專利名稱：一種前饋補(bǔ)償節(jié)能控制變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及矩陣變換器技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種前饋補(bǔ)償節(jié)能控制變換裝置。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，交-直-交電壓型變頻調(diào)速裝置已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于交流調(diào)速系統(tǒng)中且結(jié)構(gòu)愈來(lái)愈緊湊。但由于裝置中應(yīng)用了二極管橋式整流器所以輸入電流波形失真度大、功率因數(shù)低。隨著電網(wǎng)負(fù)載中電力電子設(shè)備的增加畸變電流對(duì)電網(wǎng)品質(zhì)的污染已成為不可忽視的問(wèn)題，因此研究新型的既有優(yōu)良控制性能和優(yōu)良輸入電流品質(zhì)而又成本低、結(jié)構(gòu)緊湊可靠的變換器已成為當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)。矩陣式變換器可以克服上述缺點(diǎn)，它是一種單級(jí)電源變換器，除了應(yīng)用一個(gè)體積不大的交流濾波器外不需貯能環(huán)節(jié)。矩陣式變換器由于其輸入電流、輸出電壓為正弦波，無(wú)中間儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，諧波污染小，已成為交一交變頻器的研究熱點(diǎn)。間接變換法是目前研究最多，也是最有前途的一種調(diào)制策略。它將交一交變換虛擬為交直和直交變換，這樣可以將現(xiàn)有的SPWM控制技術(shù)和高頻PWM波形合成技術(shù)相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)高效變換。然而在間接變換法中，由于虛擬整流環(huán)節(jié)中無(wú)電感、電容等儲(chǔ)能元件，輸入電壓的不對(duì)稱、畸變、浪涌等特殊情況將直接導(dǎo)致矩陣變換器輸出特性降低。在實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在矩陣變換器輸出性能差和用電質(zhì)量可靠性差等缺陷。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種前饋補(bǔ)償節(jié)能控制變換裝置，以實(shí)現(xiàn)矩陣變換器輸出性能好和用電質(zhì)量可靠性好的優(yōu)點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種前饋補(bǔ)償節(jié)能控制變換裝置，包括依次連接的三相交流電源、輸入濾波器、雙級(jí)矩陣變換器主電路和三相電機(jī)Μ，依次連接在所述三相交流電源和輸入濾波器的公共端與雙級(jí)矩陣變換器主電路的電源端的扇區(qū)發(fā)生器、主控制單元和驅(qū)動(dòng)及隔離電源單元，依次連接在所述扇區(qū)發(fā)生器的輸入端與主控制單元的調(diào)度端之間的前饋補(bǔ)償控制單元和乘法器。進(jìn)一步地，所述輸入濾波器，包括配合連接在所述三相交流電源與雙級(jí)矩陣變換器主電路的輸入端之間的第一至三電感LI至L3，以及第一連接端分別與第一至三電感LI至L3的輸出端連接、第二連接端連接在一起的第一至三電感Cl至C3。進(jìn)一步地，所述雙級(jí)矩陣變換器主電路，包括依次連接在第一至三電感LI至L3與三相電機(jī)M之間的整流級(jí)和逆變級(jí)。進(jìn)一步地，所述整流級(jí)，包括第一 MOS管、第二 MOS管、第一二極管和第二二極管，其中:所述第一 MOS管的柵極和第二 MOS管的柵極均為控制端，第一 MOS管的漏極與第一二極管的陰極連接，第一 MOS管的源極分別與第一二極管的陽(yáng)極、第二二極管的陽(yáng)極和第二 MOS管的源極連接，第二 MOS管的漏極與第二二極管的陰極連接。進(jìn)一步地，所述逆變級(jí)，包括MOS管和二極管，其中:所述MOS管的柵極為控制端，MOS管的漏極與二極管的陰極連接，MOS管的源極與二極管的陽(yáng)極連接。進(jìn)一步地，所述主控制單元，包括依次與扇區(qū)發(fā)生器連接的整流級(jí)空間矢量生成模塊和逆變級(jí)空間矢量生成模塊；所述整流級(jí)空間矢量生成模塊的第二輸入端為整流級(jí)調(diào)制度給定端，整流級(jí)空間矢量生成模塊的第二輸出端與驅(qū)動(dòng)及隔離電源單元連接；所述逆變級(jí)空間矢量生成模塊的第二輸入端為輸出頻率給定端，逆變級(jí)空間矢量生成模塊的反饋端為補(bǔ)償后調(diào)制度端、與乘法器的輸出端連接，逆變級(jí)空間矢量生成模塊的輸出端與驅(qū)動(dòng)及隔離電源單元連接。進(jìn)一步地，所述前饋補(bǔ)償控制單元，包括依次連接在扇區(qū)發(fā)生器的輸入端與乘法器的輸入端之間的線電壓包絡(luò)檢測(cè)模塊和除法器。本實(shí)用新型各實(shí)施例的前饋補(bǔ)償節(jié)能控制變換裝置，由于包括依次連接的三相交流電源、輸入濾波器、雙級(jí)矩陣變換器主電路和三相電機(jī)M，依次連接在三相交流電源和輸入濾波器的公共端與雙級(jí)矩陣變換器主電路的電源端的扇區(qū)發(fā)生器、主控制單元和驅(qū)動(dòng)及隔離電源單元，依次連接在扇區(qū)發(fā)生器的輸入端與主控制單元的調(diào)度端之間的前饋補(bǔ)償控制單元和乘法器；可以僅用雙向開(kāi)關(guān)將輸入與輸出直接相接，使得矩陣變換器的輸出性能更易受非正常輸入影響；從而可以克服現(xiàn)有技術(shù)中矩陣變換器輸出性能差和用電質(zhì)量可靠性差的缺陷，以實(shí)現(xiàn)矩陣變換器輸出性能好和用電質(zhì)量可靠性好的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本實(shí)用新型而了解。下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與本實(shí)用新型的實(shí)施例一起用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限制。在附圖中:圖1為本實(shí)用新型前饋補(bǔ)償節(jié)能控制變換裝置的工作原理示意圖。結(jié)合附圖，本實(shí)用新型實(shí)施例中附圖標(biāo)記如下:1-扇區(qū)發(fā)生器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例，提供了一種前饋補(bǔ)償節(jié)能控制變換裝置。如圖1所示，本實(shí)施例的前饋補(bǔ)償節(jié)能控制變換裝置，包括依次連接的三相交流電源、輸入濾波器、雙級(jí)矩陣變換器主電路和三相電機(jī)M，依次連接在三相交流電源和輸入濾波器的公共端與雙級(jí)矩陣變換器主電路的電源端的扇區(qū)發(fā)生器(如扇區(qū)發(fā)生器I)、主控制單元和驅(qū)動(dòng)及隔離電源單元，依次連接在扇區(qū)發(fā)生器的輸入端與主控制單元的調(diào)度端之間的前饋補(bǔ)償控制單元和乘法器。上述輸入濾波器，包括配合連接在三相交流電源與雙級(jí)矩陣變換器主電路的輸入端之間的第一至三電感LI至L3，以及第一連接端分別與第一至三電感LI至L3的輸出端連接、第二連接端相連的第一至三電感Cl至C3。上述雙級(jí)矩陣變換器主電路，包括依次連接在第一至三電感LI至L3與三相電機(jī)M之間的整流級(jí)和逆變級(jí)。該整流級(jí)，包括第一 MOS管、第二 MOS管、第一二極管和第二二極管，其中:第一MOS管的柵極和第二 MOS管的柵極均為控制端，第一 MOS管的漏極與第一二極管的陰極連接，第一MOS管的源極分別與第一二極管的陽(yáng)極、第二二極管的陽(yáng)極和第二MOS管的源極連接，第二 MOS管的漏極與第二二極管的陰極連接。或者,該逆變級(jí),包括MOS管和二極管,其中:M0S管的柵極為控制端,MOS管的漏極與二極管的陰極連接，MOS管的源極與二極管的陽(yáng)極連接。上述主控制單元，包括依次與扇區(qū)發(fā)生器連接的整流級(jí)空間矢量生成模塊和逆變級(jí)空間矢量生成模塊；整流級(jí)空間矢量生成模塊的第二輸入端為整流級(jí)調(diào)制度給定端，整流級(jí)空間矢量生成模塊的第二輸出端與驅(qū)動(dòng)及隔離電源單元連接；逆變級(jí)空間矢量生成模塊的第二輸入端為輸出頻率給定端，逆變級(jí)空間矢量生成模塊的反饋端為補(bǔ)償后調(diào)制度端、與乘法器的輸出端連接，逆變級(jí)空間矢量生成模塊的輸出端與驅(qū)動(dòng)及隔離電源單元連接。[0031]上述前饋補(bǔ)償控制單元，包括依次連接在扇區(qū)發(fā)生器的輸入端與乘法器的輸入端之間的線電壓包絡(luò)檢測(cè)模塊和除法器。上述實(shí)施例的前饋補(bǔ)償節(jié)能控制變換裝置的工作原理為:常規(guī)變換器可以通過(guò)直流側(cè)儲(chǔ)能環(huán)節(jié)克服或緩解電網(wǎng)的非正常輸入影響。而矩陣變換器的獨(dú)特之處是直流側(cè)無(wú)儲(chǔ)能元件，僅用雙向開(kāi)關(guān)將輸入與輸出直接相接，故輸出性能更易受非正常輸入影響。IOkV及以下三相供電電壓允許偏差為額定電壓的土7%，220V單相供電電壓允許偏差為額定電壓的+7%，-10% ;電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)正常電壓不平衡度允許值2%，短時(shí)間不得超過(guò)4%。上述實(shí)施例的前饋補(bǔ)償節(jié)能控制變換裝置，至少具有以下有益效果:⑴控制自由度大，輸出電壓可調(diào)，輸出頻率不受輸入頻率的限制 ’紙槻⑵輸入功率因數(shù)可調(diào)，可以滯后、超前或?yàn)镮不受負(fù)載限制 ’紙槻⑶輸入電流正弦，對(duì)電網(wǎng)無(wú)諧波污染； 槻⑷能量可以雙向流動(dòng)，尤其適合于電機(jī)四象限運(yùn)行；鉱槻(5)無(wú)任何中間直流環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、效率高，易于實(shí)現(xiàn)集成化和模塊化，特別適合實(shí)現(xiàn)電機(jī)與變頻器一體；(6)該前饋補(bǔ)償節(jié)能控制變換裝置，是通過(guò)引入前饋補(bǔ)償控制，將影響矩陣變換器輸出特性的各種非正常輸入轉(zhuǎn)化為虛擬整流輸出的擾動(dòng)，通過(guò)改變逆變器輸出的脈沖寬度加以補(bǔ)償。將該控制策略應(yīng)用于SPWM三相矩陣變換器，對(duì)調(diào)制正弦參考信號(hào)首先進(jìn)行預(yù)調(diào)制，使其幅值隨虛擬整流電壓的變化而進(jìn)行實(shí)時(shí)、適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，然后再進(jìn)行常規(guī)二次調(diào)制，從而最終產(chǎn)生具有補(bǔ)償因素的脈沖。控制方案簡(jiǎn)單，易于通過(guò)硬件或數(shù)值算法實(shí)現(xiàn)。最后應(yīng)說(shuō)明的是:以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種前饋補(bǔ)償節(jié)能控制變換裝置，其特征在于，包括依次連接的三相交流電源、輸入濾波器、雙級(jí)矩陣變換器主電路和三相電機(jī)M，依次連接在所述三相交流電源和輸入濾波器的公共端與雙級(jí)矩陣變換器主電路的電源端的扇區(qū)發(fā)生器、主控制單元和驅(qū)動(dòng)及隔離電源單元，依次連接在所述扇區(qū)發(fā)生器的輸入端與主控制單元的調(diào)度端之間的前饋補(bǔ)償控制單元和乘法器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的前饋補(bǔ)償節(jié)能控制變換裝置，其特征在于，所述輸入濾波器，包括配合連接在所述三相交流電源與雙級(jí)矩陣變換器主電路的輸入端之間的第一至三電感LI至L3，以及第一連接端分別與第一至三電感LI至L3的輸出端連接、第二連接端連接在一起的第一至三電感Cl至C3。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的前饋補(bǔ)償節(jié)能控制變換裝置，其特征在于，所述雙級(jí)矩陣變換器主電路，包括依次連接在第一至三電感LI至L3與三相電機(jī)M之間的整流級(jí)和逆變級(jí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的前饋補(bǔ)償節(jié)能控制變換裝置，其特征在于，所述整流級(jí)，包括第一 MOS管、第二 MOS管、第一二極管和第二二極管，其中: 所述第一 MOS管的柵極和第二 MOS管的柵極均為控制端，第一 MOS管的漏極與第一二極管的陰極連接，第一 MOS管的源極分別與第一二極管的陽(yáng)極、第二二極管的陽(yáng)極和第二MOS管的源極連接，第二 MOS管的漏極與第二二極管的陰極連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的前饋補(bǔ)償節(jié)能控制變換裝置，其特征在于，所述逆變級(jí)，包括MOS管和二極管，其中: 所述MOS管的柵極為控制端，MOS管的漏極與二極管的陰極連接，MOS管的源極與二極管的陽(yáng)極連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-5中任一項(xiàng)所述的前饋補(bǔ)償節(jié)能控制變換裝置，其特征在于，所述主控制單元，包括依次與扇區(qū)發(fā)生器連接的整流級(jí)空間矢量生成模塊和逆變級(jí)空間矢量生成模塊； 所述整流級(jí)空間矢量生成模塊的第二輸入端為整流級(jí)調(diào)制度給定端，整流級(jí)空間矢量生成模塊的第二輸出端與驅(qū)動(dòng)及隔離電源單元連接； 所述逆變級(jí)空間矢量生成模塊的第二輸入端為輸出頻率給定端，逆變級(jí)空間矢量生成模塊的反饋端為補(bǔ)償后調(diào)制度端、與乘法器的輸出端連接，逆變級(jí)空間矢量生成模塊的輸出端與驅(qū)動(dòng)及隔離電源單元連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的前饋補(bǔ)償節(jié)能控制變換裝置，其特征在于，所述前饋補(bǔ)償控制單元，包括依次連接在扇區(qū)發(fā)生器的輸入端與乘法器的輸入端之間的線電壓包絡(luò)檢測(cè)模塊和除法器。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種前饋補(bǔ)償節(jié)能控制變換裝置，包括依次連接的三相交流電源、輸入濾波器、雙級(jí)矩陣變換器主電路和三相電機(jī)M，依次連接在所述三相交流電源和輸入濾波器的公共端與雙級(jí)矩陣變換器主電路的電源端的扇區(qū)發(fā)生器、主控制單元和驅(qū)動(dòng)及隔離電源單元，依次連接在所述扇區(qū)發(fā)生器的輸入端與主控制單元的調(diào)度端之間的前饋補(bǔ)償控制單元和乘法器。本實(shí)用新型所述前饋補(bǔ)償節(jié)能控制變換裝置，可以克服現(xiàn)有技術(shù)中矩陣變換器輸出性能差和用電質(zhì)量可靠性差等缺陷，以實(shí)現(xiàn)矩陣變換器輸出性能好和用電質(zhì)量可靠性好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02P27/08GK203057066SQ20122069160
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者戴偉, 郭亮, 陳芳, 何艷榮, 李保鵬 申請(qǐng)人:新疆希望電子有限公司