一種三相矩陣變頻器和空調系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及交流電網下電機壓縮機調壓調頻領域，尤其涉及一種三相矩陣變頻器和空調系統。
【背景技術】
[0002]為了在交流電網條件下實現交流調速的目的，需把電網提供的恒壓恒頻交流電源變換為電機壓縮機所需的變壓變頻交流電，這一過程需要通過變頻器實現交流/交流的電能變換。
[0003]傳統的變頻器結構原理如圖1所示，采用二極管或晶閘管作為前端整流器件1，采用大容量電容作為儲能器件2。
[0004]但是，采用二極管或晶閘管作為前端整流器件I會產生無功功率及諧波污染；采用大容量電容作為儲能器件2會降低變頻器功率密度及使用壽命。
【發明內容】
[0005]本發明針對現有技術存在的缺陷，提出一種三相矩陣變頻器和空調系統，以降低無功功率和諧波污染，提高功率密度。
[0006]本發明提出的一種三相矩陣變頻器和空調系統，包括:控制電路模塊、矩陣變換主電路模塊以及驅動電路模塊；
[0007]所述控制電路模塊用于接收復位及三相電流方向檢測信號，產生18路脈沖寬度調制信號；
[0008]所述驅動電路模塊與所述控制電路模塊連接，用于接收所述脈沖寬度調制信號并進行放大；
[0009]所述矩陣變換主電路模塊與所述驅動電路模塊連接，用于接收放大后的脈沖寬度調制信號，輸出調幅、調頻的電壓和電流。
[0010]進一步的，所述控制電路模塊包括DSP單元及FPGA單元；
[0011]其中，所述DSP單元用于生成時鐘信號和9路脈沖調制信號，并將所述時鐘信號和9路脈沖調制信號發送給所述FPGA單元；
[0012]所述FPGA單元用于將所述時鐘信號分頻后，以所述分頻得到的分頻信號的頻率為工作頻率，通過接收復位、三路電流方向檢測信號及所述9路脈沖調制信號擴展至18路脈沖寬度調制信號并實現四步換流。
[0013]所述DSP單元還用于生成所述矩陣變換主電路模塊的控制算法，并通過所述FPGA單元發送給所述矩陣變換主電路模塊；所述FPGA單元通過所述驅動電路模塊與所述矩陣變換主電路模塊相連；
[0014]所述DSP單元以及所述FPGA單元之間通過SPI總線結構串行進行通信。
[0015]進一步的，所述矩陣變換主電路模塊包括:交流電源單元、雙向開關單元以及壓縮機單元；其中所述交流電源單元與所述雙向開關單元相連，所述雙向開關單元與所述壓縮機單元相連。
[0016]進一步的，所述交流電源單元包括交流電源、第一電容、第二電容以及第三電容、第一電感、第二電感及第三電感；所述交流電源第一輸出端與所述第一電感的第一端相連，所述第一電感的第二端與所述第一電容的第一端相連；所述交流電源第二輸出端與所述第二電感的第一端相連，所述第二電感的第二端與所述第二電容的第一端相連；交流電源第三輸出端與所述第三電感的第一端相連，所述第三電感的第二端與所述第二電容的第一端相連，所述第一電容的第二端、第二電容的第二端以及第三電容的第二端相連。
[0017]進一步的，所述雙向開關單元包括:第一開關單元、第二開關單元、第三開關單元、第四開關單元、第五開關單元、第六開關單元、第七開關單元、第八開關單元和第九開關單元;
[0018]其中，所述第一開關單元第一端、第四開關單元第一端和第七開關單元第一端分別與所述交流電源第一輸出端相連；
[0019]所述第二開關單元第一端、第五開關單元第一端和第八開關單元第一端分別與所述交流電源第二輸出端相連；
[0020]所述第三開關單元第一端、第六開關單元第一端和第九開關單元第一端分別與所述交流電源第三輸出端相連；
[0021]所述第一開關單元第二端、第二開關單元第二端和第三開關單元第二端分別與所述壓縮機單元第一端相連；
[0022]所述第四開關單元第二端、第五開關單元第二端和第六開關單元第二端分別與所述壓縮機單元第二端相連；
[0023]所述第七開關單元第二端、第八開關單元第二端和第九開關單元第二端分別與所述壓縮機單元第三端相連。
[0024]進一步的，所述第一開關單元包括第一絕緣柵雙極型晶體管、第二絕緣柵雙極型晶體管、第一二極管以及第二二極管，所述第一絕緣柵雙極型晶體管門極和所述第二絕緣柵雙極型晶體管門極接收驅動電路模塊的脈沖寬度調制信號，以驅動絕緣柵雙極型晶體管正常工作，所述第一絕緣柵雙極型晶體管發射極和所述第二絕緣柵雙極型晶體管發射極分別與所述第一二極管正極以及所述第二二極管正極相連，所述第一絕緣柵雙極型晶體管集電極為所述第一開關單元第一端，所述第二絕緣柵雙極型晶體管集電極為所述第一開關單元第二端。
[0025]進一步的，所述第二開關單元、第三開關單元、第四開關單元、第五開關單元、第六開關單元、第七開關單元、第八開關單元以及第九開關單元與所述第一開關單元電路組成和連接關系相同。
[0026]進一步的，所述第一開關單元第一端與所述交流電源第一輸出端相連，輸出端與所述壓縮機單元第一端相連；
[0027]所述第二開關單元第一端與所述交流電源第二輸出端相連，第二端與所述壓縮機單元第一端相連；
[0028]所述第三開關單元第一端與所述交流電源第三輸出端相連，第二端與所述壓縮機單元第一端相連；
[0029]所述第四開關單元第一端與所述交流電源第一輸出端相連，第二端與所述壓縮機單元第二端相連；
[0030]所述第五開關單元第一端與所述交流電源第二輸出端相連，第二端與所述壓縮機單元第二端相連；
[0031]所述第六開關單元第一端與所述交流電源第三輸出端相連，第二端與所述壓縮機單元第二端相連；
[0032]所述第七開關單元第一端與所述交流電源第一輸出端相連，第二端與所述壓縮機單元第三端相連；
[0033]所述第八開關單元第一端與所述交流電源第二輸出端相連，第二端與所述壓縮機單元第三端相連；
[0034]所述第九開關單元第一端與所述交流電源第三輸出端相連，第二端與所述壓縮機單元第三端相連。
[0035]進一步的，所述壓縮機單元為所述三相矩陣變頻器所屬的空調系統負載，所述壓縮機單元同一端所連接的三個開關單元中有一個導通；
[0036]進一步的，所述矩陣變換主電路模塊采用四步換流。
[0037]進一步的，所述三相矩陣變頻器與所述壓縮機相連，用于對電網供電進行變頻處理后提供給所述壓縮機。
[0038]本發明提供的一種三相矩陣變頻器和空調系統取消了直流環節儲能元件、整流環節以及智能功率模塊逆變環節，通過所述9個雙向開關單元進行單級變換合成得到期望輸出電壓與輸入電流，進而降低無功功率和諧波污染，提高功率密度。
【附圖說明】
[0039]圖1是傳統變頻器結構原理圖。
[0040]圖2是本發明實施例中提供的一種三相矩陣變頻器和空調系統結構示意圖。
[0041]圖3是本發明實施例中提供的一種三相矩陣變頻器和空調系統中控制電路模塊結構圖。
[0042]圖4是本發明實施例中提供的一種三相矩陣變頻器和空調系統中矩陣變換主電路模塊結構圖。
[0043]圖5是本發明實施例中提供的一種三相矩陣變頻器和空調系統中四步換流示意圖及波形圖。
[0044]圖6是本發明實施例中提供的一種三相矩陣變頻器和空調系統驅動信號及電流實驗波形圖。
[0045]圖7a是本發明實施例中提供的所述矩陣變換主電路模塊輸入電壓電流波形圖。
[0046]圖7b本發明實施例中提供的所述矩陣變換主電路模塊輸出電壓電流波形圖。
【具體實施方式】
[0047]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發明，而非對本發明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發明相關的部分而非全部結構。
[0048]圖2是本發明實施例中提供的一種三相矩陣變頻器和空調系統結構示意圖。其中包括:控制電路模塊100、矩陣變換主電路模塊200以及驅動電路模塊300 ；
[0049]所述控制電路模塊100用于接收復位及三相電流方向