一种变频电机驱动能量回馈闭环装置的制作方法

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及了一种变频电机驱动能量回馈闭环装置的设计。

背景技术：

在通用变频器、异步电动机和机械负载所组成的变频调速传统系统中，当电动机所传动的位能负载下放时，电动机将可能处于再生发电制动状态；或当电动机从高速到低速减速时，频率可以突减，但因电机的机械惯性，电机可能处于再生发电状态，传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，提高了能源的利用率，尤其是对频繁起制动或长期带位能性负载下放的系统，会产生显著的节电效果。然而，电能回馈虽提高了系统的效率，但是在回馈时，对电网有谐波污染，回馈过程具体实现困难，控制过程不够精确，误差较大，而且回馈的能量远低于理论值。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中会对电网产生谐波污染，控制过程不够精准的缺点，提供了一种变频电机驱动能量回馈闭环装置。

本发明解决了普通能量回馈装置回馈电能时会对电网产生谐波污染的缺点，本设计方案利用了三相隔离变压器中三角型接线能够消除三次及三次倍数的高次谐波的特点，配合LCL滤波电路，达到了大幅减小谐波污染的作用。同时，通过变压器控制电路对三相隔离变压器装置进行控制，使控制过程更为精准，误差更小。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种变频电机驱动能量回馈闭环装置，利用双PWM实现可控的整流和逆变过程，包括PWM整流电路、PWM逆变电路、主控电路、变压器控制电路、检测电路、PWM整流器驱动控制电路、PWM逆变器驱动控制电路和三相隔离变压器装置。

检测电路分别与PWM整流电路输入端、PWM逆变电路输出端和电机相连接；检测PWM整流电路输入端的电压和电流、PWM逆变电路输出端的电流和电压、电机定子电流。PWM整流器驱动控制电路和PWM逆变器驱动控制电路接收主控电路信号后，PWM整流器驱动控制电路对PWM整流电路进行控制，PWM逆变器驱动控制电路对PWM逆变电路进行控制。

检测电路将检测到的数据反馈给主控电路，在控制过程中形成闭环回路，便于装置进行及时，精确的调整。PWM整流电路和PWM逆变电路结构相同，两者的功能在能量回馈过程中可以互换，工作过程受到驱动控制电路控制。

三相隔离变压器装置包括三相隔离变压器和旋转装置，变压器控制电路接收主控电路信号，控制旋转装置进行旋转。旋转装置包括固定在同一转轴上的两个平行圆盘，转轴与电机相连；三相隔离变压器固定在上圆盘上，上圆盘下表面设有相对的两块挡板，下圆盘上表面设有定位块。定位块两侧分别有四个竖向平行通道，同侧的四个竖向平行通道上方有横向通道，横向通道与四个竖向平行通道连通；横向通道中填充钢珠；竖向通道内有滑块，滑块宽度与通道内径相匹配，滑块一侧与钢珠接触，另一侧接触弹簧；弹簧另一侧连接接触板，接触板通过细绳与定位块连接。

作为优选，四个滑块从左到右依次为第一滑块、第二滑块、第三滑块、第四滑块；第二滑块厚度为第一滑块厚度的十分之九，第三滑块厚度为第一滑块厚度的十分之八，第四滑块厚度为第一滑块厚度的十分之七。根据定位块和挡板碰撞过程中力的作用特点，通过将滑块设置为不同厚度，可以为滑块提供更大的活动空间，能够使旋转装置定位更加准确，同时减少噪音。

作为优选，三相隔离变压器为星型-三角型连接。三角型接线能够使三次及三次倍数的正弦波电流在三角形绕组内部形成环流，从而消耗而不影响外部电源。避免影响电源的质量以及造成变压器外壳发热等问题。

作为优选，包括滤波电路，滤波电路为LCL滤波器。在电网很强的情况下，使用LC滤波器会为电网注入开关次谐波，而且LCL滤波电路实用较小的电感就能得到不错的衰减谐波的效果，成本也较为低廉。

作为优选，还包括电机转速测量装置，电机转速测量装置包括电机安装座，电机安装在电机安装座上，电机安装座的轴向方向的一端安装有传感器安装座，传感器安装座上安装有用于测定电机转轴的转速的光电转速传感器；传感器安装座与光电转速传感器相配合的安装面上设有安装通道，安装通道设有摆动杆杠，摆动杆杠的摆动支点设有支撑的摆动钢珠，摆动杆杠的右端的上方的安装面上设有按钮通道，按钮通道设有按钮弹簧，按钮弹簧的下端抵触摆动杆杠的右端，按钮弹簧的上端抵触按钮；摆动杆杠的左端向下设有第一竖杆，第一竖杆的尾端设有第一斜面；在摆动杆杠的左端的上方设有受压弹簧；光电转速传感器上固定设有安装滑块，安装滑块在安装通道内滑动。通过此装置，传感器能够稳定固定并且拆装方便。

作为优选，摆动杆杠的中部设有第二竖杆，第二竖杆横向连接横杆，横杆向下竖向连有第三竖杆，第三竖杆的尾端设有用于间隙补偿的第二斜面。保证传感器不会因为震动或颠簸，在传感器安装座上发生移位或掉落。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：本装置不仅能够实现能量双向传输，还具有很强的抗干扰性和动态响应能力，还能够非常精确快速的对电机进行调速。

附图说明

图1是本发明的电路模块示意图。

图2是定位块结构示意图。

图3是本发明的电机调速过程图。

图4是本发明的能量回馈过程图。

图5是PWM整流电路和PWM逆变电路连接结构图

图6是电机转速测量装置内部结构示意图。

图7是光电转速传感器安装示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

如图1所示，图中省略了电路的具体拓扑结构。一种变频电机驱动能量回馈闭环装置，利用双PWM实现可控的整流和逆变过程，包括PWM整流电路、PWM逆变电路、主控电路、变压器控制电路、检测电路、PWM整流器驱动控制电路、PWM逆变器驱动控制电路和三相隔离变压器装置。

检测电路分别与PWM整流电路输入端、PWM逆变电路输出端和电机相连接；检测PWM整流电路输入端的电压和电流、PWM逆变电路输出端的电流和电压、电机定子电流。PWM整流器驱动控制电路和PWM逆变器驱动控制电路接收主控电路信号后，PWM整流器驱动控制电路对PWM整流电路进行控制，PWM逆变器驱动控制电路对PWM逆变电路进行控制。三相隔离变压器装置包括三相隔离变压器和旋转装置，变压器控制电路接收主控电路信号，控制旋转装置进行旋转。旋转装置包括固定在同一转轴上的两个平行圆盘，转轴与电机相连；三相隔离变压器固定在上圆盘上，上圆盘下表面设有相对的两块挡板，下圆盘上表面设有定位块1。

如图2所示，定位块1两侧分别有四个竖向平行通道6，同侧的四个竖向平行通道6上方有横向通道7，横向通道7与四个竖向平行通道6连通。横向通道7中填充钢珠3；竖向通道6内有滑块4，滑块4宽度与通道内径相匹配，滑块4一侧与钢珠3接触，另一侧接触弹簧5；弹簧5另一侧连接接触板2，接触板2通过细绳与定位块1连接。弹簧5和钢珠3用于缓冲挡板碰撞接触板2的力，滑块4保证钢珠3不会从定位块1中掉出。

四个滑块4从左到右依次为第一滑块、第二滑块、第三滑块、第四滑块；第二滑块厚度为第一滑块厚度的十分之九，第三滑块厚度为第一滑块厚度的十分之八，第四滑块厚度为第一滑块厚度的十分之七。根据定位块1和挡板碰撞过程中力的作用特点，通过将滑块4设置为不同厚度，可以为滑块4提供更大的活动空间，能够使旋转装置定位更加准确，同时减少噪音。

如图3所示，上电后，市电滤波后通过整流过程和逆变过程使电机启动并稳定运行。检测电路检测PWM整流电路输入端和PWM逆变电路输出端的电压和电流，以及电机定子电流。主控电路判断此时转速是否符合预期值，若符合则不对电路作调整，继续监控电机运行状态，若不符合，则对PWM整流电路和PWM逆变电路进行调整。

如图4所示，当电动机所传动的位能负载下放时，电动机将可能处于再生发电制动状态；或当电动机从高速到低速减速时，频率可以突减，但因电机的机械惯性，电机可能处于再生发电状态，传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，此时电机可看作发电机。因为能量回馈过程中能量流动方向是由电机流向电源，而三相隔离电动机两侧接线方式不一致，因此需要将三相隔离变压器转向。检测电机定子电流，主控电路发出相应的控制命令，对PWM整流电路和PWM逆变电路进行调整，整流之后将电机释放的电能逆变成相位和幅值与市电相同的交流电，并通过滤波后回馈至电源。此过程中，PWM整流电路起到逆变功能，PWM逆变电路起到整流功能。

如图5所示，PWM整流电路和PWM逆变电路背对背并联，由于PWM整流电路和PWM逆变电路结构相同，两者的功能在能量回馈过程中可以互换。当PWM整流电路中的IGBT元件不工作时，电流经过二极管D1～D6进行整流，此时PWM整流电路只充当普通整流桥的作用，整流过程不可控。当PWM驱动控制电路控制IGBT元件Q1～Q6的通断，配合二极管D1～D6，可实现对母线电容的充放电。通过控制PWM逆变电路中Q1～Q6按一定规律通断，可将直流母线电压逆变成相位和幅值适合电机运行的交流电。

如图6所示，待测电机安装在待测电机安装座64上，待测电机安装座64的轴向方向的一端安装有传感器安装座61，传感器安装座61上安装有用于测定待测电机转轴的转速的光电转速传感器62。

如图7所示，传感器安装座61与光电转速传感器62相配合的安装面65上设有安装通道98，安装通道98设有摆动杆杠83，摆动杆杠83的摆动支点设有支撑的摆动钢珠85，摆动杆杠83的右端的上方的安装面上设有按钮通道88，按钮通道88设有按钮弹簧87，按钮弹簧87的下端抵触摆动杆杠83的右端，按钮弹簧87的上端抵触按钮86；摆动杆杠83的左端向下设有第一竖杆81，第一竖杆81的尾端设有第一斜面97；在摆动杆杠83的左端的上方设有受压弹簧82；光电转速传感器62上固定设有安装滑块96，安装滑块96在安装通道98内滑动。

摆动杆杠83的中部设有第二竖杆92，第二竖杆92横向连接横杆93，横杆93向下竖向连有第三竖杆94，第三竖杆94的尾端设有用于间隙补偿的第二斜面95。将光电转速传感器62安装到传感器安装座61上时，外力将光电转速传感器62的安装滑块96滑入安装通道98内，当安装滑块96接触到第一竖杆81的尾端的第一斜面97时，由于受到挤压，第一竖杆81向上运动，安装滑块96继续前行，直到安装滑块96完全越过第一竖杆81，此时第一竖杆81在受压弹簧82的作用下复位，阻止安装滑块96往外滑出，基本将光电转速传感器62快速安装在传感器安装座61上。同时由于安装存在一定间隙，第三竖杆94的尾端设有的第二斜面95会慢慢与安装滑块96接触，同时因为第二竖杆92横向连接横杆93，第三竖杆94受到挤压时可以有适当的往上回弹的位移，不至于将整个摆动杆杠83的左端往上顶起，可以实现安装间隙的补偿。当需要更换不同规格的光电转速传感器62时，只需要按压按钮通道88上的按钮86，通过杠杆的原理，第一竖杆81往上抬起，安装滑块96可以退出安装通道98。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。