基于四開(kāi)關(guān)三相逆變器的電機(jī)調(diào)速裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及逆變器的電機(jī)調(diào)速技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于四開(kāi)關(guān)三相逆變器的電機(jī)調(diào)速裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著控制理論和電力電子科技的發(fā)展，交流電機(jī)控制技術(shù)已經(jīng)邁向了無(wú)級(jí)調(diào)速時(shí)代，其性能可以媲美直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。逆變器是交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的核心裝置，是將電機(jī)控制理論實(shí)物化的基石，其性能的優(yōu)劣直接影響著電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制指標(biāo)。目前，市場(chǎng)上廣泛采用的六開(kāi)關(guān)三橋臂三相電壓源型逆變器由于使用功率開(kāi)關(guān)器件較多，成本較高且外圍驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，可靠性低，上下橋臂設(shè)置死區(qū)，影響電壓輸出質(zhì)量。另外，采用脈寬調(diào)制技術(shù)，傳統(tǒng)電壓源型逆變器輸出一系列PWM脈沖，dv/dt較高，需要輸出濾波器改善電壓質(zhì)量，增加了裝置投資和體積。鑒于傳統(tǒng)電壓源型逆變器的局限性，在中小功率場(chǎng)合急切需要性能更優(yōu)的新型拓?fù)淠孀兤鞯恼Q生，四開(kāi)關(guān)三相逆變器是其中最有潛力的一種結(jié)構(gòu)。常規(guī)的四開(kāi)關(guān)三相逆變器將一個(gè)橋臂的功率開(kāi)關(guān)器件用兩個(gè)電容代替，減少了開(kāi)關(guān)器件的數(shù)量的同時(shí)也帶來(lái)了新的問(wèn)題，例如，直流電壓利用率降低，電容電壓均衡問(wèn)題等等。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003](一）解決的技術(shù)問(wèn)題
[0004]本實(shí)用新型提供一種基于四開(kāi)關(guān)三相逆變器的電機(jī)調(diào)速裝置，成本低、體積小，無(wú)需電容橋臂，輸出電壓正弦化，省去濾波裝置，逆變器無(wú)需死區(qū)，同時(shí)可以提高直流電壓利用率。
[0005]( 二）技術(shù)方案
[0006]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種基于四開(kāi)關(guān)三相逆變器的電機(jī)調(diào)速裝置，其特征在于：包括三相不控整流橋（I)、直流母線電容（2)、四開(kāi)關(guān)三相逆變器（3)、交流電機(jī)（4)、測(cè)速編碼器（5)、負(fù)載（6)、CPU控制器（7)、母線電壓檢測(cè)單元（8)、隔離驅(qū)動(dòng)單元（9)、定子電流檢測(cè)單元（10)、電機(jī)測(cè)速單元（11)、時(shí)鐘、復(fù)位電路
(12)、輔助電源電路（13)、保護(hù)電路（14)、鍵盤、顯示電路（15)，所述的三相不控整流橋（I)將三相工頻交流電源轉(zhuǎn)變成脈動(dòng)直流電，所述的直流母線電容（2)將脈動(dòng)直流電穩(wěn)壓成恒定直流電源作為四開(kāi)關(guān)三相逆變器（3)的直流給定電壓，所述的逆變器輸出頻率可調(diào)交流電壓驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)（4)，所述的交流電機(jī)（4)拖動(dòng)負(fù)載（6)旋轉(zhuǎn)，所述的控制器（7)接收母線電壓檢測(cè)單元（8)、定子電流檢測(cè)單元（10)和電機(jī)測(cè)速單元（11)的檢測(cè)信號(hào)后輸出4路PffM脈沖經(jīng)過(guò)隔離驅(qū)動(dòng)單元（9)驅(qū)動(dòng)四開(kāi)關(guān)三相逆變器（3)中的4個(gè)功率開(kāi)關(guān)管，所述的控制器同時(shí)接收保護(hù)電路（14)輸出的故障信號(hào)，封鎖脈沖，保護(hù)開(kāi)關(guān)器件，通過(guò)鍵盤、顯示電路（15)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。
[0007]優(yōu)選地，所述的四開(kāi)關(guān)三相逆變器（3)由4個(gè)功率管SI?S4、4個(gè)電感L1B、L2B、L1C、L2C 以及 4 個(gè)電容 C1B、C2B、C1C、C2C 組成。
[0008]優(yōu)選地，所述功率開(kāi)關(guān)管采用非橋臂連接形式，無(wú)需設(shè)置死區(qū)，采用脈寬調(diào)制控制，所述的逆變器輸出正弦電壓，無(wú)需輸出濾波單元。
[0009]優(yōu)選地，所述CPU制器(7)為TMS320LF2407A，功率器件為IGBT，所述的三相不控整流橋?yàn)槎O管不控整流模塊。
[0010]優(yōu)選地，所述的控制器及驅(qū)動(dòng)單元的電源采用基于UC3844的多路開(kāi)關(guān)電源。
[0011](三)有益效果
[0012]本實(shí)用新型提供了一種基于四開(kāi)關(guān)三相逆變器的電機(jī)調(diào)速裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的還具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0013]1、四開(kāi)關(guān)三相逆變器只需四個(gè)開(kāi)關(guān)器件實(shí)現(xiàn)三相可調(diào)頻率正弦電壓輸出。
[0014]2、與傳統(tǒng)六開(kāi)關(guān)三相電壓源型逆變器相比，功率開(kāi)關(guān)器件使用數(shù)量減少三分之一，驅(qū)動(dòng)模塊數(shù)量減少三分之一，且輸出電壓正弦化，無(wú)需濾波裝置。
[0015]3、與電容橋臂型四開(kāi)關(guān)三相逆變器相比，采用非橋臂結(jié)構(gòu)，功率器件導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)無(wú)需死區(qū)設(shè)置，無(wú)直通危險(xiǎn)，采用非電容橋臂結(jié)構(gòu)，不存在電容中點(diǎn)電壓平衡問(wèn)題，且直流電壓利用率提高兩倍，系統(tǒng)成本更低，體積更小，外圍輔助電路更簡(jiǎn)化，裝置整體可靠性更高。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖2為驅(qū)動(dòng)單元電路圖。
[0018]圖3為四開(kāi)關(guān)三相逆變器等效電路圖，其中(a)基本結(jié)構(gòu)、(b)Sl導(dǎo)通、S2關(guān)斷時(shí)等效電路、(c)Sl關(guān)斷、S2導(dǎo)通時(shí)等效電路。
[0019]圖4為基于UC3844多路輔助開(kāi)關(guān)電源電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明:
[0021]【具體實(shí)施方式】一:
[0022]本實(shí)施方式中，結(jié)合圖3，一種基于四開(kāi)關(guān)三相逆變器的電機(jī)調(diào)速裝置，包括三相不控整流橋⑴、直流母線電容⑵、四開(kāi)關(guān)三相逆變器⑶、交流電機(jī)⑷、測(cè)速編碼器(5)、負(fù)載(6)、CPU控制器(7)、母線電壓檢測(cè)單元(8)、隔離驅(qū)動(dòng)單元(9)、定子電流檢測(cè)單元
(10)、電機(jī)測(cè)速單元(11)、時(shí)鐘、復(fù)位電路(12)、輔助電源電路(13)、保護(hù)電路(14)、鍵盤、顯示電路(15)，三相不控整流橋(1)將三相工頻交流電源轉(zhuǎn)變成脈動(dòng)直流電，直流母線電容(2)將脈動(dòng)直流電穩(wěn)壓成恒定直流電源作為四開(kāi)關(guān)三相逆變器(3)的直流給定電壓，所述的逆變器輸出頻率可調(diào)交流電壓驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)(4)，交流電機(jī)(4)拖動(dòng)負(fù)載(6)旋轉(zhuǎn)，控制器(7)接收母線電壓檢測(cè)單元(8)、定子電流檢測(cè)單元(10)和電機(jī)測(cè)速單元(11)的檢測(cè)信號(hào)后輸出4路PWM脈沖經(jīng)過(guò)隔離驅(qū)動(dòng)單元(9)驅(qū)動(dòng)四開(kāi)關(guān)三相逆變器(3)中的4個(gè)功率開(kāi)關(guān)管，控制器同時(shí)接收保護(hù)電路(14)輸出的故障信號(hào)，封鎖脈沖，保護(hù)開(kāi)關(guān)器件，通過(guò)鍵盤、顯示電路(15)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。四開(kāi)關(guān)三相逆變器(3)由4個(gè)功率管S1?S4、4個(gè)電感L1B、L2B、L1C、L2C以及4個(gè)電容C1B、C2B、C1C、C2C組成。功率開(kāi)關(guān)器件采用非橋臂連接形式，無(wú)需設(shè)置死區(qū)，采用脈寬調(diào)制控制，所述的逆變器輸出正弦電壓，無(wú)需輸出濾波單元。CHJ制器(7)為TMS320LF2407A，功率器件為IGBT，所述的三相不控整流橋?yàn)槎O管不控整流模塊。所述的驅(qū)動(dòng)單元采用PC923芯片及其外圍處理電路，所述的檢測(cè)單元采用霍爾式電壓，所述的電流傳感器及其外圍處理電路，所述的電機(jī)測(cè)速單元采用光電式編碼器。控制器及驅(qū)動(dòng)單元的電源采用基于UC3844的多路開(kāi)關(guān)電源。本實(shí)用新型裝置中的四開(kāi)關(guān)三相逆變器工作原理，4個(gè)功率管SI?S4、4個(gè)電感L1B、L2B、L1C、L2C以及4個(gè)電容C1B、C2B、C1C、C2C組成的逆變器具有對(duì)稱性，以下僅以B相為例進(jìn)行分析。通過(guò)等效原理圖分析可知，在SI導(dǎo)通、S2關(guān)斷時(shí)通過(guò)直流電源和電容ClB對(duì)電感L1B、L2B充電，在SI關(guān)斷、S2導(dǎo)通時(shí)L1B、L2B進(jìn)行放電。該結(jié)構(gòu)的變換器輸出為帶直流偏置的交流電壓，對(duì)于三相負(fù)載，需要輸出三相對(duì)稱交流電壓，所以兩相的兩個(gè)變換器PWM調(diào)制時(shí)移相120°，輸出線電壓無(wú)直流偏置量。四開(kāi)關(guān)三相逆變器為四階非線性系統(tǒng)，以電