[发明专利]四管三相正弦脉宽调制变频器

说明书

本发明的四管三相正弦脉宽调制变频器属电工变频器。

国内外发明逆变器以来，三相电机调速至今仍需采用六个功率管的逆变器。即逆变器由六个功率管。六组驱动线路。六组电源和六组信号组成。其功率元件多，电路复杂。造价高。且工作可靠性差。维修困难。这些缺点一直是变频器推广应用的障碍。也一直是科技研究工作者为寻求解决这些缺点所追求的目标。

本发明的任务就在于提供一种逆变器元件少。线路较简单，成本低，可靠性较高的新的技术解决方案。

本发明的技术方案是，采用四管三相逆变器线路代替传统的六管三相逆变器线路。其主要电路的具体结构是，将两个电容串联后，再并联于220伏交流电源经整流后的输出端。而两串联电容的中点直接与三相电动机中任意一相绕组相连。电机的另两相绕组仍分别由两个功率管控制。这样就由传统的六管逆变器主电路变成了四管逆变器主电路。从而节省了两个功率管。与此相应的其控制电路也简化。即驱动电路，驱动线路电源，信号通道均从六路降为四路。节约了三分之一的元件。简化了线路。减小了体积。降低了成本。同时由微机控制时，也相应减少了计算工作量和控制工作量。能提高控制速度，使性能得到改善。

本发明附图有：

附图1    本发明变频器主电路及系统结构图。

附图2    本发明变频器驱动电路图

附图3    本发明变频器微机控制系统电路图

附图4    （a）电动机定子绕组三相电流矢量图。（b）电动机电压波形图。

附图1的虚线框内是本发明的变频器主电路连接图。它是将异步电动机（JD）三相绕组中的任意一相直接连接于两个串联电容C₁与C₂的中点G。C₁与C₂串联后并联于220伏交流电源经整流后的输出端。异步电机（JD）的另两相绕组则仍分别由二个功率晶体管控制。其基本原理是，在三相异步电动机的定子绕组上加三个对称交流电压：

U_A＝U_msin（ωt+90°）

U_B＝U_msin（ωt-30°）

U_C＝U_msin（ωt-150°）

如果不考虑绕组电阻对电压、电流相位差的影响。将产生三相对称电流：

i_A＝I_msinωt

i_B＝I_msin（ωt-120°）

i_C＝I_msin（ωt-240°）

矢量图如附图4（a）所示。定子三相电流将产生一旋转磁场 ()/(F) ，使转子感应电势，产生感应电流。并生成电磁力矩。带动转子转动，这是感应电机的基本工作原理。可见，要想使感应电机转动。关键在于生成旋转磁场 ()/(F) ，而一般的三相感应电机生成这个旋转磁场是三相定子电流i_A，i_B，i_C的合成结果。根据节点电流原理，这三相定子电流并不是互相独立的。它们有如下关系：

i_A+i_B+i_C＝0

因此，事实上决定旋转磁场 ()/(F) ，只有二个独立变量，第三个量不是独立变量。根据这个原理，将电机的任意一绕组不用功率管来控制，而将它直接连接220伏交流电源直流侧两个串联电容C₁，C₂的中点G，这点G的电位固定为 (U_d)/2 ，然后，以它为参考点，求出另二绕组端电压的变化规律。使最终的旋转磁场 ()/(F) 仍然是一个以园为轨迹的旋转磁场。如果以电机的C端为参考点。那么电机AB端和BC端的电压仍然应为正弦波，但相位应相差60°。如附图4（b）所示。显然，这种规律能保证U_AB，U_CB，U_BA三个线电压仍为互为相位差120°的三个正弦波，从而能保证电机内部生成园轨迹的旋转磁场 ()/(F) 。

由上述分析可知，只要控制电机任意二相绕组。即可生成旋转磁场 ()/(F) 。其控制方法可由微机采用正弦波脉宽调制（SPWM）方法来实现。也可采用模拟线路来实现。