三相异步电机分频变频器

本发明涉及三相异步电机分频变频器，可广泛的应用于机床、传送带、加工机械、 纺织机械、建筑机械等领域电机动力变频调速。

变频调速是交流电机需要无极调速下发展起来的，以三相逆变正弦波等相位角度 还原为三相交流电的变频器，对频率幅值相应的调节达到调速的目的，以大功率开关管阵 列按设定的程序，将直流转换为不同脉宽与幅度的脉冲列，按正弦轨迹排列经滤波获得近 似正弦波，驱动交流电机。随着数字技术的发展，闭环控制提高了调速运转的精度，矩阵式 交-交变频器省去了中间直流环节，但是位置闭环与交交控制技术目前没有实质性有效的 技术方法。

目前变频调速通过正弦脉宽调制、电压空间矢量、直接转矩等方法，在直流上取得 各种频率各种幅度方波，按三相规律进行组合，复杂的控制不利于动力传动。将单相交流电 的正弦波，按正弦波的个数，以三个波形为一组的正弦三波制，三组九个波形两两重合两 个，五个波形可分出三相，对每相三个输入波形独立整形滤波并逆变为一个输出正弦波，再 将输出正弦波以一个输入正弦波为相位差，以正负相位差排列输出三相交流电，三个波一 组分段以LC整流滤波，直接接工频电的三相输出可以在单相输入的四象限运行，三相输出 频率为单相输入频率的1/4，而控制部分仅仅采用一块集成寄存器CD4042或74HC175，与一 块基本逻辑门CD4011或74HC00，输出三相六个波形的时序信号，极大的简化了控制电路。在 工频以外以单相调节占空比变频器，改变单相推挽振荡方波频率的截止时间，即可改变由 方波逆变为正弦波的频率和幅值，再按正弦波三波制调节三相输出的频率和幅值，输出可 星形连接，还可设定负载阻抗为单相方波推挽振荡的一个RC臂，三相输出电压的调节由电 机负载反馈至单相输入的给定上，能实现无传感器下速度闭环，单相占空比调节方式有利 于输入接入变压器，按300hz---500hz适配变压器范围，适合于中小功率4极电机1/8输入频 率，转速在2850rpm左右调速。以三相调节占空比变频器，振荡方波信号控制六个时序信号 的产生，并按比例同时控制六个时序信号的脉宽，六个可调宽时序信号控制逆变桥的六个 上下臂，输出以每三个方波为一组，经滤波整形为正弦波的方波三波制，输出时序下三相正 弦波交流电，输出可星形连接，没有输入变压器的变频器，大输出功率不受体积的限制，适 合于转速低一点力矩大一点的电机变频方式。

如图1所示为应用本发明输入单相调节异步电机变频器电路图

如图2所示为应用本发明输入三相调节异步电机变频器电路图

如图3所示为应用本发明三相异步电机变频器波形转换图

如图1所示为应用本发明输入单相调节异步电机变频器电路图，图中IC芯片直流 电源由电容C1桥BRDG1整流，R1、R2、C2滤波，Dw稳压为CD4011及CD4042提供5.6v电压。OS1为 施密特光耦，将输入正弦变为方波触发CP输出，时间继电器KS通过D提供半倍频起动，或者 为手动开关，R1调节OS1方波触发的时间在接近正弦波0值时触发，R3为触发CP上拉电阻输 出CP，R5为光耦输出限流电阻，LED为光耦输出作电源指示，R4为锁存器在脉冲下降沿触发 置1及空脚置1，光耦OS2、OS3、OS4、OS5、OS6、OS7为输出上下臂时序开关，三极管T1、T2、T3、 T4、T5、T6为输出上下臂，R6、R7、R8为限压偏置电阻，R9、R11、R13为N管供压电阻，R10、R12、 R14为P管供压电阻，L1、L2、L3为输出整形电感，C4、C6、C8为输出滤波电容，C3、C5、C7为输出 续流电容，Uo1、Uo2、Uo3为a、b、c三相输出，主电源经变压器B变压至桥BRDG2整流，为逆变桥 提供直流电源，变压器输入为L6，输出L4、L5有一个中间抽头，与三个逆变桥中间抽头相连。 当输入为50hz工频交流时，施密特光耦OS1输出100hz方波，作为4D锁存器CD4042的触发CP， CD4011为4路2输入与非门，其中2个与非门作为2个锁存器置数缓冲，另2个与非门为第3个 锁存器置数缓冲及避免进入全0全1死循环，第4个锁存器空置，在Q4非自置时可作为输出频 率显示信号，第一个脉冲IC为任意输出状态，只要不全为0或全为1，即可进入顺序输出状 态，Q1、Q2、Q3输出六个循环状态为101、100、110、010、011、001--101、100、110、010、011、 001…，对应Q1非、Q2非、Q3非六个状态为010、011、001、101、100、110--010、011、001、101、 100、110…，一起控制逆变桥六个上下臂。六个循环的六个臂都是三个0或三个1进行变化， 每一个臂连续导通三个正弦波，按隔一个正弦波为相位差，输出三相六组三个正弦波组合， 再对三个正弦波组合进行独立的滤波，整形为一个近似正弦波，所以总输出为近似三相交 流电，频率为四分之一工频12.5hz，电压为变压器输出电压乘整形电感与电机线圈电感之 比值。当触发时间在交流0值时，输出换向时为0，能减少桥臂三极管冲击，相位调节还可以 由施密特振荡输出延时及改变触发为上升沿或下降沿。当输入为可调推挽方波时，经整形 再过变压器的单相逆变交流，与工频输入一样，变频器输出幅度的调节，由输入推挽方波改 变频率时同步改变方波脉宽来决定，同时负载的变化也作为输入推挽方波脉宽的控制条 件，达到速度闭环。当不需要变压器中分抽头时，以三相4线逆变，虽然桥臂三极管多了2个， 但可实现交交控制。

如图2所示为应用本发明输入三相调节异步电机变频器电路图，图中IC芯片直流 电源由电容C1桥BRDG1整流，R1、C2滤波，Dw稳压为4路2输入与非门74HC100及4D锁存器 74HC175及施密特SN74LV1G132提供5.6v电压，LED为电源指示。SN74LV1G132为施密特回差 振荡，电位器POT与C3为振荡RC，频率为0.7倍RC时间常数，74HC175的9脚得到方波振荡的触 发CP，锁存器在方波上升沿触发，同样74HC175的Q1、Q2、Q3、Q1非、Q2非、Q3非输出六个控制 信号，再与SN74LV1G132的输出“与”逻辑连接，得到六个信号与振荡相同的脉宽，而施密特 振荡频率在调节上，脉宽调节小于占空比调节，所以受控脉宽的变频器输出高速与低速的 功率基本相同，所以输出低速逆变整形正弦波的电压低，高速逆变整形正弦波的电压高。主 电源整流滤波得到中分电容C7、C8电压，中间抽头与三个逆变桥中分相连，没有输入变压器 的非隔离电源，效率高，大容量变频器不受体积的限制。其余与单相调节相同，但耦合桥为3 个芯片TLP521-4共12个耦合器，逆变桥每一个臂由2个光耦控制，可以得到输出为振荡脉 宽，且在输出换向时有一臂为0，增加了逆变桥臂的可靠性。R2为去清0及空脚置1，R3、R4为 光耦输入输出限流电阻，光耦TLP521-4为输出上下臂时序开关，三极管T1、T2、T3、T4、T5、T6 为输出上下臂，R5、R6、R7为限压偏置电阻，R8、R10、R12为N管供压电阻，R9、R11、R13为P管供 压电阻，L1、L2、L3为输出整形电感，C4、C6、C8为输出滤波电容，C5、C7、C9为输出续流电容， C10、C11为主电源滤波电容，Uo1、Uo2、Uo3为a、b、c三相输出。图中参数设置参考可带动1kw 电机。

如图3所示为应用本发明三相异步电机变频器波形转换图，图中UiL为单相工频输 入或单相方波调宽逆变输入经变压器输出整流正弦波形，三个正弦波为一组进行滤波逆变 为一个变频输出正弦波形，UiC为无输入变压器三相方波调宽波形，三个方波为一组进行滤 波逆变为一个变频输出正弦波形，输出正弦波经时序控制输出变频器三相电压a、b、c。