專利名稱：恒磁通步進旋轉(zhuǎn)式脈寬調(diào)制變頻電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
恒磁通步進旋轉(zhuǎn)式脈寬調(diào)制變頻電源。
本實用新型涉及一種恒磁通步進旋轉(zhuǎn)式脈寬調(diào)制變頻電源，它屬于一種控制裝置，適用于交流異步電動機的變頻調(diào)速。
在現(xiàn)有技術(shù)中，給三相交流電動機變頻調(diào)速采用交流—直流—交流變頻電源，它們在不同程度上存在著輸出電壓增益與諧波增量的矛盾，即增益高的諧波分量高，要求諧波含量小則增益較??；進行雙極性的調(diào)制時裝置的功率三極管的損耗較大。在公開號為GK87100105中公開的中國發(fā)明專利中，使用至少一個頻率指令計算—個總相位的處理器，報據(jù)計算得出的總相位決定一個開關(guān)元件的導(dǎo)通截止?fàn)顟B(tài)，輸出控制裝置有一個定時器，開關(guān)元件的門信號根據(jù)該預(yù)定事件產(chǎn)生；起動時間是根據(jù)加到電力轉(zhuǎn)換器或從電力轉(zhuǎn)換器中取出來的交流電源的至少兩個三相電壓或電流的量值劃分預(yù)定時間間隔。同樣存在不能使電動機形成恒磁通和降低諧波畸變率，及減少功率三極管的總損耗。
本實用新型的目的在于設(shè)計一種使輸出電壓增益100％時減少諧波畸變率，同時降低功率三極管的總損耗，控制交流電動機時形成恒轉(zhuǎn)矩的恒磁通步進旋轉(zhuǎn)式脈寬調(diào)制變頻電源。
本實用新型為一種恒磁通步進旋轉(zhuǎn)式脈寬調(diào)制變頻電源，它由整流濾波1、逆變器組成，其特點是采用一個一相單極性調(diào)制，兩相雙極性調(diào)制，每6個60°區(qū)間形成一個周期，每相接不送，送60°～0°的正弦波形、送60°～120°的反波形、不送、送60°～0°的反波形、送60°～120°的波形重復(fù)進行的驅(qū)動器。驅(qū)動器由控制電路2、反向器I1～I3、延時電路D1～D6、與門A1～A6、隔離驅(qū)動電路3組成。采用霍耳元件I+、I-對任意相的短路和接地進行保護。
本實用新型有如下附圖圖1為恒磁通步進旋轉(zhuǎn)式脈寬調(diào)制變頻電源的主電路圖。
圖2為每周期斬波點數(shù)為12點的驅(qū)動波形和輸出波形。
下面參照
本實用新型的實施方案。按圖1所示的恒磁通步進旋轉(zhuǎn)式脈寬調(diào)制變頻電源，三相380V交流輸入電壓經(jīng)由三相全橋整流濾波1后得到直流電壓向逆變器六只功率三極管Q1～Q6供電，Q1～Q6的開通順序則由驅(qū)動器驅(qū)動。驅(qū)動器由用8098準16位單片機構(gòu)成的控制電路2、反向器I1～I3、單穩(wěn)D1～D6延時電路、與門A1～A6、光耦PC817隔離驅(qū)動電路3組成?？刂齐娐?輸出A+、B+、C+三個控制信號，經(jīng)反向器I1～I3獲得A-、B-、C-三個控制信號，這六個信號經(jīng)D1～D6六個開通時延時關(guān)斷時瞬時延時的電路后，通過與門A1～A6，經(jīng)隔離驅(qū)動電路3驅(qū)動Q1～Q6六只功率三極管，與門A1～A6的輸出由控制電路8098輸出的L信號控制，只當(dāng)L為高電平時才允許輸出，根據(jù)控制電路輸出的A+、B+、C+控制信號使由Q1～Q6組成的逆變器輸出的三相交流變頻電源有100％的電壓增益，并直接驅(qū)動工頻(50赫)和中頻三相異步交流電動機變速運行。
由于采用準16位單片機8098直接產(chǎn)生控制Q1～Q6所需的通斷信號，斬波脈沖的寬度數(shù)據(jù)根據(jù)等面積原理計算獲得在60°的兩相數(shù)據(jù)存在只讀存儲器中，因而數(shù)據(jù)量很小，如每周期(360°)斬波96點，只需存24個數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)重復(fù)使用產(chǎn)生波形，只是在六個60°的區(qū)間內(nèi)輸出切換到不同的控制輸出端。頻率降低時，脈寬數(shù)據(jù)不變而獲得與頻率下降成比例下降的輸出電壓，達到了變頻變壓保證電動機磁路不飽和及恒轉(zhuǎn)矩輸出的目的。在需要低頻時提升轉(zhuǎn)矩或要求降低轉(zhuǎn)矩(拋物線)特性時，只需將儲有數(shù)據(jù)乘以相應(yīng)的與頻率有關(guān)的系數(shù)修改使用即可。
圖2所示為每周期折波點數(shù)為12點的波形。A+、B+、C+、A-、B-、C-分別為驅(qū)動波形，UAB、UBC、UCA為逆變器輸出到電動機的電壓波形。此時只需要三個脈寬數(shù)據(jù)I1、I21、I22。在圖2中開始的60°內(nèi)，控制電路只對B+、C+口輸出a、c兩種波形，在剛進入時第一個斬波期只需送出五個命令。圖中箭頭所示向上為開通命令，向下為關(guān)斷命令。在其斬波期間只需送出四個命令，故可大大提高逆變器輸出的頻率。b、d波形是與a、f互補的，即a、c波形開通時，b、d波形為關(guān)斷，a、c波形關(guān)斷時，b、d波形為開通。在開始的60°期間，a波形送B+口，C波形送C+口，在隨后的60°期間改為送B+口，而將b波形送C+口，d波形則送A+口，依次類推，即每60°周期中計算只產(chǎn)生a、c或b、d兩種波形送到相應(yīng)口，由圖2所示，可見對于A+口送出順序為不送、送d(60°～0°的波形)的波形、送a(60°～120°的反波形)波形、不送、送C(60°～0°的反波形)波形、送b(60°～120°的波形)波形，其余口按此序依次滯后一個120°區(qū)間，這樣6個60°區(qū)間形成一個周期，以后重復(fù)進行。這樣與常規(guī)的按正弦波形驅(qū)動的方式不同，但輸電壓波形UAB、UBC、UCA卻為正弦，其增益為100％的標準脈寬調(diào)制正弦波，且使諧波畸變率小于5％，頻率降低時諧波減小，同時只有三分之二周期為雙極性波形，三分之一周期中采用單極性調(diào)制，使功率三極管總損耗減少了三分之一，提高功率三極管的利用率而降低了成本。按圖2所示的波形輸出保持了電動機磁通為恒定的，同時在每個斬波點的兩端磁通方向保持不變，在每個斬波點中磁通方向改變兩次，因而從微觀上看磁通是步進旋轉(zhuǎn)的。
本電源使用霍耳元件I+、I-接于整流濾波與控制電路和逆變器之間(如圖1所示)，檢測電流送給控制電路以保護電動機的接地和短路，因動作快，從故障開始到控制電路輸出L的低電平信號關(guān)斷所有的驅(qū)動器只有7微秒左右，可以保護Q1～Q6大功率晶體三極管不至于損壞。此電流還作過負荷保護，過負荷保護的動作時間t按下式計算t=62.4I2-1.21]]>式中I為實際電流與額定電流的比值(標幺值)。這樣處理獲得反限時特性，保證電路為額定電流的1.1倍時不會動作，可長期運行，在電流為額定電流的1.5倍時60秒動作，隨著過負荷電流的增大動作時間將減步，但均保證此期間產(chǎn)生的發(fā)熱量相同，從而保證功率三極管和電動機的溫升相同而不會損壞。電壓保護經(jīng)電阻R與線性光耦U采樣。
本恒磁通步旋轉(zhuǎn)式脈寬調(diào)制度頻電源控制交流電動機時使諧波畸變率在輸出電壓增益為100％時＜5％，磁通步進旋轉(zhuǎn)，恒轉(zhuǎn)矩輸出功率三極管總損耗降低了三分之一，具有按地、短路、過負荷保護。
權(quán)利要求1.一種恒磁通步進旋轉(zhuǎn)式脈寬調(diào)制變頻電源，由整流濾波、逆變器組成，其特征在于在整流濾波的輸出與逆變器的輸入端基極之間有一個由準16位單片機構(gòu)成的控制電路2、反向器I1～I3、單穩(wěn)D1～D6延時電路、與門A1～A6、隔離驅(qū)動電路3組成的，一相單極性調(diào)制，兩相雙極性調(diào)制，每相六個60°區(qū)間形成一個周期，脈寬調(diào)制信號按不送—送60°～0°的正弦波形—送60°～120°的反波形—不送—送60°～0°的反波形—送60°～120°的波形的順序，每周期重復(fù)進行的驅(qū)動器。
2.按權(quán)利要求1所述的恒磁通步進旋轉(zhuǎn)式脈寬調(diào)制變頻電源，其特征在于在整流濾波的輸出端與控制電路2和逆變器之間接有對任意相短路和接地保護的霍耳元件I+、I-。
專利摘要一種恒磁通步進旋轉(zhuǎn)式脈寬調(diào)制變頻電源，由整流濾波、逆變器組成，其特點是在整流濾波輸出端與逆變器的輸入端之間接有由準16位單片機構(gòu)成的控制電路2、反向器I1～I3、延時電路D1～D6、與門A1～A6、隔離驅(qū)動電路3組成的驅(qū)動器，一相單極性調(diào)制，兩相雙極性調(diào)制，每相6個60°區(qū)間形成一個周期，按序重復(fù)送出脈寬調(diào)制信號，進行步進旋轉(zhuǎn)恒磁通調(diào)制。
文檔編號H02M5/00GK2224481SQ9423008
公開日1996年4月10日 申請日期1994年12月23日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月23日
發(fā)明者吳健國, 夏少雄 申請人:吳健國