專利名稱：數(shù)碼變頻發(fā)電機控制器的控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種數(shù)碼變頻發(fā)電機的控制電路。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)發(fā)電機由發(fā)動機與勵磁電機組成，勵磁電機輸出交流電。由于勵磁電機損耗
大，故整機轉(zhuǎn)換效率低、轉(zhuǎn)換效率最高只有55%，其輸出電壓諧波大、輸出電壓穩(wěn) 定度低，使得傳統(tǒng)發(fā)電機不適用對電力質(zhì)量要求高的精密儀器及各種家電，如電腦、 冰箱等家電產(chǎn)品；且由于勵磁發(fā)電機體積大、自身重，使得傳統(tǒng)勵磁發(fā)電機不便攜帶。 在傳統(tǒng)發(fā)電機基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了數(shù)碼變頻發(fā)電機，它由發(fā)動機、永磁電機、數(shù)碼變頻發(fā) 電機控制器及發(fā)動機油門調(diào)節(jié)閥組成。數(shù)碼變頻發(fā)電機控制器是數(shù)碼變頻發(fā)電機的核 心部件，要求具有穩(wěn)定可靠、成本低、體積小重量輕、輸出電壓諧波小電壓穩(wěn)定的特 點，數(shù)碼變頻發(fā)電機控制器的作用是將永磁電機輸出的頻率為300-600HZ的三相交 流電轉(zhuǎn)換為頻率為50/60Hz的交流電輸出，同時數(shù)碼變頻發(fā)電機控制器能根據(jù)負載大 小調(diào)節(jié)發(fā)動機油門使發(fā)動機工作于最佳狀態(tài)，由于永磁電機轉(zhuǎn)換效率高，其轉(zhuǎn)換效率 達85%以及根據(jù)負載大小對發(fā)動機油門的及時調(diào)整使得發(fā)電機效率比傳統(tǒng)勵磁發(fā)電 機高20-40%，具有很好的節(jié)能效果。永磁電機輸出的交流電經(jīng)控制器處理轉(zhuǎn)換輸出， 控制器輸出的交流電諧波小于2.5%,穩(wěn)定度高于2%，使得數(shù)碼變頻發(fā)電機輸出的交 流電可滿足對電力質(zhì)量要求高的精密儀器及各種家電的使用要求。由于永磁電機體積 小重量輕使得數(shù)碼變頻發(fā)電機的重量僅有傳統(tǒng)發(fā)電機的一半，體積減小1/3，便于攜 帶?，F(xiàn)有技術(shù)的數(shù)碼變頻發(fā)電機控制器由于普遍存在可靠性較差、成本高等缺點，不 能完全滿足取代傳統(tǒng)發(fā)電機的市場需求。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)碼變頻發(fā)電機控制器由于其設(shè)計上的不足，提供一 種可靠性高、成本低、生產(chǎn)調(diào)試簡單、輸出電壓穩(wěn)定的數(shù)碼變頻發(fā)電機控制器的控制本實用新型的技術(shù)方案數(shù)碼變頻發(fā)電機控制器的控制電路，包括中央處理單元CPU、負載電流傳感器、輸出電壓傳感器、工作電源電路、三相交流半橋整流電路、三相交流電釆樣與三相半橋整流隔離控制電路、整流電壓采樣電路、功率變換電路、功率變換橋驅(qū)動電路、功率變換橋瞬態(tài)電流采樣傳感器、輸出交流電壓釆樣信號絕對值電路、負載電流釆樣絕對值電路、步進電機驅(qū)動控制電路；其特征在于所述的三相交流電采樣與三相半橋整流隔離驅(qū)動控制電路由電阻R13、 R14、 R15、 R16、 R17、R18、 R19、 RllO、 Rll，濾波電容C540、 C542、 C543， 二極管D04、 D05、 D06,運算放大器U81， 4光耦U61，三極管T85、 T86、 T87， 二極管D61、 D62、 D63、 D64組成；
三相交流電A相電壓UA連接到分壓電阻R13，經(jīng)分壓電阻R13、 R14、 R15和濾波電容C540分壓濾波后，得到A相電壓采樣信號DUA; A相電壓采樣信號DUA連接到由電阻R541、運算放大器U81A、 二極管D04組成的同相跟隨器輸入端，經(jīng)同相跟隨器輸出A相電壓采樣信號DUAO; DUAO連接到中央處理單元的一模擬輸入端；
三相交流電B相電壓UB連接到分壓電阻R16，經(jīng)分壓電阻R16、 R17、 R18和濾波電容C542分壓濾波后，得到B相電壓采樣信號DUB; B相電壓采樣信號DUB連接到由電阻R542、運算放人器U81B、 二極管D05組成的同相跟隨器輸入端，經(jīng)同相跟隨器輸出B相電壓采樣信號DUBO; DUBO連接到中央處理單元的一模擬輸入端；
三相交流電C相電壓UC連接到分壓電阻R19，經(jīng)分壓電阻R19、 RllO、 Rlll和濾波電容C543分壓濾波后，得到C相電壓采樣信號DUC; C相電壓采樣信號DUC連接到由電阻R543、運算放大器U81C、 二極管D06組成的同相跟隨器輸入端，經(jīng)同相跟隨器輸出C相電壓采樣信號DUCO; C相電壓采樣信號DUCO連接到中央處理單元的一模擬輸入端；
中央處理單元CPU根據(jù)輸入的整流電壓VDC采樣信號AN3、三相交流電采樣信號DUAO、 DUBO、 DUCO輸出三相半橋整流電路可控硅SCR50、 SCR51、 SCR52的控制信號SC1、 SC2、 SC3,從而將整流電壓VDC控制在工藝需要值
可控硅SCR50的控制信號SC1連接到R61,經(jīng)電阻R61及4光耦U61內(nèi)的其中一路(第一路)隔離光耦、電阻R64、電阻R67、三極管T85、電阻R50、 二極管D61
5組成的光耦隔離驅(qū)動電路輸出可控硅SCR50的關(guān)斷控制信號SC10;
可控硅SCR51的控制信號SC2連接到電阻R62，經(jīng)電阻R62及4光耦U61內(nèi)的其中一路(第三路)隔離光耦、電阻R65、 R68、三極管T86、電阻R51、 二極管D62組成的光耦隔離驅(qū)動電路輸出可控硅SCR51的關(guān)斷控制信號SC20;
可控硅SCR52的控制信號SC3連接到電阻R63，經(jīng)電阻R63及4光耦U61內(nèi)的其中一路(第四路)隔離光耦、電阻R66、 R69、三極管T87、電阻R52、 二極管D63組成的光藕隔離驅(qū)動電路輸出可控硅SCR53的關(guān)斷控制信號SC30。
本實用新型數(shù)碼變頻發(fā)電機控制器的控制電路，具有如下特點
1、 采用單片機CPU作為中央處理單元，對各種信號進行全數(shù)字化處理，使得數(shù)碼變頻控制器具有產(chǎn)品可靠性高、生產(chǎn)調(diào)試成本低、其輸出的交流電穩(wěn)定度高于2%，諧波小于2.5%。
2、 功率變換電路H橋中采用了瞬態(tài)電流傳感器對橋路瞬態(tài)電流的檢測，使得控制器具有良好的過載過流保護功能，控制器性能穩(wěn)定可靠。
3、 整流輸出電壓VDC完全及時控制在需要值，可控整流電路設(shè)計簡單、成本低，具有非常高的可靠性。


圖1是本實用新型控制器原理框圖2是三相交流采樣與三相半橋整流隔離驅(qū)動控制電路；
圖3是功率變換橋驅(qū)動電路、功率變換電路與功率變換橋瞬態(tài)電流采樣傳感器電路；
圖4是負載電流采樣絕對值電路；
圖5是輸出交流電壓采樣信號絕對值電路；
圖6是步進電機驅(qū)動控制電路；
圖7是中央處理器單元電路。
具體實施方式
如附圖1所示的數(shù)碼變頻發(fā)電機控制器原理圖，控制器的控制電路包括中央處理單元CPU、負載電流傳感器、輸出電壓傳感器、工作電源電路、三相交流半橋整流電路、三相交流電采樣與三相半橋整流隔離控制電路、整流電壓采樣電路、功率變換電路、功率變換橋驅(qū)動電路、功率變換橋瞬態(tài)電流采樣傳感器、輸出交流電壓采樣信號絕對值電路、負載電流采樣絕對值電路、步進電機驅(qū)動控制電路和中央處理器單元電路；其中，三相交流半橋整流電路將永磁電機輸出的三相交流電整流為直流電壓VDC，功率變換電路將輸入的直流電壓VDC轉(zhuǎn)換為寬度可調(diào)的高頻高壓脈沖，高頻
高壓脈沖經(jīng)功率變換驅(qū)動電路H橋內(nèi)的LC濾波器平滑濾波后輸出頻率為50/60Hz的交流電。
輸出電壓傳感器的輸出信號經(jīng)輸出交流電壓采樣信號絕對值電路放大后連接到中央處理單元CPU，經(jīng)CPU運算后輸出脈寬控制信號PWM1、PWM2，PWM1、PWM2
經(jīng)功率變換驅(qū)動電路輸出H橋4個開關(guān)管的控制信號、控制開關(guān)管的關(guān)斷與導(dǎo)通。整流電壓采樣電路的整流電壓線性光耦隔離放大電路檢測整流電壓VDC的值、將VDC的檢測值輸入到CPU的模擬端口。三相交流電采樣信號電路經(jīng)三路同相跟隨器連接到CPU三個模擬輸入端，CPU根據(jù)輸入的整流電壓信號、三相交流電采樣信號輸出三路控制信號，三路控制信號經(jīng)過三路光耦隔離驅(qū)動電路后經(jīng)驅(qū)動三極管產(chǎn)生三路可控硅的驅(qū)動控制信號，控制三個整流電路可控硅的通斷，將整流電壓即時控制在需要值。
負載電流傳感器輸出的負載電流采樣信號經(jīng)負載電流采樣信號絕對值電路放大后連接到CPU模擬端口 ，功率變換橋瞬態(tài)電流檢測傳感器檢測到的橋路電流信號值經(jīng)過與預(yù)設(shè)值比較后產(chǎn)生中斷信號到CPU， CPU即時關(guān)斷輸出的PWM脈沖，同時根據(jù)檢測到的輸出電壓與負載電流進行正確、及時的過載過流保護，使控制器具有高可靠性，避免誤操作。
工作電源電路產(chǎn)生控制器需要的各種工作電源。以上與現(xiàn)有技術(shù)相同的部分不作進一步的描述。
如附圖2、 3、 4、 5、 6、 7所示的具體實施例的數(shù)碼變頻發(fā)電機控制器電路連接圖中
數(shù)碼變頻發(fā)電機永磁電機輸出的三相交流電經(jīng)半橋整流電路整流后輸出直流電壓VDC， VDC經(jīng)電阻R210、電阻R211、 Wl分壓后通過由運算放大器U77、線性光藕隔離放大器TIL300組成的整流電壓采樣電路輸出整流電壓值信號AN3到中央處理器CPU的模擬輸入端口。如附圖2所示電阻R13、 R14、 R15、 R16、 R17、 R19、 RllO、 Rill與運算放大器U81、 4光耦器件U61及驅(qū)動三極管T85、 T86、 T87，電阻R50、 R51、 R52、 二極管D61、 D62、 D63、 D64組成三相交流電采樣與三相半橋整流隔離驅(qū)動控制電路，三相交流電UA、 UB、 UC經(jīng)附圖2所示分壓后經(jīng)同相跟隨器U81將三相交流電UA、UB、 UC采樣信號DUAO、 DUBO、 DUCO輸入到CPU模擬端口 ， CPU根據(jù)輸入的整流電壓信號AN3、三相交流電UA、 UB、 UC采樣信號DUAO、 DUBO、 DUCO輸出三相半橋整流電路可控硅控制信號SC1、 SC2、 SC3，這三路控制信號經(jīng)U61隔離后產(chǎn)生SCIO、 SC20、 SC30三路控制信號分別控制可控硅SCR50、 SCR51、 SCR52的通斷從而將整流電壓DCV控制在需要值。
三相交流電A相電壓UA連接到分壓電阻R13，經(jīng)分壓電阻R13、 R14、 R5和濾波電容C540分壓濾波后，得到A相電壓采樣信號DUA; A相電壓采樣信號DUA連接到由電阻R541、運算放大器U81A、 二極管D04組成的同相跟隨器輸入端，經(jīng)同相跟隨器輸出A相電壓采樣信號DUAO; DUAO連接到單片機中央處理單元CPU的一模擬輸入端。
三相交流電B相電壓UB連接到分壓電阻R16，經(jīng)分壓電阻R16、 R17、 R18和濾波電容C542分壓濾波后，得到B相電壓采樣信號DUB; B相電壓采樣信號DUB連接到由電阻R542、運算放大器U81B、 二極管D05組成的同相跟隨器輸入端，經(jīng)同相跟隨器輸出B相電壓采樣信號DUBO; DUBO連接到單片機中央處理單元CPU的一模擬輸入端。
三相交流電C相電壓UC連接到分壓電阻R19，經(jīng)分壓電阻R19、 RllO、 Rlll和濾波電容C543分壓濾波后，得到C相電壓釆樣信號DUC; C相電壓采樣信號DUC連接到由電阻R543、運算放大器U81C、 二極管D06組成的同相跟隨器輸入端，經(jīng)同相跟隨器輸出C相電壓采樣信號DUCO; C相電壓采樣信號DUCO連接到單片機中央處理單元CPU的一模擬輸入端。
中央處理單元CPU根據(jù)輸入的整流電壓VDC采樣信號AN3、三相交流電采樣信號DUAO、 DUBO、 DUCO輸出三相半橋整流電路可控硅SCR50、 SCR51、 SCR52的控制信號SC1、 SC2、 SC3，從而將整流電壓VDC控制在需要值。
可控硅SCR50的控制信號SC1連接到R61 ，經(jīng)電阻R61及4光耦U61內(nèi)的其中一路(第一路)隔離光耦、電阻R64、 R6f、三極管T85、電阻R50、 二極管D61組成的光耦隔離驅(qū)動電路輸出可控硅SCR50的關(guān)斷控制信號SCIO。
可控硅SCR51的控制信號SC2連接到電阻R62,經(jīng)電阻R62及4光耦U61內(nèi)的其中一路(第三路)隔離光耦、電阻R65、 R68、三極管T86、電阻R51、 二極管D62組成的光耦隔離驅(qū)動電路輸出可控硅SCR51的關(guān)斷控制信號SC20。
可控硅SCR52的控制信號SC3連接到電阻R63，經(jīng)電阻R63及4光耦U61內(nèi)的其中一路(第四路)隔離光耦、電阻R66、 R69、三極管T87、電阻R52、 二極管D63組成的光耦隔離驅(qū)動電路輸出可控硅SCR53的關(guān)斷控制信號SC30。
光藕U61的輸出端的接地端通過二極管D64、電阻R56(阻值0歐)連接到整流橋輸出端以增強電路可靠性。D64、 D61、 D62 、 D63推薦型號為FR107。
如附圖3所示功率變換電路由4個開關(guān)管T1、T2、T3、T4、瞬態(tài)電流傳感器U45、濾波電感L6、 L7、濾波電容C46、 C48組成，功率變換電路將輸入的直流電壓DCV轉(zhuǎn)換為高頻脈沖，經(jīng)L6、 L7、 C46、 C48平滑濾波后輸出50/60H交流電。如附圖4、5所示的負載電流傳感器U13、輸出電壓傳感器U16產(chǎn)生的負載電流、輸出電壓采樣信號VIN1、 VIN2經(jīng)相應(yīng)絕對值電路放大后的輸出信號AN1、 AN2連接到CPU的模擬輸入端，CPU運算后輸出脈寬調(diào)制信號PWM1、 PWM2。
脈寬調(diào)制信號PWM1、 PWM2經(jīng)光藕U40、 U41、 U42、 U43組成的功率變換橋驅(qū)動電路產(chǎn)生4路驅(qū)動控制信號，分別連接到H橋4個開關(guān)管的柵極電阻R44、 R46、R48、 R410完成對4個開關(guān)管的關(guān)斷控制。瞬態(tài)電流傳感器U45輸出的信號與預(yù)設(shè)信號比較后產(chǎn)生INT中斷信號到CPU， CPU根據(jù)INT、 AN1、 AN2信號進行過流過載保護，使控制器具有高可靠性。
圖6的步進電機驅(qū)動控制電路和圖7的中央處理器單元電路是一種常規(guī)的連接電路，不作進一步的介紹。
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權(quán)利要求1、數(shù)碼變頻發(fā)電機控制器的控制電路，包括中央處理單元CPU、負載電流傳感器、輸出電壓傳感器、工作電源電路、三相交流半橋整流電路、三相交流電采樣與三相半橋整流隔離控制電路、整流電壓采樣電路、功率變換電路、功率變換橋驅(qū)動電路、功率變換橋瞬態(tài)電流采樣傳感器、輸出交流電壓采樣信號絕對值電路、負載電流采樣絕對值電路、步進電機驅(qū)動控制電路；其特征在于所述的三相交流電采樣與三相半橋整流隔離驅(qū)動控制電路由電阻R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R110、R11，濾波電容C540、C542、C543，二極管D04、D05、D06，運算放大器U81，4光耦U61，三極管T85、T86、T87，二極管D61、D62、D63、D64組成；三相交流電A相電壓UA連接到分壓電阻R13，經(jīng)分壓電阻R13、R14、R15和濾波電容C540分壓濾波后，得到A相電壓采樣信號DUA；A相電壓采樣信號DUA連接到由電阻R541、運算放大器U81A、二極管D04組成的同相跟隨器輸入端，經(jīng)同相跟隨器輸出A相電壓采樣信號DUAO；DUAO連接到中央處理單元的一模擬輸入端；三相交流電B相電壓UB連接到分壓電阻R16，經(jīng)分壓電阻R16、R17、R18和濾波電容C542分壓濾波后，得到B相電壓采樣信號DUB；B相電壓采樣信號DUB連接到由電阻R542、運算放大器U81B、二極管D05組成的同相跟隨器輸入端，經(jīng)同相跟隨器輸出B相電壓采樣信號DUBO；DUBO連接到中央處理單元的一模擬輸入端；三相交流電C相電壓UC連接到分壓電阻R19，經(jīng)分壓電阻R19、R110、R111和濾波電容C543分壓濾波后，得到C相電壓采樣信號DUC；C相電壓采樣信號DUC連接到由電阻R543、運算放大器U81C、二極管D06組成的同相跟隨器輸入端，經(jīng)同相跟隨器輸出C相電壓采樣信號DUCO；C相電壓采樣信號DUCO連接到中央處理單元的一模擬輸入端；中央處理單元CPU根據(jù)輸入的整流電壓VDC采樣信號AN3、三相交流電采樣信號DUAO、DUBO、DUCO輸出三相半橋整流電路可控硅SCR50、SCR51、SCR52的控制信號SC1、SC2、SC3，從而將整流電壓VDC控制在工藝需要值；可控硅SCR50的控制信號SC1連接到R61，經(jīng)電阻R61及4光耦U61內(nèi)的其中一路隔離光耦、電阻R64、電阻R67、三極管T85、電阻R50、二極管D61組成的光耦隔離驅(qū)動電路輸出可控硅SCR50的關(guān)斷控制信號SC1O；可控硅SCR51的控制信號SC2連接到電阻R62，經(jīng)電阻R62及4光耦U61內(nèi)的其中一路隔離光耦、電阻R65、R68、三極管T86、電阻R51、二極管D62組成的光耦隔離驅(qū)動電路輸出可控硅SCR51的關(guān)斷控制信號SC2O；可控硅SCR52的控制信號SC3連接到電阻R63，經(jīng)電阻R63及4光耦U61內(nèi)的其中一路隔離光耦、電阻R66、R69、三極管T87、電阻R52、二極管D63組成的光耦隔離驅(qū)動電路輸出可控硅SCR53的關(guān)斷控制信號SC3O。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)碼變頻發(fā)電機控制器的控制電路，其特征在于光 耦U61的輸出端的接地端通過二極管D64、電阻R56連接到三相交流半橋整流電路 的輸出端。
專利摘要本實用新型公開了數(shù)碼變頻發(fā)電機控制器的控制電路，包括中央處理單元、工作電源電路、三相交流半橋整流電路、三相交流電采樣與三相半橋整流隔離控制電路、整流電壓采樣電路、功率變換電路、功率變換橋驅(qū)動電路、輸出交流電壓和負載電流采樣絕對值電路、步進電機驅(qū)動控制電路；所述的三相交流電采樣與三相半橋整流隔離驅(qū)動控制電路由電阻R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R110、R11，濾波電容C540、C542、C543，二極管D04、D05、D06，運算放大器U81，4光耦U61，三極管T85、T86、T87，二極管D61、D62、D63、D64組成。本實用新型的控制電路，對各種信號進行全數(shù)字化處理，具有產(chǎn)品可靠性高、生產(chǎn)調(diào)試成本低、性能穩(wěn)定可靠、輸出的交流電穩(wěn)定度高于2％，諧波小于2.5％。
文檔編號H02P9/04GK201315563SQ20082009913
公開日2009年9月23日 申請日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者李壽康 申請人:李壽康