CN201409090Y - 二相/三相复用型spwm调制电磁搅拌器变频电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种二相/三相复用型SPWM调制电磁搅拌器变频电源。本实用新型包括：一个预充电回路，利用缓冲电阻，降低合闸时的冲击电流；一个整流电路，用于将交流电整流为直流电；一个储能滤波电容组，用于能量交换与滤波；一个逆变器，用于产生频率和电流可控的交流电源；一个漏电流检测回路，其中将传感器安装于直流回路，用于实时监测系统对地漏电流的大小；一个变频器控制单元，用于控制所述逆变器。本实用新型在低成本的硬件平台上运行先进的SPWM调制算法，实现了电磁搅拌电源在软硬件不作修改下，通过软件设置即可实现输出二相正交与三相正弦电源复用。给变频电源单位统一化生产、设计带来可能的同时，既节约了费用，也给使用、调试、维护带来了极大的方便。

Description

二相/三相复用型SPWM调制电磁搅拌器变频电源

技术领域

本实用新型涉及变频电源，特别指一种二相/三相复用型SPWM调制电磁搅拌器变频电源。

背景技术

现有电磁搅拌器变频电源按输出电源相数分有二相正交(互差90°)变频电源、三相交流交弦(互差120°)变频电源。二相变频电源主要用于需要产生行波磁场的板坯搅拌上，三相变频电源主要用于需要产生旋转磁场的方圆坯搅拌上。目前国内外有能力生产以上两种产品的厂家从软硬件来分都是两套完全独立的产品，硬件主电路上不同，软件控制算法也不一样。通常二相正交变频电源产品主电路变采用双H桥(二相四桥臂)逆变主电路，三相正交变频电源产品主电中采用三相三桥臂逆变主电路。软件控制方式主要采用矢量控制，控制算法对应有相差120°与相差90°两种算法。缺点是：(1)二相变频电源的主电路采用采用双H桥(二相四桥臂)逆变主电路，器件数目比本产品采用三桥臂主电路器件数目多2个，硬件成本高。(2)对应两种变频电源采用两种不同的主电路结构，无法实现设计与生产的统一化。(3)控制方式采用矢量控制，对变频电源控制器平台要求高。(4)软件控制方式采用矢量控制，对应两种变频电源的软件是两套独立的软件，很难将两种控制算法作为选择包含在一个程序中，无法实现软件统一性。综合以上几点，最重要的是目前国内外以上两种变频电源的软、硬件在设计、生产过程中没有做到统一标准化。

发明内容

本实用新型的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进、创新，提供一种具有产品性能优越稳定性好，生产成本低，使用、调试、维护方便的二相/三相复用型SPWM调制电磁搅拌器变频电源。

本实用新型的技术方案是构造一种包括以下结构的电磁搅拌器变频电源：

一个预充电回路，利用缓冲电阻，降低合闸时的冲击电流；

一个整流电路，用于将交流电整流为直流电；

一个储能滤波电容组，用于能量交换与滤波；

一个逆变器，用于产生频率和电流可控的交流电源；

一个漏电流检测回路，其中将传感器安装于直流回路，用于实时监测系统对地漏电流的大小；

一个变频器控制单元，用于控制所述逆变器，其中：

三相电源或者二相电源输出其逆变电源均采用三桥臂式逆变器结构和SPWM正弦脉宽调制方法，通过软件设置实现对二相或者三相电磁搅拌器电流和频率的解耦控制；设置成二相电源输出时，三相三桥臂逆变器能够输出低频相位差是90°的两相正交交流电流；设置成三相电源输出时，三相三桥臂逆变器能够输出低频相位差是120°的三相正弦交流电流。

本实用新型有以下优点和有益效果：

本实用新型在低成本的硬件平台上运行先进的SPWM调制算法，实现了电磁搅拌电源在软硬件不作修改下，通过软件设置即可实现输出二相正交与三相正弦电源复用。给变频电源单位统一化生产、设计带来可能的同时，既节约了费用，也给使用、调试、维护带来了极大的方便。

附图说明

附图是本实用新型电原理图

具体实施方式

由附图可知，本实用新型包括：

一个预充电回路1，利用缓冲电阻，降低合闸时的冲击电流；

一个整流电路2，用于将交流电整流为直流电；

一个储能滤波电容组3，用于能量交换与滤波；

一个逆变器4，用于产生频率和电流可控的交流电源；

一个漏电流检测回路5，其中将传感器安装于直流回路，用于实时监测系统对地漏电流的大小；

一个变频器控制单元8，用于控制所述逆变器，其中：

三相电源或者二相电源输出其逆变电源均采用三桥臂式逆变器结构和SPWM正弦脉宽调制方法，通过软件设置实现对二相或者三相电磁搅拌器电流和频率的解耦控制；设置成二相电源输出时，三相三桥臂逆变器能够输出低频相位差是90°的两相正交交流电流；设置成三相电源输出时，三相三桥臂逆变器能够输出低频相位差是120°的三相正弦交流电流。

当用作二相电源时，对应变频电源的输出端(10)U接两相电磁搅拌器绕组的F相，V接两相电磁搅拌器绕组的L相，W接两相电磁搅拌器绕组的公共相M相，此时公共相W输出电流幅值是其它两相电流的

倍。

当用作三相电源时，对应变频电源的输出端(10)U接三相电磁搅拌器绕组的U相，V接两相电磁搅拌器绕组的V相，W接三相电磁搅拌器绕组的W相，此时三相电流输出幅值相等。

本实用新型的原理：

电磁搅拌器电流和频率实现解耦控制的具体方法，控制方法均采用双闭环PWM控制技术，而且实现了电流与频率的解耦控制。基本思想是分别采集输出电流(或频率)，与给定电流(或频率)进行比较，通过两者瞬时值的比较，采用PID方法调整输出电压即输出电流(或频率)的大小，输出达到所希望的输出电流(或频率)。

逆变电路采用的控制方式是SPWM调制方式。其电流和频率分别采用两个独立的给定值id，f进行设定，将电流的给定值和电流的反馈值进行归一化定标数据处理，然后，把频率的给定转化为角频率的表达式，与时间变量进行积分运算，其结果是旋转角度ω，二相电源时将角度作为变量赋给正弦函数公式：

两相电源调制公式

$U_{\mathrm{AN}}=\frac{U_M}{\sqrt{2}}\mathrm{SIN}(\mathrm{wt}-\frac{\mathrm{\π}}{4})$

$U_{\mathrm{BN}}=\frac{U_M}{\sqrt{2}}\mathrm{SIN}(\mathrm{wt}+\frac{3\mathrm{\π}}{4})$

$U_{\mathrm{CN}}=\frac{U_M}{\sqrt{2}}\mathrm{SIN}(\mathrm{wt}-\frac{3\mathrm{\π}}{4})$

三相电源时将角度作为变量赋给正弦函数公式：

三相电源调制公式

$U_{\mathrm{AN}}=\frac{U_M}{\sqrt{2}}\mathrm{SIN}\left(\mathrm{wt}\right)$

$U_{\mathrm{BN}}=\frac{U_M}{\sqrt{2}}\mathrm{SIN}(\mathrm{wt}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})$

$U_{\mathrm{CN}}=\frac{U_M}{\sqrt{2}}\mathrm{SIN}(\mathrm{wt}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})$

再将按以上公式变化的电压调制于一列高频等幅值的三角波中然后得到一系列等幅不等宽的脉冲，用此脉冲控制IGBT的栅极。在负载端通过电磁搅拌器的滤波特性，从而解调出原来调制的二相正交波或才三相正弦波。

本实用新型所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行的描述，并非对本实用新型构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (1)

1、一种二相/三相复用型SPWM调制电磁搅拌器变频电源，其特征在于包括：

一个预充电回路(1)，利用缓冲电阻，降低合闸时的冲击电流；

一个整流电路(2)，用于将交流电整流为直流电；

一个储能滤波电容组(3)，用于能量交换与滤波；

一个逆变器(4)，用于产生频率和电流可控的交流电源；

一个漏电流检测回路(5)，其中将传感器安装于直流回路，用于实时监测系统对地漏电流的大小；

一个变频器控制单元(8)，用于控制所述逆变器，其中：

三相电源或者二相电源输出其逆变电源均采用三桥臂式逆变器结构和SPWM正弦脉宽调制方法，通过软件设置实现对二相或者三相电磁搅拌器电流和频率的解耦控制；设置成二相电源输出时，三相三桥臂逆变器能够输出低频相位差是90°的两相正交交流电流；设置成三相电源输出时，三相三桥臂逆变器能够输出低频相位差是120°的三相正弦交流电流。