提高变频器电路功率因数的有源前端整流变频器及方法
阅读说明：本技术 提高变频器电路功率因数的有源前端整流变频器及方法 (Active front-end rectification frequency converter and method for improving power factor of frequency converter circuit ) 是由 佘利国 郑焕生 于 2021-07-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种提高变频器电路功率因数的有源前端整流变频器,包括预充电及主控制器、电网滤波单元、功能单元、控制单元以及检测单元,其特征在于：所述预充电及主控制器分别与检测单元和电网滤波单元连接,且检测单元与电网滤波单元同步连接,该装置设有自关断器件IGBT作为功率器件,并使用正弦脉宽调制技术,可以按需要在一定范围内设定,调节功率因数；整流后的直流母线电压可在一定范围内设定,当交流侧电网输入电压波动时,直流母线电压稳定,以保证当输入电压偏低时,变频器仍能正常工作；电机侧制动后的能量通过逆变器返回,而使直流母线电压升高时,则调节交流输入电流的相位,从而提高电路功率。(The invention discloses an active front-end rectification frequency converter for improving the power factor of a frequency converter circuit, which comprises a pre-charging and main controller, a power grid filtering unit, a functional unit, a control unit and a detection unit, and is characterized in that: the device is provided with a self-turn-off device IGBT serving as a power device, and a sinusoidal pulse width modulation technology is used, so that the power device can be set within a certain range as required to adjust a power factor; the rectified direct-current bus voltage can be set within a certain range, and when the input voltage of the alternating-current side power grid fluctuates, the direct-current bus voltage is stable, so that the frequency converter can still work normally when the input voltage is low; the energy after the motor side braking is returned through the inverter, and when the voltage of the direct current bus is increased, the phase of the alternating current input current is adjusted, so that the circuit power is improved.)
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及提高变频器电路功率因数的有源前端整流变频器及方法。
背景技术
传统变频器控制系统的整流单元，多采用二极管整流，或者可控硅整流。这样做虽然电路成本低、维护简单，但是整流后的直流母线上，高次谐波多，容易损坏后端逆变部分的元件。直流母线电流单向导通，无能量回馈，需要配置制动电阻。而且直流侧的电压是不可控的，这样功率因数低，能量损耗大。当电网波动时，整流后的直流电压就可能低于电机额定电压导致电机不能正常工作。
本有源前端整流器用自关断器件IGBT作为功率器件，并使用正弦脉宽调制技术。由于整流器前端的电压与电流波形均已滤波成正弦波形，电压与电流波形间的相位差角可以按需要在一定范围内设定，调节功率因数。整流后的直流母线电压可在一定范围内设定，当交流侧电网输入电压波动时，直流母线电压稳定，以保证当输入电压偏低时，变频器仍能正常工作。电机侧制动后的能量通过逆变器返回，而使直流母线电压升高时，则调节交流输入电流的相位。使电流相位与电源电压相位相反，实现再生发电运行，使再生功率回馈到交流电网去。
发明内容
本发明的目的在于提供提高变频器电路功率因数的有源前端整流变频器及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：
一种提高变频器电路功率因数的有源前端整流变频器，包括预充电及主控制器、电网滤波单元、功能单元、控制单元以及检测单元，所述预充电及主控制器分别与检测单元和电网滤波单元连接，且检测单元与电网滤波单元同步连接，所述检测单元与控制单元连接，所述控制单元包括A/D芯片、转换器以及微处理器，所述A/D芯片和微处理器分别对应与整流单元和逆变单元连接，所述整流单元和逆变单元相互连接并构成功能单元，所述功能单元一端于电网滤波单元连接，另一端与变频器的电机连接。
进一步的，该种提高变频器电路功率因数的有源前端整流变频器的具体工作方法，首先变频器启动信号给到逆变单元主控板后，通过控制电路板将启动信号给到整流单元主控板；整流单元主控板启动后，触发电压检测板，检测电网侧三相电压的电压值及相位，完成电网同步；电网同步完成后，电压检测板给出预充电信号，控制进线主继电器吸合，中间回路开始预充电，并将直流母线电压调整至设定值；上述过程完成后，逆变单元驱动电路允许工作，变频器系统开始正常运行。
进一步的，所述电压检测板通过对电网侧的输入电压进行脉冲抽样，将获得的模拟电压送至A/D芯片，模数转换后将数字量送至微处理器进行运算，得出电网电压的相位。
进一步的，所述电网电压同步后，整流单元主控板给出正弦波脉宽调制信号，使IGBT模块的上下桥臂按照程序设定时序交替导通。
进一步的，所述电网侧电压波动时，调节IGBT驱动信号的占空比，则可使直流母线电压保持稳定。
进一步的，所述逆变单元与整流单元结构相反，逆变单元主控板给出正弦波脉宽调制信号，使IGBT模块的上下桥臂按照程序设定时序交替导通。将整流单元输出的直流电，进行逆变，变成三项交流输出，控制电机运行。
与现有技术相比，本发明的有益效果是该发明提高变频器电路功率因数的有源前端整流变频器及方法，设有自关断器件IGBT作为功率器件，并使用正弦脉宽调制技术，可以按需要在一定范围内设定，调节功率因数；整流后的直流母线电压可在一定范围内设定，当交流侧电网输入电压波动时，直流母线电压稳定，以保证当输入电压偏低时，变频器仍能正常工作；电机侧制动后的能量通过逆变器返回，而使直流母线电压升高时，则调节交流输入电流的相位。使电流相位与电源电压相位相反，实现再生发电运行，使再生功率回馈到交流电网去。
附图说明
图1是本发明提高变频器电路功率因数的有源前端整流变频器及方法的整体原理图；
图2是本发明提高变频器电路功率因数的有源前端整流变频器及方法的电压检测板原理图；
图3是本发明提高变频器电路功率因数的有源前端整流变频器及方法的整流单元原理图；
图4是本发明提高变频器电路功率因数的有源前端整流变频器及方法的整流单元波形图；
图5是本发明提高变频器电路功率因数的有源前端整流变频器及方法的主控板的功能框图；
图6是本发明提高变频器电路功率因数的有源前端整流变频器及方法的逆变单元的原理图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-6所示，本发明公开了一种提高变频器电路功率因数的有源前端整流变频器，包括预充电及主控制器、电网滤波单元、功能单元、控制单元以及检测单元，所述预充电及主控制器分别与检测单元和电网滤波单元连接，且检测单元与电网滤波单元同步连接，所述检测单元与控制单元连接，所述控制单元包括A/D芯片、转换器以及微处理器，所述A/D芯片和微处理器分别对应与整流单元和逆变单元连接，所述整流单元和逆变单元相互连接并构成功能单元，所述功能单元一端于电网滤波单元连接，另一端与变频器的电机连接。
本发明中，该种提高变频器电路功率因数的有源前端整流变频器的具体工作方法，首先变频器启动信号给到逆变单元主控板后，通过控制电路板将启动信号给到整流单元主控板；整流单元主控板启动后，触发电压检测板，检测电网侧三相电压的电压值及相位，完成电网同步；电网同步完成后，电压检测板给出预充电信号，控制进线主继电器吸合，中间回路开始预充电，并将直流母线电压调整至设定值；上述过程完成后，逆变单元驱动电路允许工作，变频器系统开始正常运行。
进一步的，所述电压检测板通过对电网侧的输入电压进行脉冲抽样，将获得的模拟电压送至A/D芯片，模数转换后将数字量送至微处理器进行运算，得出电网电压的相位。
本发明中，所述电网电压同步后，整流单元主控板给出正弦波脉宽调制信号，使IGBT模块的上下桥臂按照程序设定时序交替导通。
本发明中，所述电网侧电压波动时，调节IGBT驱动信号的占空比，则可使直流母线电压保持稳定。
本发明中，所述逆变单元与整流单元结构相反，逆变单元主控板给出正弦波脉宽调制信号，使IGBT模块的上下桥臂按照程序设定时序交替导通。将整流单元输出的直流电，进行逆变，变成三项交流输出，控制电机运行。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。