專利名稱：電源逆變裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及調(diào)速系統(tǒng)的電源逆變裝置，具體涉及電源逆變裝置中斬波控制電 路實(shí)施方案。
背景技術(shù)：
為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)的四象限運(yùn)行，完善制動(dòng)性能和提高效率，調(diào)速系統(tǒng)常帶有電源逆 變裝置。該電源逆變裝置的主電路如圖1所示，包括一個(gè)三相逆變橋和三個(gè)交流電抗器 L1-L3。直流輸出處接有濾波電容C，濾平電機(jī)發(fā)電時(shí)直流電源電壓Ud0三相逆變橋中有六個(gè)IGBT管Q1-Q6，每個(gè)IGBT管上反相并聯(lián)著一個(gè)二極管。整流 輸出Ud時(shí)，這些二極管作整流管用；逆變時(shí)IGBT管關(guān)斷，在交流電抗器電感的作用下，這些 二極管起鉗位作用，以A、B、C三相中其中一相為例，該相另一個(gè)橋臂上與IGBT管并聯(lián)的二 極管導(dǎo)通續(xù)流，鉗住IGBT管上的反向電壓。電源逆變裝置的工作過程如下調(diào)速電機(jī)電動(dòng)時(shí)，IGBT管Q1-Q6全部關(guān)斷。如果 電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)。則電機(jī)再生發(fā)電，Ud升高，到超過電網(wǎng)電壓幅值時(shí)，整流用二極管斷開， 當(dāng)Ud達(dá)到逆變器開放值UdH后，IGBT管Q1-Q6就開始逆變控制。直至電機(jī)不再制動(dòng)，Ud降 到關(guān)閉值UdL，IGBT管Q1-Q6又全部關(guān)斷。IGBT管Q1-Q6分屬上下兩個(gè)橋臂組。IGBT管Q1-Q3屬上橋臂組，IGBT管的陽(yáng)極與 Ud正端連接。IGBT管Q4-Q6管屬下橋臂組，IGBT管的陰極與Ud負(fù)端連接。每組三個(gè)IGBT 管輪流導(dǎo)通2π/3電角度。導(dǎo)通相位與電網(wǎng)相電壓相同。兩組間同一相的兩個(gè)IGBT管的 導(dǎo)通相位相差η電角度。IGBT管Q1-Q6各自由圖2示推動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)，與門的輸入上加有相角信號(hào)U4l，導(dǎo)通 信號(hào)Uk和斬波輸入信號(hào)Ugi，與門的輸出信號(hào)被達(dá)林頓電路變成電流，再經(jīng)推動(dòng)模塊的光電 隔離和電平變動(dòng)，成為正負(fù)電平的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。各個(gè)IGBT管導(dǎo)通的相角是不同的，所以相角 信號(hào)不同。除了換向控制外，電源逆變裝置中還通過斬波信號(hào)Ug的導(dǎo)通比，來改變逆變器交 流側(cè)輸出電壓的大小。回饋到電網(wǎng)的電流靠交流電抗器的電感濾平?；仞侂娏髦凳軋D3所示電流控制環(huán)電路閉環(huán)控制，用2-3個(gè)電流傳感器，測(cè)得三相 交流電流信號(hào)i，靠電流信號(hào)合成單元變成總的直流電壓信號(hào)u，在電流調(diào)節(jié)器中與給定電 壓值U0比較和P/I運(yùn)算(指對(duì)偏差電壓(u-u。)進(jìn)行比例/積分放大)。所得的U1再經(jīng)脈 寬控制器變成預(yù)定周期的斬波信號(hào)ug。脈寬控制器輸出的斬波信號(hào)ug作為推動(dòng)電路的斬 波輸入信號(hào)ugi。閉環(huán)控制后，回饋電流大致是一個(gè)相位與電網(wǎng)相電壓相同的方波，正、負(fù)各 持續(xù)2 π/3電角度。直至回饋過程結(jié)束。上述電源逆變裝置中，由于IGBT管Q1-Q6各自的推動(dòng)電路中與門的輸入上加有相 同的斬波信號(hào)ug，以A、B、C三相中其中一相為例，在一對(duì)斬波導(dǎo)通的IGBT管同時(shí)斷開時(shí)，屬 于同一相的另一個(gè)橋臂中的二極管導(dǎo)通續(xù)流，三相逆變器交流側(cè)斬波輸出的電壓是雙極性 變化的。雙極性變化比起單極性變化來說，回饋電流的諧波分量較大，增加了損耗和噪聲，或者所用交流電抗器的電感較大，增加了體積、重量和成本。
實(shí)用新型內(nèi)容為克服上述現(xiàn)有的電源逆變裝置，在斬波過程中，三相逆變器交流側(cè)斬波輸出的 電壓是雙極性變化所帶來的缺陷，本實(shí)用新型提供了一種新型的電源逆變裝置，以實(shí)現(xiàn)斬 波過程中，三相逆變器交流側(cè)斬波輸出的電壓是單極性變化。本實(shí)用新型提供的電源逆變裝置，主電路包括一個(gè)三相逆變橋及其推動(dòng)電路、斬 波控制電路，三個(gè)交流電抗器和直流輸出處的濾波電容，三相逆變橋包括三對(duì)分屬于上下 兩組橋臂的功率開關(guān)，其中斬波控制電路輸出的斬波信號(hào)經(jīng)過推動(dòng)電路控制三相逆變橋 中功率開關(guān)的開斷屬于三相逆變橋上下兩組橋臂的一對(duì)斬波同時(shí)導(dǎo)通的功率開關(guān)中，關(guān) 斷時(shí)只關(guān)斷其中一個(gè)功率開關(guān)，另一個(gè)功率開關(guān)繼續(xù)導(dǎo)通。斬波控制電路包括電流傳感器、電流信號(hào)合成單元、電流調(diào)節(jié)器、脈寬控制器； 電流傳感器測(cè)得三相交流電流信號(hào)，由電流信號(hào)合成單元轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)，在電流調(diào) 節(jié)器中與給定電壓比較及P/I運(yùn)算，再經(jīng)脈寬控制器變成預(yù)定周期的斬波信號(hào)。三相逆變橋中各功率開關(guān)受各自的推動(dòng)電路的控制進(jìn)行開斷，與上下兩組橋臂的 功率開關(guān)相對(duì)應(yīng)的推動(dòng)電路分上下兩組，斬波控制電路向上下兩組橋臂的推動(dòng)電路提供的 斬波輸入信號(hào)分為上下兩組，屬于上下兩組橋臂的一對(duì)推動(dòng)電路的斬波輸入信號(hào)，相“與” 后為脈寬控制器輸出的斬波信號(hào)。本實(shí)用新型的斬波方式可以為單斬式，斬波控制電路向其中一組橋臂的推動(dòng)電路 提供的斬波輸入信號(hào)為脈寬控制器輸出的斬波信號(hào)，向另一組橋臂的推動(dòng)電路提供的斬波 輸入信號(hào)為連續(xù)高電平的斬波信號(hào)。本實(shí)用新型的斬波方式還可以為雙斬式，斬波控制電路向上下兩組橋臂的推動(dòng)電 路提供的斬波輸入信號(hào)的波形相同，相位相差一個(gè)斬波周期，通過對(duì)脈寬控制器輸出的斬 波信號(hào)變換得到。斬波控制電路包括用于對(duì)脈寬控制器輸出的斬波信號(hào)進(jìn)行變換的斬波信號(hào)變換 電路。斬波信號(hào)變換電路與脈寬控制器可以分立設(shè)置，斬波信號(hào)變換電路由一個(gè)兩分頻 器和二個(gè)兩輸入或門制成；或由一個(gè)兩分頻器和三個(gè)兩輸入與非門組成，其中一個(gè)與非門 接成非門。斬波信號(hào)變換電路與脈寬控制器也可以集成設(shè)置在同一芯片中，該芯片分兩路輪 流輸出低電平的脈沖，周期為2T，低電平持續(xù)時(shí)間都為tl，變換范圍為0-T，tl為低電平持 續(xù)時(shí)間，T為斬波周期。本實(shí)用新型提供的電源逆變裝置，在斬波過程中，三相逆變器交流側(cè)斬波輸出的 電壓是單極性變化的，回饋電流的諧波分量較小，從而降低了損耗和噪聲；或者可以減小 交流電抗器的電感，從而縮小體積、減輕重量和降低成本。另外，在采用雙斬式斬波方式時(shí)， IGBT管的開關(guān)周期增大一倍，從而減小了開關(guān)損耗和噪聲。
圖1為調(diào)速系統(tǒng)中電源逆變裝置的主電路；[0021]圖2為電源逆變裝置的各個(gè)IGBT的推動(dòng)電路；圖3為現(xiàn)有電源逆變裝置的電流控制環(huán)電路；圖4為本實(shí)用新型電源逆變裝置的斬波控制電路；圖5(a)為斬波控制電路中斬波信號(hào)變換電路與脈寬控制器分立設(shè)置時(shí)，斬波信 號(hào)變換電路的一種連接方式；圖5(b)為斬波控制電路中斬波信號(hào)變換電路與脈寬控制器分立設(shè)置時(shí)，斬波信 號(hào)變換電路的另一種連接方式；圖6為本實(shí)用新型高電平脈寬與調(diào)節(jié)器輸出電壓的關(guān)系；圖7(a)為斬波控制電路中斬波信號(hào)變換電路與脈寬控制器的集成芯片的誤差放 大器外部電路的一種連接方式；圖7(b)為斬波控制電路中斬波信號(hào)變換電路與脈寬控制器的集成芯片的誤差放 大器外部電路的另一種連接方式。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提供的電源逆變裝置，主電路包括一個(gè)三相逆變橋及其推動(dòng)電路、斬 波控制電路，三個(gè)交流電抗器和直流輸出處的濾波電容，三相逆變橋包括三對(duì)分屬于上下 兩組橋臂的功率開關(guān)，其中斬波控制電路輸出的斬波信號(hào)經(jīng)過推動(dòng)電路控制三相逆變橋中 功率開關(guān)的開斷，具體地，屬于三相逆變橋上下兩組橋臂的一對(duì)斬波同時(shí)導(dǎo)通的功率開關(guān) 中，關(guān)斷時(shí)只關(guān)斷其中一個(gè)功率開關(guān)，另一個(gè)功率開關(guān)繼續(xù)導(dǎo)通。在斬波過程中，三相逆變 器交流側(cè)斬波輸出的電壓是單極性變化的，回饋電流的諧波分量較小，從而降低了損耗和 噪聲；或者可以減小交流電抗器的電感，從而縮小體積、減輕重量和降低成本。本實(shí)用新型的以下實(shí)施例中，三相逆變橋的功率開關(guān)采用IGBT管。[0031 ] 本實(shí)用新型中的斬波控制電路是在現(xiàn)有的電流控制環(huán)電路的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的。 如圖3所示，現(xiàn)有的電流控制環(huán)電路包括電流傳感器、電流信號(hào)合成單元、電流調(diào)節(jié)器、脈 寬控制器；電流傳感器測(cè)得三相交流電流信號(hào)i，由電流信號(hào)合成單元轉(zhuǎn)換成直流電壓信 號(hào)u，在電流調(diào)節(jié)器中與給定電壓Utl比較及P/I運(yùn)算，所得的電壓U1再經(jīng)脈寬控制器變成 預(yù)定周期的斬波信號(hào)ug。本實(shí)用新型中的推動(dòng)電路可以采用現(xiàn)有的推動(dòng)電路。如圖2所示，包括加有相角 信號(hào)U41，導(dǎo)通信號(hào)Uk和斬波輸入信號(hào)Ugi的與門，達(dá)林頓電路以及推動(dòng)模塊。與門的輸出信 號(hào)被達(dá)林頓電路變成電流，再經(jīng)推動(dòng)模塊的光電隔離和電平變動(dòng)，成為正負(fù)電平的驅(qū)動(dòng)信 號(hào)。各個(gè)IGBT管導(dǎo)通的相角是不同的，所以相角信號(hào)不同。三相逆變橋中各功率開關(guān)受各自的推動(dòng)電路的控制進(jìn)行開斷，與上下兩組橋臂的 功率開關(guān)相對(duì)應(yīng)的推動(dòng)電路也分上下兩組，斬波控制電路向上下兩組橋臂的推動(dòng)電路提供 的斬波輸入信號(hào)Ugi分為上下兩組，分別為斬波輸入信號(hào)Ugl和Ug2。屬于上下兩組橋臂的一 對(duì)推動(dòng)電路的斬波輸入信號(hào)Ugl和Ug2，相“與”后為脈寬控制器輸出的斬波信號(hào)ug，可以照 樣控制三相逆變橋交流輸出處電壓的導(dǎo)通比。本實(shí)用新型的斬波方式可以分為單斬式和雙斬式。1)單斬式本實(shí)用新型的斬波方式可以為單斬式，上下兩組推動(dòng)電路所加的斬波輸入信號(hào)中，斬波控制電路向其中一組橋臂的推動(dòng)電路提供的斬波輸入信號(hào)Ugl為脈寬控制器輸出 的斬波信號(hào)Ug ；向另一組橋臂的推動(dòng)電路提供的斬波輸入信號(hào)Ug2為連續(xù)高電平的斬波信 號(hào)，這一組驅(qū)動(dòng)的IGBT管，不參與斬波控制，只參與換相控制和一般的導(dǎo)通控制。2)雙斬式本實(shí)用新型的斬波方式可以為雙斬式，上下兩組推動(dòng)電路所加的斬波輸入信號(hào) 中，斬波控制電路向上下兩組橋臂的推動(dòng)電路提供的斬波輸入信號(hào)Ugl與Ug2的波形相同，相 位相差一個(gè)斬波周期T，通過對(duì)脈寬控制器輸出的斬波信號(hào)Ug變換得到。斬波輸入信號(hào)Ugl 和ug2，相“與”后，仍為脈寬控制器輸出的斬波信號(hào)ug，上下橋臂組成的IGBT管交錯(cuò)輪流關(guān) 斷，每個(gè)IGBT的開關(guān)周期是2T。斬波控制電路包括用于對(duì)脈寬控制器輸出的斬波信號(hào)進(jìn)行變換的斬波信號(hào)變換 電路。斬波信號(hào)變換電路與脈寬控制器分立設(shè)置，斬波信號(hào)變換電路的接法不限。下面 舉兩組接法如圖5(a)，可用一個(gè)兩分頻器和二個(gè)兩輸入或門制成。脈寬控制器輸出的斬波信 號(hào)Up經(jīng)一個(gè)兩分頻器和二個(gè)輸入或門后得到斬波輸入信號(hào)Um和斬波輸入信號(hào)Uj2。如圖5(b)，可用一個(gè)兩分頻器和三個(gè)兩輸入與非門組成，其中一個(gè)與非門接成非 門。脈寬控制器輸出的斬波信號(hào)Uj,經(jīng)一個(gè)兩分頻器和二個(gè)輸入或門后得到斬波輸入信號(hào) Ujl和斬波輸入信號(hào)Uj2。其中兩分頻器可以采用D型觸發(fā)器。觸發(fā)器的D輸入端與。輸出端相連。斬波信號(hào)變換電路與脈寬控制器集成設(shè)置在同一芯片中。采用一個(gè)特殊的芯片， 例如UC1527A型來制作，使得電路大為簡(jiǎn)化。采用UC1527A型芯片后，分兩路輪流輸出低電平的脈沖，周期為2T，低電平持續(xù)時(shí) 間都為tl，變換范圍為0-T，tl為低電平持續(xù)時(shí)間，T為斬波周期。兩路脈沖的波形相同，相 位相差一個(gè)斬波周期T，低電平持續(xù)時(shí)間為t，t在O-T范圍內(nèi)變換，兩路信號(hào)相“與”后斬波 信號(hào)高電平的寬度為tl = τ-t，tl與電流調(diào)節(jié)器輸出電壓U1的關(guān)系如圖6中的(a)，與雙 斬式要求的6中的(b)不符合。上述寬度變化關(guān)系與芯片內(nèi)部誤差放大器的接法有關(guān)，其接法一般如圖7(a)所 示反相端輸入，本實(shí)用新型采用圖7(b)所示的同相端輸入接法，再適當(dāng)選擇阻值，就可得 到圖6(b)所示的符合雙斬式要求的變化關(guān)系。本實(shí)用新型提供的電源逆變裝置，在斬波過程中，三相逆變器交流側(cè)斬波輸出的 電壓是單極性變化的，回饋電流的諧波分量較小，從而降低了損耗和噪聲；或者可以減小交 流電抗器的電感，從而縮小體積、減輕重量和降低成本。另外，在采用雙斬式斬波方式時(shí)， IGBT管的開關(guān)周期增大一倍，從而減小了開關(guān)損耗和噪聲。以上所述為本實(shí)用新型較佳的斬波方式和實(shí)施方案，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限 于此，在本實(shí)用新型啟示下，任何人生產(chǎn)的相同或相似的產(chǎn)品都落在本實(shí)用新型的保護(hù)范 圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電源逆變裝置，主電路包括一個(gè)三相逆變橋及其推動(dòng)電路、斬波控制電路，三個(gè) 交流電抗器和直流輸出處的濾波電容，三相逆變橋包括三對(duì)分屬于上下兩組橋臂的功率開 關(guān)，其特征在于，斬波控制電路輸出的斬波信號(hào)經(jīng)過推動(dòng)電路控制三相逆變橋中功率開關(guān) 的開斷屬于三相逆變橋上下兩組橋臂的一對(duì)斬波同時(shí)導(dǎo)通的功率開關(guān)中，關(guān)斷時(shí)只關(guān)斷 其中一個(gè)功率開關(guān)，另一個(gè)功率開關(guān)繼續(xù)導(dǎo)通。
2.如權(quán)利要求1所述的電源逆變裝置，其特征在于，斬波控制電路包括電流傳感器、 電流信號(hào)合成單元、電流調(diào)節(jié)器、脈寬控制器；電流傳感器測(cè)得三相交流電流信號(hào)，由電流 信號(hào)合成單元轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)，在電流調(diào)節(jié)器中與給定電壓比較及P/I運(yùn)算，再經(jīng)脈 寬控制器變成預(yù)定周期的斬波信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的電源逆變裝置，其特征在于，三相逆變橋中各功率開關(guān)受各自 的推動(dòng)電路的控制進(jìn)行開斷，與上下兩組橋臂的功率開關(guān)相對(duì)應(yīng)的推動(dòng)電路分上下兩組， 斬波控制電路向上下兩組橋臂的推動(dòng)電路提供的斬波輸入信號(hào)分為上下兩組，屬于上下兩 組橋臂的一對(duì)推動(dòng)電路的斬波輸入信號(hào)，相“與”后為脈寬控制器輸出的斬波信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的電源逆變裝置，其特征在于，斬波控制電路向其中一組橋臂的 推動(dòng)電路提供的斬波輸入信號(hào)為脈寬控制器輸出的斬波信號(hào)，向另一組橋臂的推動(dòng)電路提 供的斬波輸入信號(hào)為連續(xù)高電平的斬波信號(hào)。
5.如權(quán)利要求3所述的電源逆變裝置，其特征在于，斬波控制電路向上下兩組橋臂的 推動(dòng)電路提供的斬波輸入信號(hào)的波形相同，相位相差一個(gè)斬波周期，通過對(duì)脈寬控制器輸 出的斬波信號(hào)變換得到。
6.如權(quán)利要求5所述的電源逆變裝置，其特征在于，斬波控制電路包括用于對(duì)脈寬控 制器輸出的斬波信號(hào)進(jìn)行變換的斬波信號(hào)變換電路。
7.如權(quán)利要求6所述的電源逆變裝置，其特征在于，斬波信號(hào)變換電路與脈寬控制器 分立設(shè)置，斬波信號(hào)變換電路由一個(gè)兩分頻器和二個(gè)兩輸入或門制成；或由一個(gè)兩分頻器 和三個(gè)兩輸入與非門組成，其中一個(gè)與非門接成非門。
8.如權(quán)利要求6所述的電源逆變裝置，其特征在于，斬波信號(hào)變換電路與脈寬控制器 集成設(shè)置在同一芯片中，該芯片分兩路輪流輸出低電平的脈沖，周期為2T，低電平持續(xù)時(shí)間 都為t，變換范圍為0-T，t為低電平持續(xù)時(shí)間，T為斬波周期。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種電源逆變裝置，主電路包括一個(gè)三相逆變橋及其推動(dòng)電路、斬波控制電路，三個(gè)交流電抗器和直流輸出處的濾波電容，三相逆變橋包括三對(duì)分屬于上下兩組橋臂的功率開關(guān)，其中斬波控制電路輸出的斬波信號(hào)經(jīng)過推動(dòng)電路控制三相逆變橋中功率開關(guān)的開斷屬于三相逆變橋上下兩組橋臂的一對(duì)斬波同時(shí)導(dǎo)通的功率開關(guān)中，關(guān)斷時(shí)只關(guān)斷其中一個(gè)功率開關(guān)，另一個(gè)功率開關(guān)繼續(xù)導(dǎo)通。本實(shí)用新型提供的電源逆變裝置，在斬波過程中，三相逆變器交流側(cè)斬波輸出的電壓是單極性變化的，回饋電流的諧波分量較小，從而降低了損耗和噪聲；或者可以減小交流電抗器的電感，從而縮小體積、減輕重量和降低成本。
文檔編號(hào)H02P23/06GK201830165SQ20102057343
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者丁金龍, 裘錦灼 申請(qǐng)人:北京中紡銳力機(jī)電有限公司