一种大功率单相异步电机变频器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于变频器技术领域，具体涉及一种大功率的单相异步电机变频器。
【背景技术】
[0002]交流变频调速技术以其优越的起动、制动和调速性能得到了越来越广泛的关注。作为交流感应电机的一种，单相异步电机由于其牢固耐用、结构简单、成本低廉、维修方便等优点，从而广泛应用在家用电器、小功率机床、汽车电器等方面，是世界上应用最广泛的电机之一。由于全球性的能源紧张，如何提高单相电机的调速性能，以节约能源和减少对电网的谐波污染，已经成为当今研究的热点之一。同时，由于单相电机能在没有三相电的环境中使用，应用面广，且成本低廉，在一些小功率高性能调速场合使用，可以有效的减少系统成本。
[0003]目前，单相异步电机只有火线、零线、地线三根引线，市面上现有的三相变频器并不适用此种电机，而国内市场上几乎没有两相变频器。在技术文献中，中国专利CN201220062874.6提供了一种二相变频电源，其只适用于单相异步运转电容电机，且需要拆除电机的电容，同时不能使用绕组的公共端，只使用主、副绕组共4线引出，功率变频范围只有400W以下，使用范围比较狭窄。中国专利CN201410032326.2提供了一种单相电容运转异步电动机变频驱动方法，但同样需要拆除电机电容，且只适用于单相异步运转电容电机。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型要解决的技术问题是提供一种在保持电机完整性的前提下，可对电容启动和电容启动运行单相异步电机皆适用，且控制简单、可靠性高的大功率单相异步电机变频器。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供一种大功率单相异步电机变频器，其特征在于:包括市电输入模块，市电输入模块与整流滤波及功率因数校正模块、辅助开关电源模块连接，整流滤波及功率因数校正模块、spmi控制模块、相位采集反馈模块、电流采集反馈模块均连接IGBT输出模块，IGBT输出模块通过输出滤波模块与电机接口模块相连。
[0006]优选地，所述辅助开关电源模块提供的电源有:+12￥、+5￥、+3.3￥、+15￥、-5￥，所述辅助开关电源模块最大输出功率为50W。
[0007]优选地，所述IGBT输出模块由互相连接的IGBT输出器件和驱动器件组成，所述IGBT输出模块的最大输出电流为225A。
[0008]优选地，所述电机接口模块由互相连接的输出保险和输出端子组成。
[0009]SPmoH弦脉宽调制控制模块的SPmi数组使用自然采样法生成中心对称的单极性倍频数组，其2相输出相位相差180°。启动时间频率不变，只改变调制度，由相位采集反馈模块和电流采集反馈模块来判断是否完成启动，然后再使用可变载波比方法调整工作频率。
[0010]使用时，无需对电机进行任何修改，电机在额定工作频率下启动，由大功率单相异步电机变频器系统判断是否启动成功，再调整工作频率，达到了节能减排效果。同时，针对单相异步电机容易产生的状态进行分析，根据输出电压、电流的关系判断出电机的工作状态，再反馈到系统中进行调整。功率储备充足，具有独立的过压保护功能和独立的欠压保护功能。
[0011]本实用新型提供的变频器克服了现有技术的不足，无需拆除电机电容，即保持电机完整性的前提下，即可对三线和四线的所有单相异步电机皆适宜；采用SPWM正弦脉宽调制技术能明显减小逆变器输出电流的谐波成分及电机的谐波损耗，降低脉动转矩;其控制简单，数字化实现方便，电压利用率高，并且功率范围大，最高支持3.7kW功率的变频，产品模块化、体积小、可靠性高、适用范围广泛。
【附图说明】
[0012]图1为本实施例提供的大功率单相异步电机变频器结构框图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0014]图1为本实施例提供的大功率单相异步电机变频器结构框图，所述的大功率单相异步电机变频器由(A)市电输入模块、(B)整流滤波PFC(Power Factor Correct1n，功率因数校正)模块、(C)辅助开关电源模块、(D)SPffM控制模块、(E)相位采集反馈模块、(F)电流采集反馈模块、(G)IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)模块、(H)输出滤波模块和(I)电机接口模块等组成，各模块具体介绍如下:
[0015](A)市电输入模块，由EMC(Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容性)滤波器、防雷部件、电流缓冲继电器等组成；
[0016](B)整流滤波PFC模块，为设备提供稳定的直流母线电压；
[0017](0辅助开关电源模块，提供可靠的+ 12￥、+5￥、+3.3￥、+15￥、-5￥电源，最大可输出50W功率，用于控制电路和IGBT模块驱动部分；
[0018](D)SPWM控制模块，使用自然取样法生成SPWM波形，根据相位采集反馈模块和电流采集反馈模块进行反馈，调整输出波形；
[0019](E)相位采集反馈模块，采集输出电流和电压相位；
[0020](F)电流采集反馈模块，采集输出电流的有效值(Root Mean Square，RMS)和最大值；
[0021](G) IGBT输出模块，包含IGBT输出器件和驱动器件，提供最大225A的输出电流；
[0022](H)输出滤波模块，使用LC(电感电容)方法对输出波形进行滤波，降低输出THD(Total Harmonic Distort1n，总谐波失真)；
[0023](I)电机接口模块，包含输出保险和输出端子。
[0024]其中，市电输入模块与整流滤波PFC(Power Factor Correct1n，功率因数校正)模块及辅助开关电源模块连接，整流滤波PFC模块、SPffM控制模块、相位采集反馈模块、电流采集反馈模块均连接IGBT输出模块，IGBT输出模块通过输出滤波模块与电机接口模块相连。
[0025]SPWM控制模块的控制方法如下:SPffM数组使用自然采样法生成中心对称的单极性倍频数组，其2相输出相位相差180°。启动时间频率不变，只改变调制度，由相位采集反馈模块和电流采集反馈模块来判断是否完成启动，然后再使用可变载波比方法调整工作频率。
[0026]本实施例提供的大功率单相异步电机变频器具有如下特点:
[0027]1、传统变频器不能接单相电机，主要是因为传统变频器输出波形中含有大量高次谐波，本实施例通过SPWM控制模块，使用优化算法和输出2级滤波，使输出波形的THD降到
I%左右。单相电机在启动时，一般来说在额定工作频率上转矩最大。传统变频器一般都是低频启动，此时对单相电机来说启动转矩偏小，启动困难，非常容易造成启动过流。本实施例中，电机在额定工作频率下启动，由系统判断是否启动成功，再调整工作频率，达到了节能减排效果。
[0028]2、传统变频器对输出电流和电机工作状态不进行关联决策，只是单纯的输出设定频率和设定电压的波形。本实施例中，针对单相异步电机容易产生的状态进行分析，根据输出电压、电流的关系判断出电机的工作状态，再反馈到系统中进行调整。例如，某2.2kW单相异步电机，额定频率50Hz。工作在20Hz时额定功率约为250W，若电流超出预期范围则可能是由于负载变化造成绕组激励不足，此时系统会自动增加激励电压，使电机脱离堵转危险。
[0029]3、市面可见的单相变频器都只能接低负载类单相异步电机，如风机等。对高负载类无能为力，主要原因是功率储备不足。本实施例中，标称3.7kW输出功率，其最大输出电流可达到225A，系统保护电流设定在150A。某些进口高负载单相异步电机，其启动电流达到启工作电流的6倍，堵转电流甚至可以达到8倍。对市面上现有产品来说都无能为力。2.2kW某型单相异步电机，其启动电流超过60A。市面上尚无如此大功率的单相变频器。
[°03°] 4、采样使用数字IIR(Infinite Impulse Response，无限脉冲响应)滤波，简化硬件电路，电流、电压使用同步采样。
[0031]5、为IGBT模块设计了独立的过流短路保护功能，在2uS内可关断IGBT模块输出，保护设备。
[0032]6、独立的过压保护功能，独立的欠压保护功能。
[0033]7、本实施例提供的大功率单相异步电机变频器连接单相异步交流电机，无需对电机进行任何修改。
[0034]8、本实施例提供的大功率单相异步电机变频器适用范围大，囊括市面所有单相异步交流电机。如可适用于电容启动性单相异步交流电机、电容启动运行性单相异步交流电机、内置离心开关的单相异步交流电机等。
【主权项】
1.一种大功率单相异步电机变频器，其特征在于:包括市电输入模块(A)，市电输入模块(A)与整流滤波及功率因数校正模块(B)、辅助开关电源模块(C)连接，整流滤波及功率因数校正模块(B)、SPWM控制模块(D)、相位采集反馈模块(E)、电流采集反馈模块(F)均连接IGBT输出模块(G)，IGBT输出模块(G)通过输出滤波模块(H)与电机接口模块(I)相连。2.如权利要求1所述的一种大功率单相异步电机变频器，其特征在于:所述辅助开关电源模块(C)提供的电源有:+12V、+5V、+3.3V、+15V、-5V，所述辅助开关电源模块(C)最大输出功率为50W。3.如权利要求1所述的一种大功率单相异步电机变频器，其特征在于:所述IGBT输出模块(G)由互相连接的IGBT输出器件和驱动器件组成，所述IGBT输出模块(G)的最大输出电流为225A。4.如权利要求1所述的一种大功率单相异步电机变频器，其特征在于:所述电机接口模块(I)由互相连接的输出保险和输出端子组成。
【专利摘要】本实用新型提供了一种大功率单相异步电机变频器，包括市电输入模块，市电输入模块与整流滤波及功率因数校正模块、辅助开关电源模块连接，整流滤波及功率因数校正模块、SPWM控制模块、相位采集反馈模块、电流采集反馈模块均连接IGBT输出模块，IGBT输出模块通过输出滤波模块与电机接口模块相连。本实用新型提供的变频器在保持电机完整性的前提下，即可对三线和四线的所有单相异步电机皆适宜；采用SPWM技术能明显减小逆变器输出电流的谐波成分及电机的谐波损耗，降低脉动转矩；其控制简单，数字化实现方便，电压利用率高，并且功率范围大，最高支持3.7kW功率的变频，产品模块化、体积小、可靠性高、适用范围广泛。
【IPC分类】H02P27/08, H02P25/04
【公开号】CN205319991
【申请号】CN201521011315
【发明人】郑捷, 李坤峰
【申请人】上海硋旭光电科技有限公司
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2015年12月8日