多台共母线三相逆变器输出并联带异步电机变频调速装置 |
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| 申请号 | CN202110514879.1 | 申请日 | 2021-05-12 | 公开(公告)号 | CN113452305A | 公开(公告)日 | 2021-09-28 |
| 申请人 | 武汉华海通用电气有限公司; | 发明人 | 金浩; 潘冬华; 李武杰; 姚川; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了多台共 母线 三相逆变器输出并联带异步 电机 变频调速装置，包括：直流电源、多台三相逆变器、异步电机、电机负载和LC滤波 电路 ；多台逆变器的直流输入正极接直流电源正极，直流输入负极接直流电源负极；每台三相逆变器输出都接LC滤波电路的输入端，LC滤波电路的输出A、B、C相分别接一起并分别与电机U、V、W相电性连接；异步电机通过 联轴器 与电机负载连接；每台三相逆变器采用独立的芯片DSP控制；三相逆变器之间还采用 硬件 同步电路进行输出调制波同步，采用CAN通讯和硬件同步电路共同实现EPWM载波同步；本发明在减小逆变器重量和体积的同时，减小了噪声，还增加了系统可靠性，具备冗余切换的能 力 ，易于维护。 | ||||||
| 权利要求 | 1.多台共母线三相逆变器输出并联带异步电机变频调速装置，包括直流电源、三相逆变器、异步电机和电机负载，其特征在于：还包括：LC滤波电路；所述LC滤波电路包括滤波电感L和滤波电容C； |
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| 说明书全文 | 多台共母线三相逆变器输出并联带异步电机变频调速装置技术领域[0001] 本发明涉及电机控制领域，尤其涉及多台共母线三相逆变器输出并联带异步电机变频调速装置。 背景技术[0002] 传统的三相逆变器带电机运行，往往采用单台逆变器，在逆变器故障且无法使用的情况下，整个电机系统即出现瘫痪。基于这种情况，采用多台共母线三相逆变器对电机进行控制显得尤为重要。 发明内容[0004] 有鉴于此，针对以上技术缺陷，本发明提出了多台共母线三相逆变器输出并联带异步电机变频调速装置。该装置采用多台模块化三相逆变器输入共直流母线输出三相并联对异步电机实现调频调速，每台三相逆变器都采用单独的控制器，每台三相逆变器都可以单机或者并联使用。 [0005] 本发明提供了多台共母线三相逆变器输出并联带异步电机变频调速装置，装置包括：直流电源、三相逆变器、异步电机、电机负载和LC滤波电路；所述LC滤波电路包括滤波电感L和滤波电容C； [0006] 多台逆变器的直流输入正极接直流电源正极，多台逆变器的直流输入负极接直流电源负极；每台三相逆变器输出都接LC滤波电路的输入端，LC滤波电路的输出A相接一起与电机U相电性连接，输出B相接一起与电机V相电性连接，输出C相接一起与电机W相电性连接；异步电机通过联轴器与电机负载连接每台三相逆变器采用独立的芯片DSP控制。 [0008] 进一步地，CAN通讯分为两路，分别为CAN A和CAN B；其中，CAN A和硬件同步电路用于实现芯片DSP之间的EPWM载波信号同步；CAN B接收上位机或其它显示屏发出的电机调速指令，实时响应调速命令。 [0009] 进一步地，CAN A采用一条单独的通讯链路；CAN B采用另一条单独的通讯链路；硬件同步电路采用一条单独的通讯链路。 [0010] 所述硬件同步电路，包括第一光耦芯片、第二光耦芯片、和电阻R1‑R7；第一光耦芯片的ANODE端与电阻R1的一端电性连接；电阻R1的另一端接电源；第一光耦芯片的CATH端接收PWM信号；第一光耦芯片的VB端和VO端电性连接，并共同连接至电阻R2的一端；电阻R2的另一端与电阻R3的一端和一个三极管的基极电性连接；电阻R3的另一端接地；三极管的集电极与电阻R4的一端电性连接；电阻R4的另一端接电源，并同时与电阻R5的一端电性连接；三极管的发射极接地；电阻R5的另一端与第二光耦芯片的ANODE端电性连接；第二光耦芯片的CATH端作为同步信号SYN口；第二光耦芯片的VB端和VO端电性连接，并共同连接至电阻R6的一端；电阻R6的另一端与电阻R7的一端和芯片DSP的ECAP口电性连接；电阻R7的另一端接地。 [0011] 本发明的有益效果是：在减小逆变器重量和体积的同时，减小了噪声，还增加了系统可靠性，具备冗余切换的能力，好维护。解决了单台三相逆变器带大功率异步电机时噪声大，体积大，重量大等问题。附图说明 [0012] 图1是本发明装置结构图； [0013] 图2是三相逆变器对应控制器之间的信号连接示意图； [0014] 图3是硬件同步电路的原理图； [0015] 图4是逆变器模块1(设为主模块)的输出调制波相位产生的PWM波(方波)超前逆变器模块2的输出相位PWM波(方波)示意图； [0016] 图5是逆变器模块1(设为主模块)的输出调制波相位产生的PWM波(方波)滞后逆变器模块2的输出相位PWM波(方波)示意图； [0017] 图6是EPWM载波同步流程示意图； [0018] 图7是本发明实施例中电机转速曲线示意图； [0019] 图8是电机三相电流曲线图，第一个四分之一周期内，从上至下依次是A、B、C相电流曲线； [0020] 图9是同步信号SYN方波示意图； [0021] 图10是主机相电压示意图； [0022] 图11是从机相电压示意图； [0023] 图12是装置有功功率示意图； [0024] 图13是装置无功功率示意图。 具体实施方式[0025] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。 [0026] 请参考图1，多台共母线三相逆变器输出并联带异步电机变频调速装置，包括以下：直流电源、三相逆变器、异步电机、电机负载和LC滤波电路；所述LC滤波电路包括滤波电感L和滤波电容C； [0027] 多台逆变器的直流输入正极接直流电源正极，多台逆变器的直流输入负极接直流电源负极；每台三相逆变器输出都接LC滤波电路的输入端，LC滤波电路的输出A相接一起与电机U相电性连接，输出B相接一起与电机V相电性连接，输出C相接一起与电机W相电性连接；异步电机通过联轴器与电机负载连接每台三相逆变器采用独立的芯片DSP控制。每台三相逆变器都可以单机或者并联使用。 [0028] 多台三相逆变器并联，要保证各个逆变器模块能够并联上并且实现功率均分。 [0029] 每台三相逆变器之间还采用硬件同步电路进行输出调制波同步，采用CAN通讯和硬件同步电路共同实现EPWM载波同步。 [0030] 请参考图2，图2是三相逆变器对应控制器之间的信号连接示意图； [0031] CAN通讯分为两路，分别为CAN A和CAN B；其中，CAN A和硬件同步电路用于实现芯片DSP之间的EPWM载波信号同步；CAN B接收上位机或其它显示屏发出的电机调速指令，实时响应调速命令。 [0032] CAN A采用一条单独的通讯链路；CAN B采用另一条单独的通讯链路；硬件同步电路采用一条单独的通讯链路。 [0033] 请参考图3，图3是硬件同步电路的原理图。 [0034] 所述硬件同步电路，包括第一光耦芯片、第二光耦芯片、和电阻R1‑R7；第一光耦芯片的ANODE端与电阻R1的一端电性连接；电阻R1的另一端接电源；第一光耦芯片的CATH端接收PWM信号；第一光耦芯片的VB端和VO端电性连接，并共同连接至电阻R2的一端；电阻R2的另一端与电阻R3的一端和一个三极管的基极电性连接；电阻R3的另一端接地；三极管的集电极与电阻R4的一端电性连接；电阻R4的另一端接电源，并同时与电阻R5的一端电性连接；三极管的发射极接地；电阻R5的另一端与第二光耦芯片的ANODE端电性连接；第二光耦芯片的CATH端作为同步信号SYN口；第二光耦芯片的VB端和VO端电性连接，并共同连接至电阻R6的一端；电阻R6的另一端与电阻R7的一端和芯片DSP的ECAP口电性连接；电阻R7的另一端接地。 [0035] 硬件同步电路的原理是每个逆变器模块的输出调制波生成PWM波，经过光耦芯片进行隔离，再经过三极管的开漏输出，各个模块的三极管开漏输出SYN连接在一起，实现线与的功能，线与之后的信号经光耦芯片反馈给DSP的ECAP口，此时ECAP口可以捕获流入信号的频率和正占空比，通过比较调制波输出的PWM与ECAP口捕获的信号频率和正占空比的差值，就知道相位超前还是滞后，从而可以调节补偿输出频率来调节电压相位。 [0036] 下面针对该电路来进一步阐释本发明多台共母线三相逆变器并联的同步原理； [0037] 请参考图4，图4是逆变器模块1(设为主模块)的输出调制波相位产生的PWM波(方波)超前逆变器模块2的输出相位PWM波(方波)示意图； [0038] 当逆变器模块1(设为主模块)的输出调制波相位产生的PWM波(方波)超前逆变器模块2的输出相位PWM波(方波)时，通过捕获各逆变模块同步信号SYN线与之后的反馈信号，在ECAP捕获的同步信号下降沿产生中断，在中断中读取正占空比计数长度，如果逆变器模块2自身输出调制波产生的PWM波在中断中检测到的正占空比长度与同步反馈信号捕获到的正占空比计数长度一致，则说明逆变器模块2的输出电压相位是滞后或等于逆变器模块1(主模块)的输出电压相位，此时只需将逆变器模块1(主模块)的正占空比计数长度减去同步反馈信号捕获得到的正占空比计数长度，差值乘以一个定标系数正向补偿逆变器模块2自身的频率，频率积分得到输出电压相位，因此补偿频率经过积分再叠加到相位上可以保证逆变器模块2的相位滞后可以通过积分环节调节到零。 [0039] 请参考图5，图5是逆变器模块1(设为主模块)的输出调制波相位产生的PWM波(方波)滞后逆变器模块2的输出相位PWM波(方波)示意图； [0040] 当逆变器模块1(设为主模块)的输出调制波相位产生的PWM波(方波)滞后逆变器模块2的输出相位PWM波(方波)时，通过捕获各逆变模块同步信号SYN线与之后的反馈信号，在ECAP捕获的同步信号下降沿产生中断，在中断中读取正占空比计数长度，如果逆变器模块2自身输出调制波产生的PWM波在中断中检测到的正占空比长度大于同步反馈信号捕获到的正占空比计数长度，则说明逆变器模块2的输出电压相位超前逆变器模块1(主模块)的输出电压相位，此时只需将逆变器模块2的正占空比计数长度减去同步反馈信号捕获得到的正占空比计数长度，差值乘以一个定标系数反向补偿逆变器模块2自身的频率，频率积分得到输出电压相位，因此反向补偿频率经过积分再叠加到相位上可以保证逆变器模块2的相位超前可以通过积分环节调节到零。 [0041] 下面进一步解释EPWM载波同步原理； [0042] 请参考图6，图6是EPWM载波同步流程示意图；各个逆变器模块的输出电压调制波以上述方式完成同步之后，需要将各个逆变器模块的EPWM载波同步，以降低并联模块之间的高频环流，在硬件同步反馈信号产生的ECAP中断中，逆变器模块1(主模块)读取此时EPWM的计数值，该计数值逆变器模块1(主模块)通过CANA通讯的方式发送到CANA网络上，其他从模块通过CANA网络接收到该计数值，然后在各自自身的同步反馈信号产生的ECAP中断中给自身的EPWM的计数器赋值，由于主模块读取的EPWM计数值是在同步反馈信号产生的ECAP中断里面，从模块赋值EPWM计数器也是在同步反馈信号产生的ECAP中断里面，并且各个模块产生ECAP中断是同时的，因此通过CANA通讯和硬件同步反馈信号产生的ECAP中断，就完成了EPWM载波同步的功能。 [0043] EPWM载波同步和输出电压调制波相位同步之后，可以通过上位机或显示屏经CANB网络给各个模块发送调速指令，设置电机转速或电压频率，各个逆变器模块的频率一致以后，输出电压根据预先根据异步电机的特征设计的VF曲线进行控制，频率一致就能保住输出电压幅值一致。此时就已经完成了EPWM载波同步和输出电压幅值、频率和相位一致。 [0044] 为了保证各个逆变器模块并联之后能够功率均分，因此还要通过CANA网络发送各个逆变器模块自身的功率信息，求出总功率计算出平均功率，然后将平均功率与各自自身的功率进行闭环控制，实现自身的功率等于平均功率，从而实现多逆变器模块并联的功率均分。 [0045] 本发明提供一种实施例如下： [0046] 异步电机参数设置为：电机额定功率4kW，额定电压380V，额定电流8.8A，额定转速1440rpm，定子电阻Rs＝1.252Ω，转子电阻Rr＝0.933Ω，定子电感Ls＝0.1482H，转子电感Lr 2 ＝0.1482H，等效互感Lm＝0.1403H，转动惯量J＝0.0139kggm，直流母线电压700V。 [0047] 在以上参数设置情况下，请参考图7‑图13，图7是本发明实施例中电机转速曲线示意图；图8是电机三相电流曲线图，第一个四分之一周期内，从上至下依次是A、B、C相电流曲线；图9是同步信号SYN方波示意图；图10是主机相电压示意图；图11是从机相电压示意图；图12是装置有功功率示意图；图13是装置无功功率示意图； [0048] 本发明的有益效果是：在减小逆变器重量和体积的同时，减小了噪声，还增加了系统可靠性，具备冗余切换的能力，好维护。解决了单台三相逆变器带大功率异步电机时噪声大，体积大，重量大等问题。 |
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