專利名稱：一種輸出電壓自動補償?shù)膯卧?lián)高壓大功率變頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種應(yīng)用于電力電子技術(shù)領(lǐng)域的高壓大功率變頻器，尤 指一種基于輸出電壓自動補償?shù)膯卧?lián)高壓大功率變頻器。
背景技術(shù)：
變頻器作為一種高效、節(jié)能、環(huán)保的自動化裝置，要求調(diào)速響應(yīng)快、精 度高，可使標準電機快速、高精度地調(diào)速。目前單元串聯(lián)型高壓大功率變頻器大都采用V/F控制方式，且系統(tǒng)處于開環(huán)運行模式。但在實際工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用中，由于某些大型機器設(shè)備的啟動/停止所造成變 頻器輸入電網(wǎng)的波動很大，同時生產(chǎn)負載的變化、變頻器內(nèi)部損耗的變化、 元件參數(shù)的飄移等將使變頻器的輸出電壓產(chǎn)生較大的波動。同時，由于電機 在運行時要求輸出電壓與頻率按一定比例關(guān)系變化，以充分利用電機的磁心， 獲得最大的效益。但由于以上原因?qū)е伦冾l器輸出電壓波動，從而使電機上 的電壓與頻率的比例關(guān)系發(fā)生變化，會使電機出現(xiàn)欠飽和或過飽和欠飽和 時會使電機效益降低，過飽和則會增加電機的損耗。另 一方面，系統(tǒng)處于開環(huán)運行模式使變頻器內(nèi)部不了解實際輸出電壓情 況，系統(tǒng)響應(yīng)速度慢，實時性不強，控制精度較差。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提出 一種能自適應(yīng)地調(diào)整控制、保持輸出電壓穩(wěn) 定的單元串聯(lián)型高壓大功率變頻器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中變頻器采用開環(huán)控制 所存在控制精度不高、輸出電壓波動過大等諸多缺陷的技術(shù)問題。為解決上述問題，本實用新型公開一種輸出電壓自動補償?shù)膯卧?lián)高壓大功率變頻器，包括*接收高壓電信號輸入的移相變壓器、以及與所述移相變壓器連接的至少一組功率單元，還包括電壓檢測單元，通過電壓互感器連接在所述功率單元的輸出端； 中央控制單元，連接在所述功率單元與所述電壓檢測單元的輸出端之間， 形成對所述功率單元的輸出電壓的反饋控制，用于接收所述電壓檢測單元檢 測的所述功率單元的輸出電壓，并與電壓給定信號相比較，利用誤差信號產(chǎn) 生相應(yīng)的控制信號動態(tài)調(diào)整所述功率單元的輸出電壓信號。 較優(yōu)的，所述中央控制單元包括V/F曲線生成器，用于4艮據(jù)輸入的頻率信號，按比例輸出所述電壓給定信號；比較器，連接在所述V/F曲線生成器與所述電壓檢測單元兩者的輸出端 之間，用于將所述功率單元的輸出電壓與所述電壓給定信號相比較，輸出一 個誤差控制信號；電壓調(diào)節(jié)器，連接在所述比較器的輸出端，接收所述誤差控制信號并產(chǎn) 生相應(yīng)的電壓輸出信號；PWM調(diào)制器，連接在所述電壓調(diào)節(jié)器的輸出端與所述功率單元之間，根 據(jù)輸入的頻率信號和所述電壓調(diào)節(jié)器輸出的電壓輸出信號，產(chǎn)生一個用于控 制所述功率單元輸出電壓信號的PWM控制信號。3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種輸出電壓自動補償?shù)膯卧?lián)高壓大功率 變頻器，其特征在于，所述電壓調(diào)節(jié)器為 一個PID調(diào)節(jié)器，使輸出至所述PWM 調(diào)節(jié)器的電壓輸出信號為所述功率單元實際需要輸出的電壓調(diào)制信號。4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種輸出電壓自動補償?shù)膯卧?lián)高壓大功率 變頻器，其特征在于，所述中央控制單元還包括脈沖輸出電路，連接在所述PWM調(diào)制器與所述功率單元之間，用于接收 所述PWM調(diào)制器輸出的PWM控制信號并驅(qū)動所述功率單元。較優(yōu)的，所述中央控制單元還包括A/D轉(zhuǎn)換器，連接在所述電壓檢測 單元的輸出端，用于接收輸入的給定模擬頻率信號，轉(zhuǎn)換為數(shù)字頻率信號后 輸出至所述V/F曲線生成器和所述PWM調(diào)制器，并將所述電壓檢測單元的 輸出電壓信號轉(zhuǎn)為數(shù)字電壓信號后輸出至所述比較器。較優(yōu)的，所述V/F曲線生成器、所述比較器和所述電壓調(diào)節(jié)器集成設(shè)置 于一個DSP芯片中。較優(yōu)的，所述電壓檢測單元包括整流電路和濾波電路。較優(yōu)的，所述濾波電路包括一濾波電容器，連接在所述整流電路的輸出 端和地之間。較優(yōu)的，所述功率單元共包括三組，每組所述功率單元分別設(shè)置于三相 電路的其中一相電路中。較優(yōu)的，每組所述功率單元包括5個串聯(lián)的功率單元，所述移相變壓器 將高壓輸入電壓信號移相處理，輸出15組相互隔離且相位相差一定電角度的 三相電壓信號，并分別輸出至15個所述功率單元。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果本實用新型大功率變頻器通過增加輸出電壓檢測電路和電壓調(diào)節(jié)器，使 輸出電壓調(diào)節(jié)形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，驅(qū)動PWM調(diào)制器產(chǎn)生適合的控制信號當 輸出電壓變高時，PWM控制器輸出脈寬變小，從而使輸出電壓降低；反之， 當輸出電壓變低時，PWM控制器輸出脈寬變大，從而使輸出電壓升高，以保 持輸出電壓的穩(wěn)定。因此，本實用新型的變頻器具有輸出電壓穩(wěn)定、控制精 度高的優(yōu)點；尤其適于為高壓電機提供工作電源的搭配使用，本實用新型的 變頻器能夠使電機獲得較高的效益、減小電機的損耗，且控制系統(tǒng)具有響應(yīng) 速度快、實時性強的特點，控制精度被大大加強。


圖l是本實用新型一個較佳具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型的控制原理方框示意圖。 圖3是本實用新型的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
請參考圖1所示，是應(yīng)用本實用新型的變頻器為一個三相電機200提供 工作電源的具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本實用新型基于輸出電壓自動補償?shù)母邏捍蠊β首冾l器包括移相變壓 器IIO、功率單元120、電壓互感器130、電壓檢測電路140和中央控制單元輸出端；所述中央控制單元150連接在所述功率單元120與所述電壓檢測單 元140的輸出端之間，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，形成對所述功率單元120的輸出 電壓的反饋控制，用于接收所述電壓檢測單元140檢測的所述功率單元120 的輸出電壓，并與.電壓給定信號相比較，利用誤差信號產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號 動態(tài)調(diào)整所述功率單元120的輸出電壓信號。其中，所述功率單元120共包括三組，每組所述功率單元120分別設(shè)置 于三相電路的其中一相電路中，每組所述功率單元200包括5個串聯(lián)的功率 單元；所述移相變壓器IOO將高壓輸入電壓信號移相處理，輸出15組相互隔 離且相位相差一定電角度的三相電壓信號，并分別輸出至15個所述功率單元 120。每5個相互串聯(lián)的所述功率單元120作為一組輸出，最終形成三相高壓 變頻輸出，供給高壓三相電機200。請結(jié)合圖2所示，所述中央控制單元150包括V/F曲線生成器151、比 較器152、電壓調(diào)節(jié)器153和PWM調(diào)制器154。其中，所述V/F曲線生成器 151是根據(jù)輸入的給定頻率信號，按比例輸出所述電壓給定信號；所述比較器 152連接在所述V/F曲線生成器151與所述電壓檢測單元140兩者的輸出端之間，將所述功率單元120的輸出電壓與所述電壓給定信號相比較，輸出一個 誤差控制信號；所述電壓調(diào)節(jié)器154為一個PID調(diào)節(jié)器，連接在所迷比較器 153的輸出端，接收所述誤差控制信號并產(chǎn)生相應(yīng)的電壓輸出信號；所述PWM 調(diào)制器154連接在所述電壓調(diào)節(jié)器153的輸出端與所述功率單元120之間， 根據(jù)輸入的頻率信號和所述電壓調(diào)節(jié)器153輸出的電壓輸出信號，產(chǎn)生一個 用于控制所述功率單元120輸出電壓信號的PWM控制信號。同時，再結(jié)合圖3所示，是本實用新型的電路結(jié)構(gòu)示意圖。給定頻率信 號通過A/D轉(zhuǎn)換器170將模擬頻率信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字頻率信號，輸入至DSP芯 片180/其中，所述DSP芯片180的內(nèi)部采用軟件集成了所述V/F曲線生成 器151。同時，為了充分利用電機的磁心，獲得最大的效益，故所述V/F曲線 生成器151所輸出的電壓給定信號與頻率按一定比例關(guān)系變化。因此，電壓 給定信號所對應(yīng)變頻器所需的輸出電壓。但由于輸入電網(wǎng)的波動、生產(chǎn)負載 的變化、'變頻器內(nèi)部損耗的變化、元件參數(shù)的飄移等原因，使得實際輸出電 壓產(chǎn)生很大的波動。為了精確的檢測輸出電壓，采用3個電壓互感器(CT1 CT3) 130直接 檢測變頻器的輸出電壓，檢測、降壓后的輸出電壓經(jīng)整流電路141整流、濾 波電容器142的濾波處理后，輸出至所述A/D轉(zhuǎn)換器170,經(jīng)所述A/D轉(zhuǎn)換 器170模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換后形成實際電壓反饋信號輸入至所述DSP芯片180, 也即是輸入至所述V/F曲線生成器151。其中，電壓給定信號和實際電壓的差值作為所迷電壓調(diào)節(jié)器153的輸入， 所述電壓調(diào)節(jié)器153為一典型的PID調(diào)節(jié)器。當實際電壓反饋小于給定電壓 時，所述電壓調(diào)節(jié)器153輸出電壓增加；當實際電壓反饋大于給定電壓時， 所述電壓調(diào)節(jié)器153輸出電壓降低；而當實際電壓反饋等于給定電壓時，所 述電壓調(diào)節(jié)器153輸出電壓維持不變。這樣，變頻器內(nèi)部形成了一個典型的 輸出電壓閉環(huán)系統(tǒng)，不僅使變頻器內(nèi)部了解實際輸出電壓情況，而且使輸出至所述PWM調(diào)節(jié)器154的電壓輸出信號為系統(tǒng)實際需要輸出的電壓調(diào)制信號。而所述PWM調(diào)制器154作為脈沖調(diào)制輸出單元，"^安照頻率給定和系統(tǒng)實 際需要輸出的電壓調(diào)制信號調(diào)制輸出一定頻率、 一定寬度的產(chǎn)生合適的PWM 信號，PWM信號經(jīng)圖3中的脈沖輸出電路160輸出合適的電壓波形驅(qū)動各功 率單元120。因此，在給定頻率不變的情況下，當輸出電壓變高時，經(jīng)系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)， 所述PWM調(diào)制器153的輸出使PWM脈寬變小，從而使輸出電壓降低；反之， 當輸出電壓變低時，經(jīng)系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)，所述PWM調(diào)制器153輸出使PWM脈 寬變寬，以保持輸出電壓的穩(wěn)定，使電機獲得較高的效益，減小電機的損耗。
權(quán)利要求1. 一種輸出電壓自動補償?shù)膯卧?lián)高壓大功率變頻器，包括接收高壓電信號輸入的移相變壓器、以及與所述移相變壓器連接的至少一組功率單元，其特征在于，還包括電壓檢測單元，通過電壓互感器連接在所述功率單元的輸出端；中央控制單元，連接在所述功率單元與所述電壓檢測單元的輸出端之間，形成對所述功率單元的輸出電壓的反饋控制，用于接收所述電壓檢測單元檢測的所述功率單元的輸出電壓，并與電壓給定信號相比較，利用誤差信號產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號動態(tài)調(diào)整所述功率單元的輸出電壓信號。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輸出電壓自動補償?shù)膯卧?lián)高壓大功率 變頻器，其特征在于，所述中央控制單元包括V/F曲線生成器，用于根據(jù)輸入的頻率信號，按比例輸出所述電壓給定信號；比較器，連接在所述V/F曲線生成器與所述電壓檢測單元兩者的輸出端 之間，用于將所述功率單元的輸出電壓與所述電壓給定信號相比較，輸出一 個誤差控制信號；電壓調(diào)節(jié)器，連接在所述比較器的輸出端，接收所述誤差控制信號并產(chǎn) 生相應(yīng)的電壓輸出信號；PWM調(diào)制器，連接在所述電壓調(diào)節(jié)器的輸出端與所述功率單元之間，根 據(jù)輸入的頻率信號和所述電壓調(diào)節(jié)器輸出的電壓輸出信號，產(chǎn)生一個用于控 制所述功率單元輸出電壓信號的PWM控制信號。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種輸出電壓自動補償?shù)膯卧?lián)高壓大功率 變頻器，其特征在于，所述電壓調(diào)節(jié)器為一個PID調(diào)節(jié)器，使輸出至所述PWM 調(diào)節(jié)器的電壓輸出信號為所述功率單元實際需要輸出的電壓調(diào)制信號。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種輸出電壓自動補償?shù)膯卧?lián)高壓大功率變頻器，其特征在于，所述中央控制單元還包括脈沖輸出電路，連接在所述PWM調(diào)制器與所述功率單元之間，用于接收所述PWM調(diào)制器輸出的PWM控制信號并驅(qū)動所述功率單元。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種輸出電壓自動補償?shù)膯卧?lián)高壓大功率 變頻器，其特征在于，所述中央控制單元還包括A/D轉(zhuǎn)換器，連接在所述電壓檢測單元的輸出端，用于接收輸入的給定 模擬頻率信號，轉(zhuǎn)換為數(shù)字頻率信號后輸出至所述V/F曲線生成器和所述 PWM調(diào)制器，并將所述電壓檢測單元的輸出電壓信號轉(zhuǎn)為數(shù)字電壓信號后輸 出至所述比較器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種輸出電壓自動補償?shù)膯卧?lián)高壓大功率 變頻器，其特征在于，所述V/F曲線生成器、所述比較器和所述電壓調(diào)節(jié)器 集成設(shè)置于一個DSP芯片中。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l-6任何一項所述的一種輸出電壓自動補償?shù)膯卧?lián) 高壓大功率變頻器，其特征在于，所述電壓檢測單元包括整流電路和濾波電 路。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所迷的一種輸出電壓自動補償?shù)膯卧?lián)高壓大功率 變頻器，其特征在于，所述濾波電路包括一濾波電容器，連接在所述整流電 路的輸出端和地之間。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所迷的一種輸出電壓自動補償?shù)膯卧?lián)高壓大功率 變頻器，其特征在于，所述功率單元共包括三組，每組所述功率單元分別設(shè) 置于三相電路的其中一相電路中。
10、'根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種輸出電壓自動補償?shù)膯卧?lián)高壓大功 率變頻器，其特征在于，每組所述功率單元包括5個串聯(lián)的功率單元，所述 移相變壓器將高壓輸入電壓信號移相處理，輸出15組相互隔離且相位相差一 定電角度的三相電壓信號，并分別輸出至15個所述功率單元。
專利摘要本實用新型公開一種輸出電壓自動補償?shù)膯卧?lián)高壓大功率變頻器，包括接收高壓電信號輸入的移相變壓器、與所述移相變壓器連接的至少一組功率單元；電壓檢測單元，通過電壓互感器連接在所述功率單元的輸出端；中央控制單元，連接在所述功率單元與所述電壓檢測單元的輸出端之間，形成對所述功率單元的輸出電壓的反饋控制，用于接收所述電壓檢測單元檢測的所述功率單元的輸出電壓，并與電壓給定信號相比較，利用誤差信號產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號動態(tài)調(diào)整所述功率單元的輸出電壓信號。本實用新型的變頻器采用閉環(huán)控制輸出電壓，具有控制精度高、輸出電壓穩(wěn)定的優(yōu)點，尤其適于為高壓電機提供工作電源。
文檔編號H02M5/22GK201113803SQ200720120900
公開日2008年9月10日 申請日期2007年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月19日
發(fā)明者周邦華, 武貴林 申請人:深圳市中傳電氣技術(shù)有限公司