国内外尚没有满足低电压输入的大容量静止变流器产品。静止变流器常用方案可分为低频电气隔离和高频电气隔离两类。具体方案有(1)从低压直接逆变，再升压逆变器可以是桥式或推挽式。逆变器的开关频率为400Hz，采用脉宽调制技术，将28V直流电转变为小于180°宽方波或SPWM波，调节输出电压，滤波后再经输出变压器将电压升高到所需值。(2)直流升压变换器和阶梯波合成逆变器组合阶梯波合成逆变器输出电压中低次谐波含量小，可减小交流滤波器的重量体积，但本身没有输出电压调节功能，输出电压调节通过前级的直流变换器实现。(3)直流变换器和正弦脉宽调制逆变器的组合。直流变换器一般采用高频工作的有隔离的单端正激或单端反激变换器，正弦脉宽调制逆变器输出波形失真度小，由于无需较大的滤波器和低频输出变压器，体积重量小，这种方案可以采用电压电流双闭环调节系统，以加快系统的响应速度。以上几种技术方案，功率器件的电流应力大，变换效率低，应用于低压大功率系统均存在较大困难。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种具有波形质量好、可靠性高、效率高，能实现低压输入的大功率逆变器。为实现上述目的，本技术采用移相调压阶梯波合成逆变器方案，由二组电路结构和控制一样的阶梯波合成逆变器构成，通过调节二组逆变器的相位角稳定输出电压。本逆变器包括功率电路和控制电路，其中功率电路由内部结构完全相同的相互并联的逆变器构成。每组逆变器由四个相互并联的三相全桥以及四个三相变压器(也称合成变压器)构成，每相变压器的原边绕组均串联三相全桥电路中的二个功率开关管，每个三相变压器的副边绕组相互串联，每相串联绕组分成四对，第一对每相均为一个绕组，其中C相是一个反相绕组，第二、第三、第四对A相串联绕组均为一个正向绕组串联一个反向绕组，第二、第三、第四对B相串联绕组均为两个正向绕组串联，第二、第三、第四对C相串联绕组均为两个反向绕组串联。控制电路包括时间基准和三角波发生电路连于可变移相器，可变移相器的输出分别经前后两个锁相环电路各自连于循环移位计数器，两个循环移位计数器各自连于两组阶梯波合成逆变器，整流滤波电路连于电压调节器，电压调节器的输出及软启动电路分别连于可变移相器。本技术的逆变器，采用多个阶梯波逆变器构成，将每个阶梯波逆变器再分为两组。两组阶梯波逆变器的电路结构和控制信号相位完全相同，每个逆变桥功率均分。由于功率均分，每个变压器的容量减小为原来的一半，三相桥的电流定额也降低一半。这样，不但前后两组逆变器功率均分，而且同组串联的逆变器之间也功率均分。因此本逆变器可以很好的解决(1)各个阶梯波通道之间功率自然均分，单台逆变器功率容量小，每个桥臂的电流定额小，易于实现；(2)输出电压波形好，所需的滤波器体积重量小；(3)可以达到较高的效率；(4)由于电路中的三相全桥逆变器电路完全相同，可模块化生产，便于生产和维护，这一点对于产品来说很重要。附图说明图1四组阶梯逆变器连接框图。图2单组阶梯逆变器连接示意图。图3控制电路框图。图4方波三角波转换电路。图5电压调节电路(PI调节器)。图6可变移相器。图7单稳触发器。图8锁相环电路。图9循环移位计数器。上述图中主要符号名称S1～S2-阶梯波逆变器，W1～W12-变压器绕组，PLL-锁相环电路 具体实施方式根据上述附图叙述本逆变器的具体实施方式。本逆变器的功率电路由四组24阶梯波逆变器S1，S2，S3，S4构成，如图1，四组逆变器输出串联，并外接成星型。每组逆变器内部结构完全相同，只是控制信号相位有所不同。两组阶梯波逆变器S1，S2的控制信号相位相同，另外两组阶梯波逆变器S3，S4的控制信号相位相同，前两组阶梯波逆变器S1，S2超前后两组阶梯波逆变器S3，S4。每组逆变器由四个三相全桥以及四个三相变压器构成，如图2，每个三相全桥电路的变压器原边的a，b，c三相绕组均各自串联三相全桥电路中的二个功率开关，每个三相变压器副边的a，b，c三相绕组相互串联，每相串联绕组均分成四对。第一对每相均为一个绕组，即a相绕组W1，b相绕组W9，c相绕组 (反相绕组，以下相同)，a相的第二对，第三对，第四对绕组均为一个正相绕组串联一个反相绕组，即W2与 串联，W3与 串联，W4与 串联，b相的第二对，第三对，第四对绕组均为两个正相绕组串联，即W6与W10串联，W7与W11串联，W8与W12串联，c相的第二对，第三对，第四对绕组均为两个反相绕组串联，即 与 串联， 与 串联， 与 串联。按一定控制规律开关各功率管，使得每个三相桥的a相电压相差15°，这样，在各变压器副边可得到相位相差15°的一系列准矩形波，按“谐波抵消″原理串联副边绕组，可以得到近似正弦波的阶梯波。功率管采用场效应晶体管，通过场效应晶体管的并联可以使桥臂的通态电阻降低，场效应晶体管的并联可以增加桥臂的电流容量，实现大功率输出。图3所示是控制电路框图控制电路的具体工作方式如下，三相输出电压反馈与给定基准比较，误差信号经PI调节器形成相位差给定信号，这个信号与三角波交截比较，得到相位给定信号，该信号是一个脉宽变化的400Hz准矩形波，两个锁相环(PLL，phase lockloop)分别跟踪矩形波的上升沿和下降沿，同时分别输出9.6kHz的脉冲信号作为下一级24位循环移位计数器的cp信号。矩形波的前沿对应超前组逆变器的相位，而矩形波的后沿对应滞后组的相位，因此矩形波的宽窄决定了两组阶梯波逆变器的输出相位的大小。当矩形波脉宽为180°时，两组逆变器输出相位差为180°，此时两逆变器输出电压相反，串联后电压为零；当矩形波脉宽减小时，两逆变器相位差减小，串联输出电压逐渐升高。图2-13是该系统的控制功能框图。另外，还需要故障保护和启动电路，当发生故障时，对不同的故障做出相应处理。时基电路由石英晶振、计数分频器组成。采用石英晶振可以产生一个固定频率的时钟信号，经计数器分频后得到稳定度极高的400Hz对称方波。相位差给定信号Up要与三角波进行比较，得到相位给定信号θ。因此要求三角波的幅值、频率稳定，并且为了以后可以实现前后组电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低输入电压大功率三相４００Ｈｚ逆变器包括功率电路和控制电路，其特征在于所述功率电路由内部结构完全相同的四组相互并联的阶梯波逆变器构成，四组逆变器输出串联，并外接成星型，每组逆变器由四个相互并联的三相全桥和四个三相变压器构成，每相变压器的原边绕组与三相全桥电路中的二个功率开关管串联成回路，每个三相变压器的副边绕组相互串联；所述控制电路包括时间基准和三角波发生电路连于可变移相器，可变移相器的输出分别经前后两个锁相环电路各自连于分别与两组阶梯波逆变器相连的循环移位计数器以及与整流滤波电路相连的电压调节器的输出及软启动电路分别连于可变移相器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢少军，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]