[发明专利]一种带开关续流电容的交直交变频器及其控制方法

摘要

本发明公开一种带开关续流电容的交直交变频器及其控制方法，将普通变频器逆变桥并联的大电容换成小电容并与小电容串联一个有续流二极管的功率开关器件。该拓扑结构下并联的电容没有对整流输出的直流电有滤波作用。当负载中有电感并且向直流母线端有续流电流时，会造成直流母线电压的升高即造成泵升电压，当泵升电压达到设置的阈值电压时微控制器会发出触发脉冲触发功率开关管V7的导通使电容C1接入电路形成电感的续流回路。本发明的拓扑形式减小了变频器的体积降低了成本，并且通过选择基于正弦波脉宽调制(SPWM)的控制方式和直接转矩控制方式实现变频器的高性能。

主权项

1.一种带开关续流电容的交直交变频器的控制方法，其特征在于：所述的带开关续流电容的交直交变频器，包括三相整流桥、电容C1、三相逆变桥和微控制器；所述三相整流桥的出线端与三相逆变桥的进线端通过直流母线连接，所述的电容C1并联在直流母线上，电容支路上设置有与电容C1串联的带有反并联二极管VD7的功率开关器件V7；三相整流桥的进线端、三相逆变桥的出线端分别与电网和负载连接形成主回路；所述的微控制器与功率开关器件V7及三相逆变桥的功率开关器件均连接；三相逆变桥由六个并联续流二极管的功率开关器件构成六个桥臂，其中第一开关器件V1与第四开关器件V4构成上下桥臂，第三开关器件V3、第六开关器件V6构成上下桥臂，第五开关器件V5、第二开关器件V2构成上下桥臂；直流母线侧设置有电压传感器，电压传感器检测直流母线的电压信息并反馈到微控制器中；所述的电容C1的容值为100～1000uF；所述的带开关续流电容的交直交变频器的控制方法，包括以下步骤：主回路结构中三相交流电先通过三相整流桥，整流输出的直流电输入三相逆变桥的直流侧，微控制器控制三相逆变桥的功率开关器件的开关时间和顺序使变频器处于不同的工作方式给负载供电，同时通过控制与电容C1串联的功率开关器件V7的导通或关断来控制并联电容C1是否接入电路中；微控制器的控制策略包括基于正弦波脉宽调制的控制方式和直接转矩控制方式；当处于正弦波脉宽调制的控制方式时，三相逆变桥的上下桥臂交替导通，在桥臂切换时负载中的电感会有续流电流产生，续流电流流向直流母线导致直流母线产生泵升电压；当泵升电压达到阈值电压时，微控制器控制功率开关器件V7导通使电容C1接入电路中，此时电感的续流电流流向电容C1；当续流完成后，当电容C1两端电压大于直流母线的电压时，电容C1中储存的能量会通过二极管VD7回馈到负载中；正弦波脉宽调制的控制方式是指以频率与期望的输出电压波相同的正弦波作为调制波，以频率比期望的输出电压波高的等腰三角形作为载波，当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变桥功率开关器件的通断时刻，控制逆变桥功率开关器件的导通或关断使逆变输出获得幅值相等、宽度按正弦规律变化的脉冲序列；当处于直接转矩控制方式时，三相整流桥的直流输出侧接入逆变桥的输入侧，以交流电机为负载，时刻检测交流电机的定子磁链与电磁转矩，并将检测的结果与期望值进行比较，微控制器通过比较的结果选取相应的电压空间矢量进而开通三相逆变桥对应的功率开关器件，减小定子磁链与期望值的差距及电磁转矩与期望值的差距；在直接转矩控制有电感的负载时，电感产生续流电流通过逆变桥的开关器件回流到负载的内部，最终电感储蓄的能量由内部内阻消耗；直接转矩的控制方式是根据定子磁链幅值偏差ΔΨS的大小和电磁转矩偏差ΔTe的大小，再依据当前定子磁链矢量ΨS所在的位置，选取合适的电压空间矢量，减小定子磁链幅值与期望值的偏差和电磁转矩与期望值的偏差，实现电磁转矩和定子磁链的控制。