一種大功率單相異步電機變頻器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于變頻器技術領域，具體涉及一種大功率的單相異步電機變頻器。
【背景技術】
[0002]交流變頻調速技術以其優(yōu)越的起動、制動和調速性能得到了越來越廣泛的關注。作為交流感應電機的一種，單相異步電機由于其牢固耐用、結構簡單、成本低廉、維修方便等優(yōu)點，從而廣泛應用在家用電器、小功率機床、汽車電器等方面，是世界上應用最廣泛的電機之一。由于全球性的能源緊張，如何提高單相電機的調速性能，以節(jié)約能源和減少對電網(wǎng)的諧波污染，已經成為當今研究的熱點之一。同時，由于單相電機能在沒有三相電的環(huán)境中使用，應用面廣，且成本低廉，在一些小功率高性能調速場合使用，可以有效的減少系統(tǒng)成本。
[0003]目前，單相異步電機只有火線、零線、地線三根引線，市面上現(xiàn)有的三相變頻器并不適用此種電機，而國內市場上幾乎沒有兩相變頻器。在技術文獻中，中國專利CN201220062874.6提供了一種二相變頻電源，其只適用于單相異步運轉電容電機，且需要拆除電機的電容，同時不能使用繞組的公共端，只使用主、副繞組共4線引出，功率變頻范圍只有400W以下，使用范圍比較狹窄。中國專利CN201410032326.2提供了一種單相電容運轉異步電動機變頻驅動方法，但同樣需要拆除電機電容，且只適用于單相異步運轉電容電機。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型要解決的技術問題是提供一種在保持電機完整性的前提下，可對電容啟動和電容啟動運行單相異步電機皆適用，且控制簡單、可靠性高的大功率單相異步電機變頻器。
[0005]為了解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是提供一種大功率單相異步電機變頻器，其特征在于:包括市電輸入模塊，市電輸入模塊與整流濾波及功率因數(shù)校正模塊、輔助開關電源模塊連接，整流濾波及功率因數(shù)校正模塊、spmi控制模塊、相位采集反饋模塊、電流采集反饋模塊均連接IGBT輸出模塊，IGBT輸出模塊通過輸出濾波模塊與電機接口模塊相連。
[0006]優(yōu)選地，所述輔助開關電源模塊提供的電源有:+12￥、+5￥、+3.3￥、+15￥、-5￥，所述輔助開關電源模塊最大輸出功率為50W。
[0007]優(yōu)選地，所述IGBT輸出模塊由互相連接的IGBT輸出器件和驅動器件組成，所述IGBT輸出模塊的最大輸出電流為225A。
[0008]優(yōu)選地，所述電機接口模塊由互相連接的輸出保險和輸出端子組成。
[0009]SPmoH弦脈寬調制控制模塊的SPmi數(shù)組使用自然采樣法生成中心對稱的單極性倍頻數(shù)組，其2相輸出相位相差180°。啟動時間頻率不變，只改變調制度，由相位采集反饋模塊和電流采集反饋模塊來判斷是否完成啟動，然后再使用可變載波比方法調整工作頻率。
[0010]使用時，無需對電機進行任何修改，電機在額定工作頻率下啟動，由大功率單相異步電機變頻器系統(tǒng)判斷是否啟動成功，再調整工作頻率，達到了節(jié)能減排效果。同時，針對單相異步電機容易產生的狀態(tài)進行分析，根據(jù)輸出電壓、電流的關系判斷出電機的工作狀態(tài)，再反饋到系統(tǒng)中進行調整。功率儲備充足，具有獨立的過壓保護功能和獨立的欠壓保護功能。
[0011]本實用新型提供的變頻器克服了現(xiàn)有技術的不足，無需拆除電機電容，即保持電機完整性的前提下，即可對三線和四線的所有單相異步電機皆適宜；采用SPWM正弦脈寬調制技術能明顯減小逆變器輸出電流的諧波成分及電機的諧波損耗，降低脈動轉矩;其控制簡單，數(shù)字化實現(xiàn)方便，電壓利用率高，并且功率范圍大，最高支持3.7kW功率的變頻，產品模塊化、體積小、可靠性高、適用范圍廣泛。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實施例提供的大功率單相異步電機變頻器結構框圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結合具體實施例，進一步闡述本實用新型。應理解，這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。此外應理解，在閱讀了本實用新型講授的內容之后，本領域技術人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
[0014]圖1為本實施例提供的大功率單相異步電機變頻器結構框圖，所述的大功率單相異步電機變頻器由(A)市電輸入模塊、(B)整流濾波PFC(Power Factor Correct1n，功率因數(shù)校正)模塊、(C)輔助開關電源模塊、(D)SPffM控制模塊、(E)相位采集反饋模塊、(F)電流采集反饋模塊、(G)IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)模塊、(H)輸出濾波模塊和(I)電機接口模塊等組成，各模塊具體介紹如下:
[0015](A)市電輸入模塊，由EMC(Electro Magnetic Compatibility，電磁兼容性)濾波器、防雷部件、電流緩沖繼電器等組成；
[0016](B)整流濾波PFC模塊，為設備提供穩(wěn)定的直流母線電壓；
[0017](0輔助開關電源模塊，提供可靠的+ 12￥、+5￥、+3.3￥、+15￥、-5￥電源，最大可輸出50W功率，用于控制電路和IGBT模塊驅動部分；
[0018](D)SPWM控制模塊，使用自然取樣法生成SPWM波形，根據(jù)相位采集反饋模塊和電流采集反饋模塊進行反饋，調整輸出波形；
[0019](E)相位采集反饋模塊，采集輸出電流和電壓相位；
[0020](F)電流采集反饋模塊，采集輸出電流的有效值(Root Mean Square，RMS)和最大值；
[0021](G) IGBT輸出模塊，包含IGBT輸出器件和驅動器件，提供最大225A的輸出電流；
[0022](H)輸出濾波模塊，使用LC(電感電容)方法對輸出波形進行濾波，降低輸出THD(Total Harmonic Distort1n，總諧波失真)；
[0023](I)電機接口模塊，包含輸出保險和輸出端子。
[0024]其中，市電輸入模塊與整流濾波PFC(Power Factor Correct1n，功率因數(shù)校正)模塊及輔助開關電源模塊連接，整流濾波PFC模塊、SPffM控制模塊、相位采集反饋模塊、電流采集反饋模塊均連接IGBT輸出模塊，IGBT輸出模塊通過輸出濾波模塊與電機接口模塊相連。
[0025]SPWM控制模塊的控制方法如下:SPffM數(shù)組使用自然采樣法生成中心對稱的單極性倍頻數(shù)組，其2相輸出相位相差180°。啟動時間頻率不變，只改變調制度，由相位采集反饋模塊和電流采集反饋模塊來判斷是否完成啟動，然后再使用可變載波比方法調整工作頻率。
[0026]本實施例提供的大功率單相異步電機變頻器具有如下特點:
[0027]1、傳統(tǒng)變頻器不能接單相電機，主要是因為傳統(tǒng)變頻器輸出波形中含有大量高次諧波，本實施例通過SPWM控制模塊，使用優(yōu)化算法和輸出2級濾波，使輸出波形的THD降到
I%左右。單相電機在啟動時，一般來說在額定工作頻率上轉矩最大。傳統(tǒng)變頻器一般都是低頻啟動，此時對單相電機來說啟動轉矩偏小，啟動困難，非常容易造成啟動過流。本實施例中，電機在額定工作頻率下啟動，由系統(tǒng)判斷是否啟動成功，再調整工作頻率，達到了節(jié)能減排效果。
[0028]2、傳統(tǒng)變頻器對輸出電流和電機工作狀態(tài)不進行關聯(lián)決策，只是單純的輸出設定頻率和設定電壓的波形。本實施例中，針對單相異步電機容易產生的狀態(tài)進行分析，根據(jù)輸出電壓、電流的關系判斷出電機的工作狀態(tài)，再反饋到系統(tǒng)中進行調整。例如，某2.2kW單相異步電機，額定頻率50Hz。工作在20Hz時額定功率約為250W，若電流超出預期范圍則可能是由于負載變化造成繞組激勵不足，此時系統(tǒng)會自動增加激勵電壓，使電機脫離堵轉危險。
[0029]3、市面可見的單相變頻器都只能接低負載類單相異步電機，如風機等。對高負載類無能為力，主要原因是功率儲備不足。本實施例中，標稱3.7kW輸出功率，其最大輸出電流可達到225A，系統(tǒng)保護電流設定在150A。某些進口高負載單相異步電機，其啟動電流達到啟工作電流的6倍，堵轉電流甚至可以達到8倍。對市面上現(xiàn)有產品來說都無能為力。2.2kW某型單相異步電機，其啟動電流超過60A。市面上尚無如此大功率的單相變頻器。
[°03°] 4、采樣使用數(shù)字IIR(Infinite Impulse Response，無限脈沖響應)濾波，簡化硬件電路，電流、電壓使用同步采樣。
[0031]5、為IGBT模塊設計了獨立的過流短路保護功能，在2uS內可關斷IGBT模塊輸出，保護設備。
[0032]6、獨立的過壓保護功能，獨立的欠壓保護功能。
[0033]7、本實施例提供的大功率單相異步電機變頻器連接單相異步交流電機，無需對電機進行任何修改。
[0034]8、本實施例提供的大功率單相異步電機變頻器適用范圍大，囊括市面所有單相異步交流電機。如可適用于電容啟動性單相異步交流電機、電容啟動運行性單相異步交流電機、內置離心開關的單相異步交流電機等。
【主權項】
1.一種大功率單相異步電機變頻器，其特征在于:包括市電輸入模塊(A)，市電輸入模塊(A)與整流濾波及功率因數(shù)校正模塊(B)、輔助開關電源模塊(C)連接，整流濾波及功率因數(shù)校正模塊(B)、SPWM控制模塊(D)、相位采集反饋模塊(E)、電流采集反饋模塊(F)均連接IGBT輸出模塊(G)，IGBT輸出模塊(G)通過輸出濾波模塊(H)與電機接口模塊(I)相連。2.如權利要求1所述的一種大功率單相異步電機變頻器，其特征在于:所述輔助開關電源模塊(C)提供的電源有:+12V、+5V、+3.3V、+15V、-5V，所述輔助開關電源模塊(C)最大輸出功率為50W。3.如權利要求1所述的一種大功率單相異步電機變頻器，其特征在于:所述IGBT輸出模塊(G)由互相連接的IGBT輸出器件和驅動器件組成，所述IGBT輸出模塊(G)的最大輸出電流為225A。4.如權利要求1所述的一種大功率單相異步電機變頻器，其特征在于:所述電機接口模塊(I)由互相連接的輸出保險和輸出端子組成。
【專利摘要】本實用新型提供了一種大功率單相異步電機變頻器，包括市電輸入模塊，市電輸入模塊與整流濾波及功率因數(shù)校正模塊、輔助開關電源模塊連接，整流濾波及功率因數(shù)校正模塊、SPWM控制模塊、相位采集反饋模塊、電流采集反饋模塊均連接IGBT輸出模塊，IGBT輸出模塊通過輸出濾波模塊與電機接口模塊相連。本實用新型提供的變頻器在保持電機完整性的前提下，即可對三線和四線的所有單相異步電機皆適宜；采用SPWM技術能明顯減小逆變器輸出電流的諧波成分及電機的諧波損耗，降低脈動轉矩；其控制簡單，數(shù)字化實現(xiàn)方便，電壓利用率高，并且功率范圍大，最高支持3.7kW功率的變頻，產品模塊化、體積小、可靠性高、適用范圍廣泛。
【IPC分類】H02P27/08, H02P25/04
【公開號】CN205319991
【申請?zhí)枴緾N201521011315
【發(fā)明人】鄭捷, 李坤峰
【申請人】上海硋旭光電科技有限公司
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2015年12月8日