[发明专利]无高频变换通用变频器

说明书

技术领域

本发明涉及一种通用变频器。

背景技术

传统通用变频器的核心技术之一，是PWM控制技术。最初采用模拟电路，把三角调制波和参考正弦波进行比较，产生正弦脉宽调制SPWM信号，控制功率器件的开关；时至今日，采用的是全数字化方案，产生优化的实时在线SPWM控制信号，使得工作方式更灵活，频率范围更宽。PWM控制技术在通用变频器中仍占主导地位，并一直是人们研究的热点。

采用PWM控制技术，必定采用高频变换。由于广泛采用MOSFET、IGBT等功率器件和软开关技术，功率变换的工作频繁越来越高，结构更加紧凑，但同时元器件产生的寄生振荡和电磁干扰(EMI)加剧，一种明显不传送信息的寄生电磁波和有用信号叠加或组合，形成电磁噪声，这种电磁干扰不但引起设备、传输通道或系统本身的性能下降，而且影响其他设备、传输通道或系统的正常工作，严重恶化的电磁环境对人类生活日益依赖的电子与电气系统造成了灾难性的危害。

高频变换中的功率器件产生的另一个问题是能源的浪费。功率变换器中功率器件的工作时间由三部份组成，导通时间、截止时间和开关时间，导通时工作电压极低，截止时工作电流极小，两者的功率损耗都比较小。低频变换中的功率器件，由于工作频率低，开关损耗可以忽略；高频变换中功率器件的开关频率增加了几千倍，其开关损耗也就增加了几千倍，由于功率器件工作时的开关速度极高，开关次数或开关时间的增加，相对导通和截止时间来讲并不明显，因此并不能明显减少导通和截止的时间，也就是说，开关损耗的增加，并不能明显减少导通和截止损耗。总之，高频变换中，开关损耗增加了，而导通和截止损耗并没有减少。

高频变换还会产生安全方面的问题。传统通用变频器中的直-交电路，一个三相星形连接串联式5电平逆变器，包括了15个独立的桥式电路，每个桥式电路的控制信号都是相互独立的，控制的复杂程度可想而知。电路的复杂性，毫无例外地会产生安全和可靠性方面的问题，原因是器件和电路的故障率增加。

发明内容

传统通用变频器由交-直、直-交两部份组成，交-直部份是整流滤波电路，直-交部份是逆变电路，即SPWM控制技术。无高频变换通用变频器也由交-直、直-交两部份组成，交-直部份只整流，不滤波，输出馒头波，直-交部份以电压切割和电压补偿取代SPWM控制技术，实现电压和频率的变换。

无高频变换通用频器采用电压切割和电压补偿的方法，实现电压和频率变换，取代传统通用变频器中的SPWM控制技术。该方法只对电压波形本身进行操作，除辅助电源外，不包括任何高频功率变换。电压切割是保留输出电压和输入电压的共同部份，切去输入电压波形中的多余部份，电压补偿是补足输出电压波形中缺少的部份，使得输出电压是完整的正弦波。该变频器电路简单，主功率器件工作在工频范围，整机开关损耗和射频干扰都降至极低，平均无故障时间大大提高，既节能环保，又安全可靠。

无高频变换通用变频器除辅助电源外，其功率器件都工作在工频范围。输出电压和输入电压的频率一般是不相同的，其电压幅度也不相同。第一步是用输出电压(与输出电压同频同相的本机振荡信号，下同)的包络去切割输入电压的波形，切去输入电压波形中的多余部份，剩下来的是输入电压和输出电压波形的共同部份，这时候获得的只是输出电压的部份波形，并不是完整的正弦波；第二步是以辅助电源去补齐输出电压波形中的缺失或不足的部份，使得输出电压成为与输入电压的幅度和频率都不相同的、用户所要求的、完整的正弦波。这时候的输出电压是馒头波，再通过换向电路，把馒头波还原成正弦波。

附图说明

图1，主电路框图；

图2，电压切割级原理电路及各点电压仿真波形；

图3，电压补偿级原理电路及各点电压仿真波形；

图4，整机原理电路图；

图5，2倍频各级各点电压仿真波形；

图6，4倍频各级各点电压仿真波形；

图7，11倍频各级各点电压仿真波形；

图8，50倍频各级各点电压仿真波形；

图9，实际电路；

图10，2倍频或分频电压切割示意图；

图11，4倍频或分频电压切割示意图；

图12，11倍频或分频电压切割示意图；

图13，50倍频或分频电压切割示意图；

图1的主电路图中，整机由电压切割级、电压补偿级和换向级依次串联而成。