一種三相大功率變頻電源制造技術

一種三相大功率變頻電源，屬于變頻電源技術領域。包括三相電網輸入電路、整流電路、逆變單元、輸出變壓器、直流母線監測電路、逆變驅動電路、逆變輸出監測電路、變壓器輸出監測電路、輸出開關驅動電路、變頻電源輸出監測電路、數字信號處理器DSP、鍵盤與顯示電路、通訊電路、振動檢測電路和保護電路；三相電網輸入電路與整流電路連接，整流電路與逆變單元連接，逆變單元與輸出變壓器連接，同時通過逆變驅動電路與數字信號處理器DSP連接；輸出變壓器與電源輸出端連接，輸出變壓器的輸入端和輸出端、電源輸出端和輸出開關與數字信號處理器DSP連接，變頻電源在軟件控制下工作。（*該技術在2021年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種三相大功率變頻電源，屬于變頻電源

技術介紹
變頻電源是將市電中的交流電經過AC — DC — AC變換，輸出為正弦波的電源設備，其輸出頻率和電壓在一定范圍內可調，主要采用IGBT或IPM逆變技術實現。其PWM控制波形的產生和控制方法是首先采用信號發生電路產生頻率和幅值一定的標準正弦波， 然后通過頻率和幅值一定的載波(一般為三角波或鋸齒波)對正弦波進行調制，從而產生 PWM控制波形，驅動逆變電路實現變頻輸出。而對變頻電源輸出電壓的控制則通過輸出電壓反饋信號與給定基準電壓信號的負反饋電路實現。由于變頻電源工作的電磁環境惡劣，且內部使用了整流橋、IGBT等電力電子開關器件，變頻電源在工作時自身也會產生較強的電磁干擾，特別是三相大功率變頻電源 (60KVA以上)在運行時的電磁干擾更加嚴重，在嚴重的電磁干擾環境下，變頻電源的標準正弦波、載波、基準電壓信號以及反饋信號等模擬信號易受到干擾而使變頻電源產生誤動作，甚至引起變頻電源的損壞。同時變頻電源的應用領域越來越廣泛，近年來在大功率電機領域，由于變頻電源輸出電壓的穩定性和實際應用中的經濟環保性，越來越多的用戶選擇變頻電源取代發電機，為電機負載提供動力。但由于電機的負載特性較為復雜，現有變頻電源的控制方法對電機負載的適應性不強。在電機的變頻啟動應用中，要求變頻電源的輸出電壓頻率比恒定，即V/F = C(常數)。且由于電機特性復雜，往往需要根據電機的特性參數確定電機啟動的V/F曲線，現有的變頻電源電壓和頻率不能同時調節，或者不能對輸出V/F曲線進行控制，不能實現變頻啟動。啟動電機時，往往采用直接啟動的方式，需要較大容量的變頻電源(一般為電機額定功率的7倍)，不但造成經濟上的浪費，而且造成對電網的污染。變頻器雖然能夠實現電機的變頻控制，但由于變頻器的輸出電壓波形不是正弦波，諧波含量較高，波形質量較差，一般只應用于電機的變頻調速控制，在綜合性負載供電場合，如電機、照明、設備、儀表等的應用場合，變頻器會對儀表設備造成很大的干擾，使儀表設備無法正常工作，因而變頻器的應用范圍受到很大限制。由于變頻電源采用PWM逆變方式，輸出電壓中包含有一定的高頻諧波成分，其頻譜以載波為基波，當高頻諧波頻譜與電機固有頻率接近時形成共振，會引起電機的振動，影響電機特性，降低電機使用壽命。現有的變頻電源無法解決該問題，或者只能有針對性地進行現場調試，更改內部硬件電路進行處理，處理方案不易實施且不具有普遍性和可重復性。專利200710098692. 8采用電壓空間矢量脈寬調制技術(SVPWM)，該技術僅適合于電機的速度控制，其輸出電壓波形失真度大，不適合其他負載應用，具有局限性。專利 200710098692. 8的逆變電路輸出沒有電氣隔離，存在安全隱患，當逆變電路故障時，電網電4壓通過整流橋、整流輸入慢啟動電路、逆變電路、負載(電機)形成回路，危害操作人員的安全。專利200710098692. 8的整流電路采用整流橋實現，在大功率應用中，由于整流橋電路的功率因數較低(一般為0.6左右)，諧波電流大，對電網會造成嚴重的污染，并干擾電網上其他設備的正常運行。專利200710098692. 8沒有逆變輸出電壓和電流的檢測反饋電路和控制算法，無法實現對輸出電壓和電流的實時監測與控制。專利200720064002. 2為一單相輸出高壓電源，其技術方案不能實現三相電源輸出。并且存在著濾波電路復雜，包含了變壓器、電抗器、電阻、電容等多種元件，因而可靠性低，功率損耗大，不適合大功率應用。總之，現有變頻電源，特別是三相大功率變頻電源，存在以下缺點和不足1、抗干擾能力差，易受到干擾而使變頻電源產生誤動作，甚至引起變頻電源的損壞。2、不能控制輸出V/F曲線，實現對電機的變頻啟動。3、難以解決因共振而引起的電機振動問題。
技術實現思路
針對現有技術的缺陷，本技術提供一種三相大功率變頻電源。本技術通過對變頻電源輸出電壓和電流信號的實時采樣與處理分析，調節變頻電源的PWM控制波形，從而實現對變頻電源輸出的快速調節和對負載的實時響應，特別適用于大功率電機負載。本技術通過對變頻電源輸出電壓和電流信號的矢量分析，根據電機啟動特性實時調節變頻電源輸出的V/F曲線，實現電機的變頻啟動；根據對電機振動信號在頻域的傅里葉變換與分析，識別電機是否有振動及其振動頻率，并在一定范圍內自動調整變頻電源的載波頻率，不需要復雜的現場調試即可避開電機的固有頻率，防止電機振動的發生。一種三相大功率變頻電源，包括三相電網輸入電路、整流電路、逆變單元、輸出變壓器、直流母線監測電路、逆變驅動電路、逆變輸出監測電路、變壓器輸出監測電路、輸出開關驅動電路、變頻電源輸出監測電路、數字信號處理器DSP、鍵盤與顯示電路、通訊電路、振動檢測電路和保護電路；三相電網輸入電路與整流電路連接，整流電路通過軟啟動開關、軟啟動限流電阻和直流母線電容與逆變單元連接，軟啟動開關、軟啟動限流電阻和直流母線電容同時通過直流母線監測電路與數字信號處理器DSP連接；逆變單元與輸出變壓器連接，同時通過逆變驅動電路與數字信號處理器DSP連接；輸出變壓器通過輸出開關與電源輸出端連接，輸出變壓器的輸入端和輸出端分別通過逆變輸出監測電路和變壓器輸出監測電路與數字信號處理器DSP連接，輸出開關通過輸出開關驅動電路與數字信號處理器DSP 連接；電源輸出端通過變頻電源輸出監測電路與數字信號處理器DSP連接；鍵盤與顯示電路、通訊電路、振動檢測電路和保護電路分別與數字信號處理器DSP連接。所述的直流母線監測電路，由光電耦合器U1A、U1B和運算放大器U2A、U2B以及若干電阻、電容、二極管組成，直流母線電壓信號經UlB進行光電隔離，由UlA和U2A組成線性補償電路對UlB的非線性進行補償，然后經U2B電壓跟隨器連接至數字信號處理器DSP的 ADC輸入口 ；其中U1A、U1B的型號為TLP521，U2A和U2B的型號為0058。所述的變頻電源輸出監測電路包括輸出電壓信號監測電路和輸出電流信號監測電路；其中輸出電壓信號監測電路由電壓互感器Tl、運算放大器U3以及電阻、電容組成； 輸出電壓信號經Tl進行電氣隔離，U3組成的差分放大電路放大后，連接至數字信號處理器 DSP的ADC輸入口 ；電阻R8、電阻R9起限流作用，電阻RlO為輸出電壓信號取樣電阻，電容 C3起濾波作用；U3與電阻R11、電阻R12、電阻R13、電阻R14共同組成差分放大電路；其中輸出電流信號監測電路由電流互感器T2、運算放大器U4以及若干電阻、電容組成；輸出電流信號經T2進行電氣隔離，U4組成的差分放大電路放大后，連接至數字信號處理器DSP的 ADC輸入口 ；電阻R15為輸出電流信號取樣電阻，電容C5起濾波作用；U4與電阻R16、電阻 R17、電阻R18、電阻R19共同組成差分放大電路，其中U3、U4的型號為TL084。所述的變壓器輸出監測電路，由電壓互感器T3、運算放大器TO以及若干電阻、電容組成。變壓器輸出電壓信號經T3進行電氣隔離，TO組成的差分放大電路放大后，連接至數字信號處理器DSP的ADC輸入口 ；電阻R20、電阻R21起限流作用，電阻R22為輸出電壓信號取樣電阻，電容C4起濾波作用；U本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種三相大功率變頻電源，其特征在于，包括三相電網輸入電路、整流電路、逆變單元、輸出變壓器、直流母線監測電路、逆變驅動電路、逆變輸出監測電路、變壓器輸出監測電路、輸出開關驅動電路、變頻電源輸出監測電路、數字信號處理器ＤＳＰ、鍵盤與顯示電路、通訊電路、振動檢測電路和保護電路；三相電網輸入電路與整流電路連接，整流電路通過軟啟動開關、軟啟動限流電阻和直流母線電容與逆變單元連接，軟啟動開關、軟啟動限流電阻和直流母線電容同時通過直流母線監測電路與數字信號處理器ＤＳＰ連接；逆變單元與輸出變壓器連接，同時通過逆變驅動電路與數字信號處理器ＤＳＰ連接；輸出變壓器通過輸出開關與電源輸出端連接，輸出變壓器的輸入端和輸出端分別通過逆變輸出監測電路和變壓器輸出監測電路與數字信號處理器ＤＳＰ連接，輸出開關通過輸出開關驅動電路與數字信號處理器ＤＳＰ連接；電源輸出端通過變頻電源輸出監測電路與數字信號處理器ＤＳＰ連接；鍵盤與顯示電路、通訊電路、振動檢測電路和保護電路分別與數字信號處理器ＤＳＰ連接。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李振虎，孔德寶，趙金寶，
申請(專利權)人：山東沃森電源設備有限公司，
類型：實用新型
國別省市：88