[發(fā)明專利]一種三相大功率變頻電源及其工作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110048897.1
• 申請日: 2011-03-01
• 公開（公告）號: CN102158100A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發(fā)明（設計）人: 李振虎;孔德寶;趙金寶
• 申請（專利權(quán)）人: 山東沃森電源設備有限公司
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458;H02H7/10;H02P1/30
• 代理公司: 濟南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 王緒銀

技術領域

本發(fā)明涉及一種三相大功率變頻電源及其工作方法，屬于變頻電源技術領域。

背景技術

變頻電源是將市電中的交流電經(jīng)過AC→DC→AC變換，輸出為正弦波的電源設備，其輸出頻率和電壓在一定范圍內(nèi)可調(diào)，主要采用IGBT或IPM逆變技術實現(xiàn)。其PWM控制波形的產(chǎn)生和控制方法是：首先采用信號發(fā)生電路產(chǎn)生頻率和幅值一定的標準正弦波，然后通過頻率和幅值一定的載波(一般為三角波或鋸齒波)對正弦波進行調(diào)制，從而產(chǎn)生PWM控制波形，驅(qū)動逆變電路實現(xiàn)變頻輸出。而對變頻電源輸出電壓的控制則通過輸出電壓反饋信號與給定基準電壓信號的負反饋電路實現(xiàn)。

由于變頻電源工作的電磁環(huán)境惡劣，且內(nèi)部使用了整流橋、IGBT等電力電子開關器件，變頻電源在工作時自身也會產(chǎn)生較強的電磁干擾，特別是三相大功率變頻電源(60KVA以上)在運行時的電磁干擾更加嚴重，在嚴重的電磁干擾環(huán)境下，變頻電源的標準正弦波、載波、基準電壓信號以及反饋信號等模擬信號易受到干擾而使變頻電源產(chǎn)生誤動作，甚至引起變頻電源的損壞。

同時變頻電源的應用領域越來越廣泛，近年來在大功率電機領域，由于變頻電源輸出電壓的穩(wěn)定性和實際應用中的經(jīng)濟環(huán)保性，越來越多的用戶選擇變頻電源取代發(fā)電機，為電機負載提供動力。但由于電機的負載特性較為復雜，現(xiàn)有變頻電源的控制方法對電機負載的適應性不強。

在電機的變頻啟動應用中，要求變頻電源的輸出電壓頻率比恒定，即V/F＝C(常數(shù))。且由于電機特性復雜，往往需要根據(jù)電機的特性參數(shù)確定電機啟動的V/F曲線，現(xiàn)有的變頻電源電壓和頻率不能同時調(diào)節(jié)，或者不能對輸出V/F曲線進行控制，不能實現(xiàn)變頻啟動。啟動電機時，往往采用直接啟動的方式，需要較大容量的變頻電源(一般為電機額定功率的7倍)，不但造成經(jīng)濟上的浪費，而且造成對電網(wǎng)的污染。變頻器雖然能夠?qū)崿F(xiàn)電機的變頻控制，但由于變頻器的輸出電壓波形不是正弦波，諧波含量較高，波形質(zhì)量較差，一般只應用于電機的變頻調(diào)速控制，在綜合性負載供電場合，如電機、照明、設備、儀表等的應用場合，變頻器會對儀表設備造成很大的干擾，使儀表設備無法正常工作，因而變頻器的應用范圍受到很大限制。

由于變頻電源采用PWM逆變方式，輸出電壓中包含有一定的高頻諧波成分，其頻譜以載波為基波，當高頻諧波頻譜與電機固有頻率接近時形成共振，會引起電機的振動，影響電機特性，降低電機使用壽命。現(xiàn)有的變頻電源無法解決該問題，或者只能有針對性地進行現(xiàn)場調(diào)試，更改內(nèi)部硬件電路進行處理，處理方案不易實施且不具有普遍性和可重復性。

專利200710098692.8采用電壓空間矢量脈寬調(diào)制技術(SVPWM)，該技術僅適合于電機的速度控制，其輸出電壓波形失真度大，不適合其他負載應用，具有局限性。專利200710098692.8的逆變電路輸出沒有電氣隔離，存在安全隱患，當逆變電路故障時，電網(wǎng)電壓通過整流橋、整流輸入慢啟動電路、逆變電路、負載(電機)形成回路，危害操作人員的安全。專利200710098692.8的整流電路采用整流橋?qū)崿F(xiàn)，在大功率應用中，由于整流橋電路的功率因數(shù)較低(一般為0.6左右)，諧波電流大，對電網(wǎng)會造成嚴重的污染，并干擾電網(wǎng)上其他設備的正常運行。專利200710098692.8沒有逆變輸出電壓和電流的檢測反饋電路和控制算法，無法實現(xiàn)對輸出電壓和電流的實時監(jiān)測與控制。

專利200720064002.2為一單相輸出高壓電源，其技術方案不能實現(xiàn)三相電源輸出。并且存在著濾波電路復雜，包含了變壓器、電抗器、電阻、電容等多種元件，因而可靠性低，功率損耗大，不適合大功率應用。

總之，現(xiàn)有變頻電源，特別是三相大功率變頻電源，存在以下缺點和不足：

1、抗干擾能力差，易受到干擾而使變頻電源產(chǎn)生誤動作，甚至引起變頻電源的損壞。

2、不能控制輸出V/F曲線，實現(xiàn)對電機的變頻啟動。

3、難以解決因共振而引起的電機振動問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明提供一種三相大功率變頻電源及其工作方法。

本發(fā)明通過對變頻電源輸出電壓和電流信號的實時采樣與處理分析，調(diào)節(jié)變頻電源的PWM控制波形，從而實現(xiàn)對變頻電源輸出的快速調(diào)節(jié)和對負載的實時響應，特別適用于大功率電機負載。