专利名称：单电源三相线性变频器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于交流电机和其他三相交流负载控制技术领域，具体涉及 一种由单极性直流电源供电的单电源三相线性变频器。 技术背景
变频器是实现交流电动机无级调速的最佳装置，采用正弦脉宽调制
(SPWM)方式的变压变频技术是变频器的核心技术，该技术可以连续改变加 在三相交流电动机上电压的频率和幅值。由于该技术采用SPWM方式改变变 频器的输出电压的频率和幅值，其输出电压中包含高频谐波，高频谐波的存 在会增加电机的损耗和速度波动，降低电机调速品质。线性正弦波变频器可 以输出无高频谐波的正弦波交流电压，避免了 SPWM变频器高频谐波对电机 的不利影响，在高精度无级调速系统和高品质音响系统中有广泛应用。目前， 三相线性正弦波变频器采用的是双极性直流功率电源供电，三相负载需要引 出6根引线获得共地的三相电流采样信号，这样的三相线性正弦波变频器供 电源要求高，负载引线多，在仅有单极性直流供电电源的场合或只有三根引 出线负载的场合无法使用。 发明内容
本实用新型的目的是克服现有三相线性正弦波变频器供电源要求高，负 载引线多的缺陷和不足，提供一种只需要单极性直流电源，供三相负载使用 的单电源三相线性波变频器。它接线简单，无高频谐波，对供电源要求较低， 适用范围广。
本实用新型的技术解决方案是单电源三相线性变频器，包括与三相负 载连接的线性放大主电路，线性放大主电路所用的电源为单板性直流电源，线性放大主电路的输入端连接有三相正弦波信号发生器和三相差分放大器， 线性放大主电路与三相负载的连线之间分别串联有采样电阻，三相差分放大 器的输入端上有导线分别并联在采样电阻的两端。
本实用新型所述的线性放大主电路由电流调节器、电平偏移器和功率放 大器依次串联而成。
本实用新型所述的三相正弦波信号发生器采用带三路数模转换器的单 片机。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是 一是变频器输出的变频电 压或电流波形不含任何高频谐波，可以保证三相负载工作在无谐波的高品质 状态，由于无高频谐波，由本变频器供电的三相负载工作时还不会对周边运 行的电气设备产生电磁干扰。二是变频器由三相正弦波信号发生器提供频率 和电压幅值连续可调的三相对称正弦波信号，三相差分放大器可以将无共地 点的三相电流采样信号转变为有共地点的三相电流反馈信号，以便与信号发 生器输出的三相正弦波电压信号比较调节。线性放大主电路输出电流经采样 电阻和三相差分放大器转变为三相共地的三相电流反馈信号，并通过线性放 大主电路最终输出三相对称、频率连续可变且精度较高的正弦波电压(电 流)。三是只需要单极性直流功率电源供电，大大降低了对变频器供电电源 的要求，可以使本变频器适用范围更广泛。四是三相负载只需要3根引出线 而不是需要6根引出线，从而使三相负载与变频器的连线更简单，故本变频 器可以适用于只有3根引出线的三相负载。
图l是本实用新型的原理框图2是三相差分放大器3中IAf —相的电路原理图3是线性放大主电路2中UA —相的电路原理图4是信号偏移电路7输出的三相单极性正弦波电压波形图5是功率放大器8输出的三相对称正弦波电压波形图。
图中，三相正弦波发生器l，线性放大主电路2，三相差分放大器3，单极性直流电源4，三相负载5，电流调节器6，信号偏移电路7，功率放大器 8，采样电阻R1-1、 Rl-2、 R1-3,线性放大主电路2输出的三相电流信号iA、 iB、 iC，正弦波模拟信号IAg、 IBg、 ICg，三相电流反馈信号IAf、 IBf、 ICf。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式
对本实用新型作进一步的详细描述
参见图l，图2，图3,本实用新型单电源三相线性变频器，包括与三相 负载5连接的线性放大主电路2，线性放大主电路2所用的电源为单极性直 流电源4,线性放大主电路2的输入端连接有三相正弦波信号发生器1和三 相差分放大器3，线性放大主电路2与三相负载5的连线之间分别串联有采 样电阻R1-1、 Rl-2、 R1-3，三相差分放大器3的输入端上有导线分别并联在 采样电阻R1-1、 Rl-2、 Rl-3的两端。
本实用新型单电源三相线性变频器，由三相频率可变的正弦波信号发生 器1、串联在线性放大主电路2与三相负载5之间的电流信号采样电阻Rl-l、 Rl-2、 Rl-3、三相差分放大器3、线性放大主电路2和单极性直流电源4等 部件组成，构成了一个完整的三相交流电动机无级调速系统。为了产生相位 互差120度电角度的三相正弦波电压信号源，本实用新型提出的三相正弦波 信号发生器1采用带三路数模转换器的单片机最小系统，单片机根据输入指 令，査表计算生成频率、幅值可以连续变化的三相数字化正弦波信号，再通 过三路双极性数模转换器生成频率、幅值可以连续变化的三相模拟化正弦波 指令电压信号，该指令电压信号为线性放大主电路2输出三相线性化正弦波 奠定了基础。为了保证变频器输出的电压(电流)能跟踪正弦波信号发生器 1输出的正弦波指令电压信号，必需采集线性放大主电路2输出的三相电流 信号，串联在线性放大主电路2与三相负载5之间的3个釆样电阻Rl-l、 Rl-2、 R1-3可以将电流信号iA、 iB、 iC转换为电压信号，但由于代表三相 电流的3个电压信号没有共地点，所以这3个反馈电压信号还不能直接与正 弦波信号发生器输出的三相指令电压信号比较运算。本实用新型提供的三相 差分放大器可以将采样电阻上的反馈电压信号转变为具有共地点的三相反馈电压信号，从而可以与三相指令电压信号进行比较运算。本实用新型提供
的线性放大主电路2由电流调节器6、电平偏移器7和功率放大器8依次串 联而成。电流调节器6首先将三相指令电压信号与三相反馈电压信号比较运 算放大，获得跟踪正弦波信号发生器l输出波形的双极性电压信号，再通过 电平偏移器的极性偏移电路获得三相单极性电压信号，最后通过单电源供电 的三相功率放大器8输出对共地点为单极性的三相正弦波电压(见图3)，这 三相电压对于三相负载5正好是三相对称的正弦波电压(见图4)，从而达到 了采用单电源供电获得三相对称线性正弦波输出的目标。
使用时，三相正弦波信号发生器1根据指令(可以由电位器给定)生成 频率、幅值协调变化的三相正弦波数字信号，再通过三路双极性数模转换器 输出三相对称的正弦波模拟信号IAg、 IBg、 ICg，三相差分放大器3 (见图2) 将3个采样电阻R1-1、 R1-2、 Rl-3上获得的电压(该电压正比于变频器输 出的三相电流值)转换成具有共地点的三相电流反馈信号IAf、 IBf、 ICf， 并将其信号送入线性放大主电路2。线性放大主电路2中的电流调节器6(见 图3)分别将三相给定信号IAg、 IBg、 ICg和三相反馈信号IAf、 IBf、 ICf 之差放大为跟踪给定正弦波信号的输出电压UA1、 UB1、 UC1，改变图3中电 阻R8-1的大小，可以改变输出电压跟踪给定电压的准确度。图3中的电平 偏移器7将输出电压UA1、 UB1、 UC1偏移为单极性输出电压UA2、 UB2、 UC2 (参见图4中的波形)，改变图3中的Up值可以改变输出电压UA2、 UB2、 UC2 的偏移量，建议Up取值等于输出电压的峰值，这样可以在输出电压波形不 失真的条件下最充分利用直流功率电压的幅值。单极性输出电压UA2、 UB2、 UC2经图3中的功率放大器8转变为输出三相对称的正弦波电压UA3、 UB3、 UC3 (参见图5中的波形)，改变电阻R13-1的大小，可以改变最终输出电压 的幅值。通过调节电位器给定电压，即可以改变三相正弦波信号发生器1输 出的三相正弦波模拟信号，从而控制功率放大器8的输出电压(电流)的频 率与幅值，实现对三相交流电动机的高性能无级调速。故本实用新型特别适
6于采用单极性直流电源且三相负载只有三根引出线的场合。
权利要求1.单电源三相线性变频器，包括与三相负载(5)连接的线性放大主电路(2)，其特征在于线性放大主电路(2)所用的电源为单板性直流电源(4)，线性放大主电路(2)的输入端连接有三相正弦波信号发生器(1)和三相差分放大器(3)，线性放大主电路(2)与三相负载(5)的连线之间分别串联有采样电阻(R1-1、R1-2、R1-3)，三相差分放大器(3)的输入端上有导线分别并联在采样电阻(R1-1、R1-2、R1-3)的两端。
2. 根据权利要求1所述的单电源三相线性变频器，其特征在于线性放 大主电路(2)由电流调节器(6)、电平偏移器(7)和功率放大器(8)依 次串联而成。
3. 根据权利要求1所述的单电源三相线性变频器，其特征在于三相正 弦波信号发生器(1)采用带三路数模转换器的单片机。
专利摘要单电源三相线性变频器，属于三相交流负载的控制装置，线性放大主电路(2)所用的电源为单板性直流电源(4)，线性放大主电路(2)的输入端连接有三相正弦波信号发生器(1)和三相差分放大器(3)，线性放大主电路(2)与三相负载(5)的连线之间分别串联有采样电阻(R1-1、R1-2、R1-3)，三相差分放大器(3)的输入端上有导线分别并联在采样电阻(R1-1、R1-2、R1-3)的两端。可输出三相对称、频率连续可变、不含任何高频谐波且精度较高的正弦波电压(电流)。降低了对供电电源的要求，适用范围广泛，三相负载(5)与变频器的连接更简单，特别适于采用单极性直流电源且三相负载只有三根引出线的场合。
文档编号H02P27/04GK201160260SQ20082006582
公开日2008年12月3日 申请日期2008年3月5日 优先权日2008年3月5日
发明者张国良, 黄声华 申请人:黄声华;张国良