[发明专利]微机控制异步机变频调速器

说明书

微机控制异步机变频调速器属变频调速控制器。

1986年11月19日公开的专利申请号为85103962的《单片微型计算机控制脉宽调制变频器》，其脉宽调制方案是采用一种新型150°导通角矩形波方案，根据电压波形分析，其5次谐波量从180°导通角矩形波方案的20%降为5.2%，而7次谐波分量从14.4%降为3.8%。但在采用单极性调制时，由于其控制方案中大功率晶体管关断时，输出点电位的不确定性，使电流波形畸变，得不到好的效果。

本发明的任务在于研制一种性能良好，电流波形稳定而结构简单的三相准正弦波脉宽调制波发生器方案，用以控制三相逆变桥输出接近正弦波的三相电压以驱动异步电动机运行。

一般微机控制异步机变频调速器主要由整流电路、滤波电路、三相逆变桥、驱动电路、微型计算机，模/数转换器以及过流保护电路和显示电路等所组成。本发明的主要发明点在于，采用双极性150°导通角矩形波脉宽调制方案，控制三相逆变桥输出接近正弦波的三相电压，以驱动异步电动机运行。此控制方案可用模拟电子电路或微型计算机实现。

采用本发明的双极性150°导通角矩形波脉宽调制方案的变频调速器，能使三相逆变桥的电流输出波形与理论完全吻合，具有相当小的谐波分量，因此电机的力矩脉动小，运行平衡，完全满足频率从2HZ以上的运行范围。其性能接近正弦波脉宽调制波。在保证运行性能的前提下，可使波形发生器的结构大大简化。即使用低挡微型计算机来产生波形时，也可以有足够的执行时间来完成其他功能，如保护、调压显示、速度反馈等，可有效地降低变频器的成本，并提高可靠性。除此之外，还有以下两个优点：

1.因为是矩形波输出而依靠相与相之间的相位差来抵消高次谐波，因此为避免上、下桥直通而设置的导通延时不会影响波形失真度。而正弦波脉宽调制的波形在低频状态工作时，导通延时时间将直接影响波形失真度，增加了调制的困难，调试不当时，力矩脉动反而大。

2.在大于电机的额定频率下工作时，用本方案可使电压利用率高，接近于180°方案，而波形却比180°导通好。

本发明有如下附图

附图1    微机控制异步电机变频调速器原理图。

附图2    驱动电路图。

附图3    微机控制板原理框图。

附图4    150°矩形波导通时得到的输出相电压波形。

附图5    150°矩形波导通的脉宽调制波。

附图1所示的是一般微机控制变频调速器的主电路原理图，交流电源经整流器〔1〕整流并经滤波器〔2〕滤波后，得到的直流电压供给由大功率晶体管组成的三相桥式逆变器〔3〕。微型计算机〔6〕根据模/数转换器〔7〕提供的频率控制信号直接产生双极性150°导通的矩形脉宽调制波送给驱动电路〔4〕，经功率放大后，驱动三相桥式逆变器〔3〕的功率晶体管。附图1中的〔5〕为过流保护电路，〔8〕为显示电路，图中与功率晶体管并联的二极管是为电感性负载提供续流通路的续流二极管。

附图2所示的驱动电路，微机输出的控制信号经光电耦合隔离后作为驱动电路的输入信号，经两级开关放大后，输出给大功率晶体管的基极，因为上桥臂大功率晶体管的发射极e的电位随工作情况会变，故上桥臂的驱动电路电源的电压都单独供给。

附图3的微机控制板原理框图属一般微机控制应用电路，本发明实施例主要由模/数转换器〔1〕、存储器〔2〕、显示器〔3〕、锁存器〔4〕、微计算机〔5〕、控制按钮〔6〕，倒相延时电路〔7〕等所组成。

附图4中的波形为12阶梯波。

附图5为150°矩形波导通的某一相脉宽调制波，其中150°范围内是导通时间和截止时间不相等的脉宽调制波，改变导通和截止时间之比，即可得到要求的输出电压。30°范围内的导通和截止时间相等，在这样的波形驱动下，逆变桥的输出电压为零，表示在30°范围内没有输出电压。

由于本实施例所采用的双极性150°导通角短形波脉宽调制方案，是利用微机控制的软件系统实现的，因而使得变频调速器的控制电路简单，可采用低挡微型计算机直接从输出口得到PWM波形，不但成本低，且可靠性好。