[发明专利]交流电动机变频调速方法及装置

说明书

本发明涉及三相交流电动机的一种变频调速方法及装置。

三相交流电动机是当前工业生产上所采用的最主要的动力机。但要实现交流电动机的平滑调速却相当困难，实际应用中有许多地方迫切需要能调节三相交流电动机的转速以节省电能的消耗。

现有技术中交流电动机的变频调速方法和装置主要有两种类型：利用可控硅进行逆变和利用高速开关进行脉冲宽度调制的PWM型。这些装置已在实用中发挥了很大的作用，证实了调节交流电动机转速对节能的重大意义，但也存在不少问题阻碍交流电动机调速装置的实施应用。这些问题主要是由于调频变速方法的设计带来的如：控制电路结构复杂，不便于制造、调试和维修;可控硅逆变型效率低，对电网有严重的高频干扰;PWM型对器件的要求高，难以制造大功率装置，并有尖峰脉冲存在使运行的电动机产生噪声污染。

本发明的目的在于提供一种交流电动机变频调速方法及装置，克服上述原有这类装置的缺点和不足，特别适合于有单独变压器供电的电动机和制造较大功率的变频调速装置。

本发明交流电动机变频调速的方法，在于利用整流器和滤波器及变压器将三相交流市电整流成极性和大小不同的一组多级直流电压，采用阶梯波来逼近正弦交流电波，并用改变一周内各阶梯相对宽度的方法（阶梯调宽式）来调节有用基波电压的大小，使用三组晶体管开关（或其他开关）将上述多级直流电压按一定的顺序和周期分别与三相电动机的三相定子绕组接通，使三相电动机得到呈阶梯波形的三相交流电供电。用微处理器控制上述三组晶体管开关与各级电压接通的周期以改变对三相电动机供电的频率，并控制上述三组晶体管开关中各开关在一周内接通相应电压的相对时间，以改变对三相电动机供电的有效电压幅度（基波幅度），使三相电动机所得有效电压的幅值与频率成正比变化，满足恒转矩调速的要求。选择上述三组开关的开关模式（开闭规律）使供电给三相电动机的阶梯波电压中的有害谐波成份减至最小，并使本发明的装置在三相电动机的功率因数为0.8～0.87以上时可以自然续流。

图1、交流电动机变频调速装置电路示意图。

图2、交流电动机变频调速装置主电路图。

图3、大功率晶体管（GTR）构成的开关电路图。

图4、典型阶梯波波形及其基波示意图。

图5、开关接通时序分布图。

图6、一般阶梯波波形示意图。

以下结合附图详细说明：图1下部的虚线框内为本发明的控制电路，其余（上部）为本发明的主电路部分。控制电路由电位器1连接模/数转换器（A/D）2构成频率给定输入器，进而连接微处理器3（8031单片机）;微处理器3分别连通扩展接口5、程序存贮器4及主电路中的过流保护器17。扩展接口5分别连通显示器6、计数器7及开关模式贮存器8。计数器7顺序连通开关模式贮存器8、驱动器9、光耦合器10、驱动级11。其中驱动器9还连接主电路中的过流保护器17，驱动级11连通主电路中的开关（GTR）18。

主电路中的闸刀12连通电源，其另一端通过保险13连通两路电路。一路直接连通整流滤波器15、过流保护器17、开关（GTR）18的两开关点，最后连通电动机19。另一路经变压器（TP）14后，连通整流滤波器16、过流保护器17、开关（GTR）18的三个开关点，最后连通电动机19。