[發明專利]矩陣式變換器

無效

• 申請號: 200610123987.1
• 申請日: 2006-12-01
• 公開（公告）號: CN101079578A
• 公開（公告）日: 2007-11-28
• 發明（設計）人: 徐克祥
• 申請（專利權）人: 徐克祥
• 主分類號: H02M5/27
• 分類號: H02M5/27;H02M5/257
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 李衛東

??????????????????????????技術領域

本發明涉及交流電動機變頻調速裝置，具體是指矩陣式變換器。

??????????????????????????背景技術

目前市場上常用的變頻調速技術有交—直—交和交—交兩種方式。

現有的交—直—交變頻調速裝置是目前的主流產品，交流電先整流為直流，再將直流逆變成頻率、電壓可控的交流電，它必須使用電壓和電流等級遠低于晶閘管的IGBT管開關器件，當用于高電壓、大電流的大功率或特大功率場合時，必須采用多級和多重疊技術，因之其控制技術復雜，實現難度大，致使裝置體積龐大，同時由于要先整流為直流以致產生諧波干擾，對電網產生污染。交—直—交變頻調速裝置更有以下缺點：功率因數低，濾波電容價格高、壽命短，其中核心元件IGBT管國內目前無法生產，都掌握在外國僅有的幾家公司手里，而國產變頻器產品基本上不具有自主知識產權，只能夠占據—小部份低端產品份額，在技術和產品質量上都不具備競爭力。

傳統的交—交變頻調速裝置所輸出的交流頻率范圍均限制在輸入交流頻率50赫茲的1/3～1/2以下，調速范圍小；為了滿足大功率電動機調速要求，傳統的交—交變頻調速裝置往往體積龐大，成本高昂，并對電網污染嚴重和功率因數低。但是交流電動機變頻調速技術的出現，使交流電機無級調速系統以其結構簡單，維護方便等一系列優點，正在取代直流電機及其他調速技術，在電力拖動領域得到越來越廣泛的應用。目前我國沿海經濟發達地區已開始采用交流電動機變頻調速產品，我國已經使用的變頻器(交—直—交和少量交—交)總容量約為2000萬千瓦，其中70％應用于風機和水泵類負載。

據不完全統計，全國現有各類電動機裝機總容量為5億多千瓦，這些設備加起來的用電量約占工業用電量的80％，約占全國發電量的30％以上。其中一半，即2.5億千瓦的容量為風機和泵類負載，它絕大部分仍采用簡單的風門檔板或閥門調節流量，把工作不需要那部分空氣或水向外排泄，這就意味著大量能源浪費。

統計資料顯示我國目前所需要改造的交流電動機總功率約為1000億千瓦時，總市場價值約為650億元人民幣。

專家預測，在未來5年內，我國將有20％的風機，水泵類設備采用變頻技術進行改造，大概需要5000萬千瓦的交流變頻裝置，產值超過200億元。

世界各國正研究具備如下性能的″綠色″變換器：(1)輸入輸出電流都是正弦；(2)輸入功率因數可控，且帶任何負載其功率因數為1.0；(3)工頻上下有任意可控輸出頻率和電壓；(4)能量傳輸可逆；(5)無體積龐大的濾波電容。

這種變換器研制迄今已有二十多年，但仍有如下問題沒有解決，因之也無法產業化。

(1)未能實現雙向開關簡潔可靠換流，雖有復雜多重換流技術，但由于主要開關器件的性能(低電壓、小電流)，使之僅限于中電壓、低電壓裝置；

(2)輸出輸入電壓比僅限于0.866，使電機出力受限；

(3)雙向開關器件保護和主電路輸入輸出濾波電路復雜。

??????????????????????????發明內容

本發明為了克服以上現有技術存在的不足，提供了一種安全可靠、設備簡潔、結構緊湊、價格低廉、適用于大、中、小功率和特大功率場合、節約電能的矩陣式變換器。

本發明的目的通過以下的技術方案實現：本矩陣式變換器，包括整形電路、反饋電路、單片機、矩陣式變換器主電路，整形電路與單片機的比較電路的CP0₊、CP0_-連接，反饋電路與單片機的AIN0、AIN1模擬輸入口連接，單片機的數字I/O端口Tx、Rx口與顯示器和鍵盤連接；單片機的P1、P2、P3端口通過光電隔離器和功率放大器與矩陣式變換主電路的晶閘管控制極連接，矩陣式變換器主電路的輸入端與電源連接，輸出端與負載電動機連接。

所述矩陣式變換器主電路為單矩陣式變換主電路或者雙矩陣式變換主電路。

所述矩陣式變換器的控制方法，包括如下步驟：

(1)同步信號經整形電路送入單片機比較器電路，再進入INT0使不同功能單元有序工作，同時定時校準起始角，消除積累誤差；

(2)反饋信號經反饋電路進入單片機的模擬輸入口AIN0、AIN1與給定量比較后，進行調整控制；

(3)顯示器、鍵盤與單片機的Rx口和Tx口相連顯示各種信號和人機對話；