專利名稱：一種前饋補償節(jié)能控制變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及矩陣變換器技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種前饋補償節(jié)能控制變換裝置。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，交-直-交電壓型變頻調(diào)速裝置已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于交流調(diào)速系統(tǒng)中且結(jié)構(gòu)愈來愈緊湊。但由于裝置中應(yīng)用了二極管橋式整流器所以輸入電流波形失真度大、功率因數(shù)低。隨著電網(wǎng)負(fù)載中電力電子設(shè)備的增加畸變電流對電網(wǎng)品質(zhì)的污染已成為不可忽視的問題，因此研究新型的既有優(yōu)良控制性能和優(yōu)良輸入電流品質(zhì)而又成本低、結(jié)構(gòu)緊湊可靠的變換器已成為當(dāng)前的發(fā)展趨勢。矩陣式變換器可以克服上述缺點，它是一種單級電源變換器，除了應(yīng)用一個體積不大的交流濾波器外不需貯能環(huán)節(jié)。矩陣式變換器由于其輸入電流、輸出電壓為正弦波，無中間儲能環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，諧波污染小，已成為交一交變頻器的研究熱點。間接變換法是目前研究最多，也是最有前途的一種調(diào)制策略。它將交一交變換虛擬為交直和直交變換，這樣可以將現(xiàn)有的SPWM控制技術(shù)和高頻PWM波形合成技術(shù)相結(jié)合，從而實現(xiàn)高效變換。然而在間接變換法中，由于虛擬整流環(huán)節(jié)中無電感、電容等儲能元件，輸入電壓的不對稱、畸變、浪涌等特殊情況將直接導(dǎo)致矩陣變換器輸出特性降低。在實現(xiàn)本實用新型的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在矩陣變換器輸出性能差和用電質(zhì)量可靠性差等缺陷。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于，針對上述問題，提出一種前饋補償節(jié)能控制變換裝置，以實現(xiàn)矩陣變換器輸出性能好和用電質(zhì)量可靠性好的優(yōu)點。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是:一種前饋補償節(jié)能控制變換裝置，包括依次連接的三相交流電源、輸入濾波器、雙級矩陣變換器主電路和三相電機Μ，依次連接在所述三相交流電源和輸入濾波器的公共端與雙級矩陣變換器主電路的電源端的扇區(qū)發(fā)生器、主控制單元和驅(qū)動及隔離電源單元，依次連接在所述扇區(qū)發(fā)生器的輸入端與主控制單元的調(diào)度端之間的前饋補償控制單元和乘法器。進一步地，所述輸入濾波器，包括配合連接在所述三相交流電源與雙級矩陣變換器主電路的輸入端之間的第一至三電感LI至L3，以及第一連接端分別與第一至三電感LI至L3的輸出端連接、第二連接端連接在一起的第一至三電感Cl至C3。進一步地，所述雙級矩陣變換器主電路，包括依次連接在第一至三電感LI至L3與三相電機M之間的整流級和逆變級。進一步地，所述整流級，包括第一 MOS管、第二 MOS管、第一二極管和第二二極管，其中:所述第一 MOS管的柵極和第二 MOS管的柵極均為控制端，第一 MOS管的漏極與第一二極管的陰極連接，第一 MOS管的源極分別與第一二極管的陽極、第二二極管的陽極和第二 MOS管的源極連接，第二 MOS管的漏極與第二二極管的陰極連接。進一步地，所述逆變級，包括MOS管和二極管，其中:所述MOS管的柵極為控制端，MOS管的漏極與二極管的陰極連接，MOS管的源極與二極管的陽極連接。進一步地，所述主控制單元，包括依次與扇區(qū)發(fā)生器連接的整流級空間矢量生成模塊和逆變級空間矢量生成模塊；所述整流級空間矢量生成模塊的第二輸入端為整流級調(diào)制度給定端，整流級空間矢量生成模塊的第二輸出端與驅(qū)動及隔離電源單元連接；所述逆變級空間矢量生成模塊的第二輸入端為輸出頻率給定端，逆變級空間矢量生成模塊的反饋端為補償后調(diào)制度端、與乘法器的輸出端連接，逆變級空間矢量生成模塊的輸出端與驅(qū)動及隔離電源單元連接。進一步地，所述前饋補償控制單元，包括依次連接在扇區(qū)發(fā)生器的輸入端與乘法器的輸入端之間的線電壓包絡(luò)檢測模塊和除法器。本實用新型各實施例的前饋補償節(jié)能控制變換裝置，由于包括依次連接的三相交流電源、輸入濾波器、雙級矩陣變換器主電路和三相電機M，依次連接在三相交流電源和輸入濾波器的公共端與雙級矩陣變換器主電路的電源端的扇區(qū)發(fā)生器、主控制單元和驅(qū)動及隔離電源單元，依次連接在扇區(qū)發(fā)生器的輸入端與主控制單元的調(diào)度端之間的前饋補償控制單元和乘法器；可以僅用雙向開關(guān)將輸入與輸出直接相接，使得矩陣變換器的輸出性能更易受非正常輸入影響；從而可以克服現(xiàn)有技術(shù)中矩陣變換器輸出性能差和用電質(zhì)量可靠性差的缺陷，以實現(xiàn)矩陣變換器輸出性能好和用電質(zhì)量可靠性好的優(yōu)點。本實用新型的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)描述。

附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本實用新型的實施例一起用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的限制。在附圖中:圖1為本實用新型前饋補償節(jié)能控制變換裝置的工作原理示意圖。結(jié)合附圖，本實用新型實施例中附圖標(biāo)記如下:1-扇區(qū)發(fā)生器。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施例進行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。根據(jù)本實用新型實施例，提供了一種前饋補償節(jié)能控制變換裝置。如圖1所示，本實施例的前饋補償節(jié)能控制變換裝置，包括依次連接的三相交流電源、輸入濾波器、雙級矩陣變換器主電路和三相電機M，依次連接在三相交流電源和輸入濾波器的公共端與雙級矩陣變換器主電路的電源端的扇區(qū)發(fā)生器(如扇區(qū)發(fā)生器I)、主控制單元和驅(qū)動及隔離電源單元，依次連接在扇區(qū)發(fā)生器的輸入端與主控制單元的調(diào)度端之間的前饋補償控制單元和乘法器。上述輸入濾波器，包括配合連接在三相交流電源與雙級矩陣變換器主電路的輸入端之間的第一至三電感LI至L3，以及第一連接端分別與第一至三電感LI至L3的輸出端連接、第二連接端相連的第一至三電感Cl至C3。上述雙級矩陣變換器主電路，包括依次連接在第一至三電感LI至L3與三相電機M之間的整流級和逆變級。該整流級，包括第一 MOS管、第二 MOS管、第一二極管和第二二極管，其中:第一MOS管的柵極和第二 MOS管的柵極均為控制端，第一 MOS管的漏極與第一二極管的陰極連接，第一MOS管的源極分別與第一二極管的陽極、第二二極管的陽極和第二MOS管的源極連接，第二 MOS管的漏極與第二二極管的陰極連接?；蛘?該逆變級,包括MOS管和二極管,其中:M0S管的柵極為控制端,MOS管的漏極與二極管的陰極連接，MOS管的源極與二極管的陽極連接。上述主控制單元，包括依次與扇區(qū)發(fā)生器連接的整流級空間矢量生成模塊和逆變級空間矢量生成模塊；整流級空間矢量生成模塊的第二輸入端為整流級調(diào)制度給定端，整流級空間矢量生成模塊的第二輸出端與驅(qū)動及隔離電源單元連接；逆變級空間矢量生成模塊的第二輸入端為輸出頻率給定端，逆變級空間矢量生成模塊的反饋端為補償后調(diào)制度端、與乘法器的輸出端連接，逆變級空間矢量生成模塊的輸出端與驅(qū)動及隔離電源單元連接。[0031]上述前饋補償控制單元，包括依次連接在扇區(qū)發(fā)生器的輸入端與乘法器的輸入端之間的線電壓包絡(luò)檢測模塊和除法器。上述實施例的前饋補償節(jié)能控制變換裝置的工作原理為:常規(guī)變換器可以通過直流側(cè)儲能環(huán)節(jié)克服或緩解電網(wǎng)的非正常輸入影響。而矩陣變換器的獨特之處是直流側(cè)無儲能元件，僅用雙向開關(guān)將輸入與輸出直接相接，故輸出性能更易受非正常輸入影響。IOkV及以下三相供電電壓允許偏差為額定電壓的土7%，220V單相供電電壓允許偏差為額定電壓的+7%，-10% ;電力系統(tǒng)公共連接點正常電壓不平衡度允許值2%，短時間不得超過4%。上述實施例的前饋補償節(jié)能控制變換裝置，至少具有以下有益效果:⑴控制自由度大，輸出電壓可調(diào)，輸出頻率不受輸入頻率的限制 ’紙槻⑵輸入功率因數(shù)可調(diào)，可以滯后、超前或為I不受負(fù)載限制 ’紙槻⑶輸入電流正弦，對電網(wǎng)無諧波污染； 槻⑷能量可以雙向流動，尤其適合于電機四象限運行；鉱槻(5)無任何中間直流環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、效率高，易于實現(xiàn)集成化和模塊化，特別適合實現(xiàn)電機與變頻器一體；(6)該前饋補償節(jié)能控制變換裝置，是通過引入前饋補償控制，將影響矩陣變換器輸出特性的各種非正常輸入轉(zhuǎn)化為虛擬整流輸出的擾動，通過改變逆變器輸出的脈沖寬度加以補償。將該控制策略應(yīng)用于SPWM三相矩陣變換器，對調(diào)制正弦參考信號首先進行預(yù)調(diào)制，使其幅值隨虛擬整流電壓的變化而進行實時、適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，然后再進行常規(guī)二次調(diào)制，從而最終產(chǎn)生具有補償因素的脈沖?？刂品桨负唵危子谕ㄟ^硬件或數(shù)值算法實現(xiàn)。最后應(yīng)說明的是:以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種前饋補償節(jié)能控制變換裝置，其特征在于，包括依次連接的三相交流電源、輸入濾波器、雙級矩陣變換器主電路和三相電機M，依次連接在所述三相交流電源和輸入濾波器的公共端與雙級矩陣變換器主電路的電源端的扇區(qū)發(fā)生器、主控制單元和驅(qū)動及隔離電源單元，依次連接在所述扇區(qū)發(fā)生器的輸入端與主控制單元的調(diào)度端之間的前饋補償控制單元和乘法器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的前饋補償節(jié)能控制變換裝置，其特征在于，所述輸入濾波器，包括配合連接在所述三相交流電源與雙級矩陣變換器主電路的輸入端之間的第一至三電感LI至L3，以及第一連接端分別與第一至三電感LI至L3的輸出端連接、第二連接端連接在一起的第一至三電感Cl至C3。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的前饋補償節(jié)能控制變換裝置，其特征在于，所述雙級矩陣變換器主電路，包括依次連接在第一至三電感LI至L3與三相電機M之間的整流級和逆變級。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的前饋補償節(jié)能控制變換裝置，其特征在于，所述整流級，包括第一 MOS管、第二 MOS管、第一二極管和第二二極管，其中: 所述第一 MOS管的柵極和第二 MOS管的柵極均為控制端，第一 MOS管的漏極與第一二極管的陰極連接，第一 MOS管的源極分別與第一二極管的陽極、第二二極管的陽極和第二MOS管的源極連接，第二 MOS管的漏極與第二二極管的陰極連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的前饋補償節(jié)能控制變換裝置，其特征在于，所述逆變級，包括MOS管和二極管，其中: 所述MOS管的柵極為控制端，MOS管的漏極與二極管的陰極連接，MOS管的源極與二極管的陽極連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-5中任一項所述的前饋補償節(jié)能控制變換裝置，其特征在于，所述主控制單元，包括依次與扇區(qū)發(fā)生器連接的整流級空間矢量生成模塊和逆變級空間矢量生成模塊； 所述整流級空間矢量生成模塊的第二輸入端為整流級調(diào)制度給定端，整流級空間矢量生成模塊的第二輸出端與驅(qū)動及隔離電源單元連接； 所述逆變級空間矢量生成模塊的第二輸入端為輸出頻率給定端，逆變級空間矢量生成模塊的反饋端為補償后調(diào)制度端、與乘法器的輸出端連接，逆變級空間矢量生成模塊的輸出端與驅(qū)動及隔離電源單元連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的前饋補償節(jié)能控制變換裝置，其特征在于，所述前饋補償控制單元，包括依次連接在扇區(qū)發(fā)生器的輸入端與乘法器的輸入端之間的線電壓包絡(luò)檢測模塊和除法器。
專利摘要本實用新型公開了一種前饋補償節(jié)能控制變換裝置，包括依次連接的三相交流電源、輸入濾波器、雙級矩陣變換器主電路和三相電機M，依次連接在所述三相交流電源和輸入濾波器的公共端與雙級矩陣變換器主電路的電源端的扇區(qū)發(fā)生器、主控制單元和驅(qū)動及隔離電源單元，依次連接在所述扇區(qū)發(fā)生器的輸入端與主控制單元的調(diào)度端之間的前饋補償控制單元和乘法器。本實用新型所述前饋補償節(jié)能控制變換裝置，可以克服現(xiàn)有技術(shù)中矩陣變換器輸出性能差和用電質(zhì)量可靠性差等缺陷，以實現(xiàn)矩陣變換器輸出性能好和用電質(zhì)量可靠性好的優(yōu)點。
文檔編號H02P27/08GK203057066SQ20122069160
公開日2013年7月10日 申請日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者戴偉, 郭亮, 陳芳, 何艷榮, 李保鵬 申請人:新疆希望電子有限公司