基于四开关三相逆变器的电机调速装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及逆变器的电机调速技术领域，具体涉及基于四开关三相逆变器的电机调速装置。
【背景技术】
[0002]随着控制理论和电力电子科技的发展，交流电机控制技术已经迈向了无级调速时代，其性能可以媲美直流电机调速系统。逆变器是交流电机调速系统的核心装置，是将电机控制理论实物化的基石，其性能的优劣直接影响着电机调速系统的控制指标。目前，市场上广泛采用的六开关三桥臂三相电压源型逆变器由于使用功率开关器件较多，成本较高且外围驱动电路复杂，可靠性低，上下桥臂设置死区，影响电压输出质量。另外，采用脉宽调制技术，传统电压源型逆变器输出一系列PWM脉冲，dv/dt较高，需要输出滤波器改善电压质量，增加了装置投资和体积。鉴于传统电压源型逆变器的局限性，在中小功率场合急切需要性能更优的新型拓扑逆变器的诞生，四开关三相逆变器是其中最有潜力的一种结构。常规的四开关三相逆变器将一个桥臂的功率开关器件用两个电容代替，减少了开关器件的数量的同时也带来了新的问题，例如，直流电压利用率降低，电容电压均衡问题等等。
【实用新型内容】
[0003](一）解决的技术问题
[0004]本实用新型提供一种基于四开关三相逆变器的电机调速装置，成本低、体积小，无需电容桥臂，输出电压正弦化，省去滤波装置，逆变器无需死区，同时可以提高直流电压利用率。
[0005]( 二）技术方案
[0006]为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种基于四开关三相逆变器的电机调速装置，其特征在于：包括三相不控整流桥（I)、直流母线电容（2)、四开关三相逆变器（3)、交流电机（4)、测速编码器（5)、负载（6)、CPU控制器（7)、母线电压检测单元（8)、隔离驱动单元（9)、定子电流检测单元（10)、电机测速单元（11)、时钟、复位电路
(12)、辅助电源电路（13)、保护电路（14)、键盘、显示电路（15)，所述的三相不控整流桥（I)将三相工频交流电源转变成脉动直流电，所述的直流母线电容（2)将脉动直流电稳压成恒定直流电源作为四开关三相逆变器（3)的直流给定电压，所述的逆变器输出频率可调交流电压驱动交流电机（4)，所述的交流电机（4)拖动负载（6)旋转，所述的控制器（7)接收母线电压检测单元（8)、定子电流检测单元（10)和电机测速单元（11)的检测信号后输出4路PffM脉冲经过隔离驱动单元（9)驱动四开关三相逆变器（3)中的4个功率开关管，所述的控制器同时接收保护电路（14)输出的故障信号，封锁脉冲，保护开关器件，通过键盘、显示电路（15)实现人机交互。
[0007]优选地，所述的四开关三相逆变器（3)由4个功率管SI?S4、4个电感L1B、L2B、L1C、L2C 以及 4 个电容 C1B、C2B、C1C、C2C 组成。
[0008]优选地，所述功率开关管采用非桥臂连接形式，无需设置死区，采用脉宽调制控制，所述的逆变器输出正弦电压，无需输出滤波单元。
[0009]优选地，所述CPU制器(7)为TMS320LF2407A，功率器件为IGBT，所述的三相不控整流桥为二极管不控整流模块。
[0010]优选地，所述的控制器及驱动单元的电源采用基于UC3844的多路开关电源。
[0011](三)有益效果
[0012]本实用新型提供了一种基于四开关三相逆变器的电机调速装置，与现有技术相比，本实用新型的还具有以下优点:
[0013]1、四开关三相逆变器只需四个开关器件实现三相可调频率正弦电压输出。
[0014]2、与传统六开关三相电压源型逆变器相比，功率开关器件使用数量减少三分之一，驱动模块数量减少三分之一，且输出电压正弦化，无需滤波装置。
[0015]3、与电容桥臂型四开关三相逆变器相比，采用非桥臂结构，功率器件导通驱动无需死区设置，无直通危险，采用非电容桥臂结构，不存在电容中点电压平衡问题，且直流电压利用率提高两倍，系统成本更低，体积更小，外围辅助电路更简化，装置整体可靠性更高。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型装置的电路结构图。
[0017]图2为驱动单元电路图。
[0018]图3为四开关三相逆变器等效电路图，其中(a)基本结构、(b)Sl导通、S2关断时等效电路、(c)Sl关断、S2导通时等效电路。
[0019]图4为基于UC3844多路辅助开关电源电路图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本实用新型做进一步说明:
[0021]【具体实施方式】一:
[0022]本实施方式中，结合图3，一种基于四开关三相逆变器的电机调速装置，包括三相不控整流桥⑴、直流母线电容⑵、四开关三相逆变器⑶、交流电机⑷、测速编码器(5)、负载(6)、CPU控制器(7)、母线电压检测单元(8)、隔离驱动单元(9)、定子电流检测单元
(10)、电机测速单元(11)、时钟、复位电路(12)、辅助电源电路(13)、保护电路(14)、键盘、显示电路(15)，三相不控整流桥(1)将三相工频交流电源转变成脉动直流电，直流母线电容(2)将脉动直流电稳压成恒定直流电源作为四开关三相逆变器(3)的直流给定电压，所述的逆变器输出频率可调交流电压驱动交流电机(4)，交流电机(4)拖动负载(6)旋转，控制器(7)接收母线电压检测单元(8)、定子电流检测单元(10)和电机测速单元(11)的检测信号后输出4路PWM脉冲经过隔离驱动单元(9)驱动四开关三相逆变器(3)中的4个功率开关管，控制器同时接收保护电路(14)输出的故障信号，封锁脉冲，保护开关器件，通过键盘、显示电路(15)实现人机交互。四开关三相逆变器(3)由4个功率管S1?S4、4个电感L1B、L2B、L1C、L2C以及4个电容C1B、C2B、C1C、C2C组成。功率开关器件采用非桥臂连接形式，无需设置死区，采用脉宽调制控制，所述的逆变器输出正弦电压，无需输出滤波单元。CHJ制器(7)为TMS320LF2407A，功率器件为IGBT，所述的三相不控整流桥为二极管不控整流模块。所述的驱动单元采用PC923芯片及其外围处理电路，所述的检测单元采用霍尔式电压，所述的电流传感器及其外围处理电路，所述的电机测速单元采用光电式编码器。控制器及驱动单元的电源采用基于UC3844的多路开关电源。本实用新型装置中的四开关三相逆变器工作原理，4个功率管SI?S4、4个电感L1B、L2B、L1C、L2C以及4个电容C1B、C2B、C1C、C2C组成的逆变器具有对称性，以下仅以B相为例进行分析。通过等效原理图分析可知，在SI导通、S2关断时通过直流电源和电容ClB对电感L1B、L2B充电，在SI关断、S2导通时L1B、L2B进行放电。该结构的变换器输出为带直流偏置的交流电压，对于三相负载，需要输出三相对称交流电压，所以两相的两个变换器PWM调制时移相120°，输出线电压无直流偏置量。四开关三相逆变器为四阶非线性系统，以电