一种三相矩阵变频器和空调系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及交流电网下电机压缩机调压调频领域，尤其涉及一种三相矩阵变频器和空调系统。
【背景技术】
[0002]为了在交流电网条件下实现交流调速的目的，需把电网提供的恒压恒频交流电源变换为电机压缩机所需的变压变频交流电，这一过程需要通过变频器实现交流/交流的电能变换。
[0003]传统的变频器结构原理如图1所示，采用二极管或晶闸管作为前端整流器件1，采用大容量电容作为储能器件2。
[0004]但是，采用二极管或晶闸管作为前端整流器件I会产生无功功率及谐波污染；采用大容量电容作为储能器件2会降低变频器功率密度及使用寿命。
【发明内容】
[0005]本实用新型针对现有技术存在的缺陷，提出一种三相矩阵变频器和空调系统，以降低无功功率和谐波污染，提高功率密度。
[0006]本实用新型提出的一种三相矩阵变频器，包括:控制电路模块、矩阵变换主电路模块以及驱动电路模块；
[0007]所述控制电路模块用于接收复位及三相电流方向检测信号，产生18路脉冲宽度调制信号；
[0008]所述驱动电路模块与所述控制电路模块连接，用于接收所述脉冲宽度调制信号并进行放大；
[0009]所述矩阵变换主电路模块与所述驱动电路模块连接，用于接收放大后的脉冲宽度调制信号，输出调幅、调频的电压和电流。
[0010]进一步的，所述控制电路模块包括DSP单元及FPGA单元；
[0011]其中，所述DSP单元用于生成时钟信号和9路脉冲调制信号，并将所述时钟信号和9路脉冲调制信号发送给所述FPGA单元；
[0012]所述FPGA单元用于将所述时钟信号分频后，以所述分频得到的分频信号的频率为工作频率，通过接收复位、三路电流方向检测信号及所述9路脉冲调制信号扩展至18路脉冲宽度调制信号并实现四步换流。
[0013]所述DSP单元还用于生成所述矩阵变换主电路模块的控制算法，并通过所述FPGA单元发送给所述矩阵变换主电路模块；所述FPGA单元通过所述驱动电路模块与所述矩阵变换主电路模块相连；
[0014]所述DSP单元以及所述FPGA单元之间通过SPI总线结构串行进行通信。
[0015]进一步的，所述矩阵变换主电路模块包括:交流电源单元、双向开关单元以及压缩机单元；其中所述交流电源单元与所述双向开关单元相连，所述双向开关单元与所述压缩机单元相连。
[0016]进一步的，所述交流电源单元包括交流电源、第一电容、第二电容以及第三电容、第一电感、第二电感及第三电感；所述交流电源第一输出端与所述第一电感的第一端相连，所述第一电感的第二端与所述第一电容的第一端相连；所述交流电源第二输出端与所述第二电感的第一端相连，所述第二电感的第二端与所述第二电容的第一端相连；交流电源第三输出端与所述第三电感的第一端相连，所述第三电感的第二端与所述第二电容的第一端相连，所述第一电容的第二端、第二电容的第二端以及第三电容的第二端相连。
[0017]进一步的，所述双向开关单元包括:第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第四开关单元、第五开关单元、第六开关单元、第七开关单元、第八开关单元和第九开关单元；
[0018]其中，所述第一开关单元第一端、第四开关单元第一端和第七开关单元第一端分别与所述交流电源第一输出端相连；
[0019]所述第二开关单元第一端、第五开关单元第一端和第八开关单元第一端分别与所述交流电源第二输出端相连；
[0020]所述第三开关单元第一端、第六开关单元第一端和第九开关单元第一端分别与所述交流电源第三输出端相连；
[0021]所述第一开关单元第二端、第二开关单元第二端和第三开关单元第二端分别与所述压缩机单元第一端相连；
[0022]所述第四开关单元第二端、第五开关单元第二端和第六开关单元第二端分别与所述压缩机单元第二端相连；
[0023]所述第七开关单元第二端、第八开关单元第二端和第九开关单元第二端分别与所述压缩机单元第三端相连。
[0024]进一步的，所述第一开关单元包括第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管、第一二极管以及第二二极管，所述第一绝缘栅双极型晶体管门极和所述第二绝缘栅双极型晶体管门极接收驱动电路模块的脉冲宽度调制信号，以驱动绝缘栅双极型晶体管正常工作，所述第一绝缘栅双极型晶体管发射极和所述第二绝缘栅双极型晶体管发射极分别与所述第一二极管正极以及所述第二二极管正极相连，所述第一绝缘栅双极型晶体管集电极为所述第一开关单元第一端，所述第二绝缘栅双极型晶体管集电极为所述第一开关单元第二端。
[0025]进一步的，所述第二开关单元、第三开关单元、第四开关单元、第五开关单元、第六开关单元、第七开关单元、第八开关单元以及第九开关单元与所述第一开关单元电路组成和连接关系相同。
[0026]进一步的，所述第一开关单元第一端与所述交流电源第一输出端相连，输出端与所述压缩机单元第一端相连；
[0027]所述第二开关单元第一端与所述交流电源第二输出端相连，第二端与所述压缩机单元第一端相连；
[0028]所述第三开关单元第一端与所述交流电源第三输出端相连，第二端与所述压缩机单元第一端相连；
[0029]所述第四开关单元第一端与所述交流电源第一输出端相连，第二端与所述压缩机单元第二端相连；
[0030]所述第五开关单元第一端与所述交流电源第二输出端相连，第二端与所述压缩机单元第二端相连；
[0031]所述第六开关单元第一端与所述交流电源第三输出端相连，第二端与所述压缩机单元第二端相连；
[0032]所述第七开关单元第一端与所述交流电源第一输出端相连，第二端与所述压缩机单元第三端相连；
[0033]所述第八开关单元第一端与所述交流电源第二输出端相连，第二端与所述压缩机单元第三端相连；
[0034]所述第九开关单元第一端与所述交流电源第三输出端相连，第二端与所述压缩机单元第三端相连。
[0035]进一步的，所述压缩机单元为所述三相矩阵变频器所属的空调系统负载，所述压缩机单元同一端所连接的三个开关单元中有一个导通；
[0036]进一步的，所述矩阵变换主电路模块采用四步换流。
[0037]进一步的，所述三相矩阵变频器与所述压缩机相连，用于对电网供电进行变频处理后提供给所述压缩机。
[0038]本实用新型提供的一种三相矩阵变频器和空调系统取消了直流环节储能元件、整流环节以及智能功率模块逆变环节，通过所述9个双向开关单元进行单级变换合成得到期望输出电压与输入电流，进而降低无功功率和谐波污染，提高功率密度。
【附图说明】
[0039]图1是传统变频器结构原理图。
[0040]图2是本实用新型实施例中提供的一种三相矩阵变频器和空调系统结构示意图。
[0041]图3是本实用新型实施例中提供的一种三相矩阵变频器和空调系统中控制电路模块结构图。
[0042]图4是本实用新型实施例中提供的一种三相矩阵变频器和空调系统中矩阵变换主电路模块结构图。
[0043]图5a是本实用新型实施例中提供的一种三相矩阵变频器和空调系统中四步换流示意图
[0044]图5b是本实用新型实施例中提供的一种三相矩阵变频器和空调系统中四步换流波形图。
[0045]图6是本实用新型实施例中提供的一种三相矩阵变频器和空调系统驱动信号及电流实验波形图。
[0046]图7a是本实用新型实施例中提供的所述矩阵变换主电路模块输入电压电流波形图。
[0047]图7b本实用新型实施例中提供的所述矩阵变换主电路模块输出电压电流波形图。
【具体实施方式】
[0048]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
[0049]图2是本实用新型实施例中提供的一种三相矩阵变频器和空调系统结构示意图。其中包括:控制电路模块