[发明专利]数码发电机组的节能逆变控制器

说明书

技术领域

本发明涉及数码发电机组，尤其涉及一种用于控制发电机输出成为正 弦波电压并根据输出功率的不同调节稳定转速(节能)的数码发电机组的 节能逆变控制器，属于逆变、控制技术领域。

背景技术

移动型电源装置，比如发动机驱动的交流发电机，为了稳定其输出电 压和频率，采用AVR稳定电压，使用机械调速来稳定频率，此种发电机波 形差、电压频率不稳定，即使在空载时转速和满载时一样，浪费能源。近 年来随着电子技术的发展，使用逆变器装置的越来越多，这种形式的交流 发电机组为了保持输出电压稳定，一般采用反馈对输出电压进行控制，为 了更进一步获得接近正弦波仅仅采用输出电压的反馈是不够的，最好是对 输出波形进行反馈控制，而输出波形的反馈控制装置的控制电路大多由模 拟电路控制，其控制电路复杂、调试麻烦，并且存在温度漂移。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术存在的缺点，提供一种逆变器硬件 电路简单、调试方便、避免温度漂移的数码发电机组的节能逆变控制器。

本发明数码发电机组的节能逆变控制器的技术方案是：其特征在于包 括主电路和控制电路，主电路包括三相整流电路、开关电路和输出滤波电 路，三相整流电路具有三相半控桥MFS，三相半控桥MFS工作电源由副 绕组经1∶1变压器隔离后整流稳压提供，开关电路具有四个绝缘栅双极型 晶体管IGBT；控制电路包括半控桥导通角控制电路、高速16位微控制器 MCU、输出电压检测电路、输出电流检测电路、转速检测电路、步进电机 驱动电路和绝缘栅双极型晶体管IGBT的驱动电路；半控桥导通角控制电 路与三相半控桥MFS控制端连接，输出电压检测电路、输出电流检测电路、 转速检测电路和步进电机驱动电路分别与高速16位微控制器MCU的输入 端连接，绝缘栅双极型晶体管IGBT的驱动电路与高速16位微控制器MCU 输出端连接，绝缘栅双极型晶体管IGBT的驱动电路与绝缘栅双极型晶体 管IGBT连接，控制电路电源由副绕组电压交流电源输入经整流稳压提供。

本发明数码发电机组的节能逆变控制器，采用高速16位微控制器 MCU，该控制器内部集成DSP处理核，核心运算使用DSP核数字化处理， 普通I/O操作、简单运算使用微处理器处理，其负载响应速度快，响应达 到毫秒级，频率稳定度±0.3Hz，电压稳定度±3％；高速绝缘栅双极型晶 体管IGBT全电压SVPWM调制，电压利用率高，开关噪音低，开关损耗 小；高速16位微控制器MCU根据负载的大小调节发动机转速，使发动机 运行在最大功率比上，达到节能的效果，弥补了已有逆变器硬件电路复杂、 调试困难、存在温度漂移的不足。其半控桥导通角控制电路检测直流电压 与设定值进行比较来控制半控桥的导通角，进而稳定直流电压；输出电流 检测电路将输出电流信号反馈给高速16位微控制器MCU用于过电流保 护，输出电压检测电路将逆变器输出电压信号反馈给高速16位微控制器， 转速检测电路用于检测发动机的转速信号，高速16位微处理器MCU将逆 变器输出电压信号和电流信号与给定电压进行高速运算，用空间矢量算法、 PID算法得到绝缘栅双极型晶体管IGBT的开通关断时间，采用鞍形波脉 宽调制控制方式SVPWM去控制逆变器的输出电压。

附图说明

图1是本发明数码发电机组的节能逆变控制器的结构电路图；

图2是检测输出电压的电路图；

图3是检测输出电流的电路图；

图4是检测发动机转速的电路图；

图5是绝缘栅双极型晶体管IGBT的驱动电路图。

具体实施方式

本发明公开了一种数码发电机组的节能逆变控制器，如图1所示，其 主要的技术特征在于包括主电路和控制电路，主电路包括三相整流电路11、 开关电路12和输出滤波电路13，三相整流电路11具有半控桥MFS，三相 半控桥MFS工作电源由副绕组经1∶1变压器隔离后整流稳压提供，开关 电路12包括四个绝缘栅双极型晶体管IGBT；控制电路包括半控桥MFS 导通角控制电路21、高速16位微处理器MCU、检测逆变器输出电压的输 出检测电路23、检测逆变器输出电流的输出电流检测电路24、转速检测电 路25、步进电机驱动电路26和绝缘栅双极型晶体管IGBT的驱动电路27， 半控桥导通角控制电路21与半控桥MFS的控制端连接，输出电压检测电 路23如图2所示，负电源接电阻R300、R301并联电阻R302，另一负电 源接电阻R313、R314并联电阻R315，经瓷片电容C302退耦，去除杂波 高频成份后，一路经电阻R303并联R304接运算放大器U300B的同相高 阻抗输入端，另一路经电阻R316、R317接运算放大器U300B的输出端， 运算放大器U300B的反相高阻抗输入端与输出端之间接瓷片电容C303； 输出电流检测电路24如图3所示，由电流互感器TF500，电阻R501、R502、 R503、R504、R505、R506，瓷片电容C500、C501、C502、C505，钽电容 C503、C504，二极管D500、D501、D502、D503、D504及运算放大器U500A 所组成；频率检测电路25如图4所示，由二极管D505、D506、D507、D508， 瓷片电容C506、C507、C508、C509、C510、C511、C512，电阻R507、 R508、R509、R510、R511、R512、R513、R514、R515，光藕U502及比 较器U501B所组成；步进电机驱动电路26可由步进电机驱动芯片IR2113 组成；绝缘栅双极型晶体管IGBT的驱动电路27如图5所示，由电阻R800、 R801、R802、R803、R804、R805、R806、R807、R808、R809、R810、 R811、R812、R813、R814、R815、R816、R817，二极管D800、D801、 D802、D803、D804、D805，瓷片电容C802、C806、C808、C809，钽电 容C801、C805、C807、C810、C812、C813，电解电容C803、C811及绝 缘栅双极型晶体管IGBT的驱动IC U800、U801组成；输出电压检测电路 23、输出电流检测电路24和转速检测电路25分别与微控制器MCU的输 入端连接，步进电机驱动电路26的输入端和绝缘栅双极型晶体管IGBT的 驱动电路27输入端与微控制器MCU输出端连接，绝缘栅双极型晶体管 IGBT的驱动电路27输出端与绝缘栅双极型晶体管IGBT连接，控制电路 的电源由副绕组提供交流低电压输入经整流稳压提供。半控桥导通角控制 电路21检测直流电压与设定值进行比较来控制半控桥MFS的导通角，进 而稳定直流电压；输出电流检测电路24将输出电流信号反馈给微控制器 MCU用于过流保护控制，输出电压检测电路23将逆变器输出电压信号反 馈给微控制器MCU，微控制器MCU将逆变器输出电压信号给定值进行高 速运算、用电压空间矢量算法得到绝缘栅双极型晶体管IGBT的开通关断 时间，采用鞍形波脉冲宽调制控制方式SVPWM去控制逆变器的输出电压； 输出电流检测电路24和转速检测电路25将输出电流值和发动机转速值进 行运算，运用PID算法使发动机根据输出功率稳定在相应的转速上工作， 达到节能的效果。在实际制造过程中，高速16位微控制器MCU可以选用 DSPIC30F2020或者带有双路PWM的单片机，DSPIC30F2020性价比高； 绝缘栅双极型晶体管IGBT的驱动电路27可以选用FAN7382驱动器或者 TLP250驱动器或者IR2113驱动器，TLP250驱动器需要单独电源，相比之 下，IR2113驱动器要稳定些，因此最佳方案可用由两个上下桥臂驱动的 IR2113驱动器。