CN107154771A - 用于电力电子变换器的风机变频调速*** - Google Patents

用于电力电子变换器的风机变频调速*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于电力电子变换器的风机变频调速***，用于对电力电子变换器的散热风机进行变频控制。电力电子变换器包括功率开关管散热器和电抗器；散热风机为单相交流风机；风机变频调速***包括：温度检测电路，用于检测功率开关管散热器和电抗器的温度并输出功率开关管散热器温度信号和电抗器温度信号；控制器，用于根据功率开关管散热器温度信号和电抗器温度信号生成频率指令；以及变频器，与控制器和直流电源连接，用于对直流电源进行电能变换，产生频率指令的交流电压至单相交流风机，进而调节单相交流风机的转速。上述风机变频调速***在解决功率开关管散热器和电抗器的散热问题的同时，最大限度的减少散热风机的用电量和噪声。

Description

用于电力电子变换器的风机变频调速***
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，特别是涉及一种用于电力电子变换器的风机变频调速***。
背景技术
大功率电力电子变换器在进行电能变换的过程中会产生大量的热量，导致内部器件的温度大幅上升，电力电子变换器中的功率开关管(如IGBT、GTO等)、电抗器和电容器等器件若长期工作在过温状态下，会发生损坏，影响电力电子变换器的正常运行。因此需要对功率开关管、电抗器和电容器进行散热。大功率电力电子变换器主要采用风冷散热，即通过外加风机，并设计相应的散热风道来达到散热的目的。大功率电力电子变换器的运行功率的范围一般都比较广，且在部分应用领域内其运行功率变化还比较频繁，如光伏变流器根据光照的强弱、风电变流器根据风速的大小，都经常运行在不同的功率等级。随着电力电子变换器的运行功率的变化，其功率开关管、电抗器、电容器的发热程度也会发生相应的变化。目前，大功率电力电子变换器的风冷散热***要用到的散热风机较多，且一般不进行调速，造成了较大的能耗和噪声。
发明内容
基于此，有必要提供一种低能耗、低噪声的用于电力电子变换器的风机变频调速***。
一种用于电力电子变换器的风机变频调速***，用于对所述电力电子变换器的散热风机进行变频控制，所述电力电子变换器包括功率开关管散热器和电抗器；所述散热风机为单相交流风机；所述风机变频调速***包括：
温度检测电路，用于检测所述功率开关管散热器和所述电抗器的温度并输出功率开关管散热器的温度信号和电抗器的温度信号；
控制器，与所述温度检测电路连接，用于根据所述功率开关管散热器的温度信号和所述电抗器的温度信号生成频率指令；以及
变频器，与所述控制器连接；所述变频器与直流电源连接；所述变频器用于对直流电源进行电能变换，产生频率为所述频率指令的交流电压至所述单相交流风机，进而调节所述单相交流风机的转速。
上述风机变频调速***根据电力电子变换器中的功率开关管散热器温度和电抗器温度对单相交流风机进行变频调速，在解决功率开关管散热器和电抗器的散热问题的同时，最大限度的减少散热风机的用电量和噪声。
在其中一个实施例中，所述控制器包括频率指令模块；所述频率指令模块存储有所述功率开关管散热器温度与频率指令对应表和所述电抗器温度与频率指令对应表；所述频率指令模块用于根据所述功率开关管散热器的温度信号查询所述功率开关管散热器温度与频率指令对应表获取第一频率指令，根据所述电抗器的温度信号查询所述电抗器温度与频率指令对应表获取第二频率指令，并将第一频率指令和第二频率指令中的较大者作为频率指令。
在其中一个实施例中，还包括LC滤波器；所述LC滤波器连接于所述变频器和所述单相交流风机之间。
在其中一个实施例中，所述单相交流风机包括主绕组和副绕组；所述变频器为两相三桥臂逆变器；所述主绕组的输出端子a、所述副绕组的输出端子b、所述主绕组和副绕组连接处的输出端子n分别与所述两相三桥臂逆变器的三个桥臂中点的输出端子相连接。
在其中一个实施例中，还包括n线电流检测模块；所述控制器还包括n线断路保护模块；所述n线电流检测模块接于所述变频器和所述单相交流风机的输出端子n之间，用于检测所述单相交流风机运行时的n线电流，并将检测到的n线电流送到所述n线断路保护模块中；所述n线断路保护模块用于当所述单相交流风机运行时的n线电流持续小于预设电流值的时间达到预设时间时，判断所述单相交流风机处于n线断路故障状态，控制所述变频器停止工作并禁止所述变频器再次自动启动。
在其中一个实施例中，所述控制器还包括电压补偿模块和电压控制模块；
所述电压补偿模块与所述频率指令模块连接，用于接收所述频率指令；所述电压补偿模块还用于接收所述单相交流风机的数目信息，并根据所述单相交流风机的数目和所述频率指令生成电压补偿值；
所述电压控制模块分别与所述电压补偿模块和所述频率指令模块连接；所述电压控制模块用于根据所述频率指令得到对应的电压指令值，并将所述电压指令值与所述电压补偿值相加后作为所述主绕组和所述副绕组的电压给定值。
在其中一个实施例中，所述控制器还包括匝数不等处理模块；所述匝数不等处理模块设置在所述电压控制模块的输出端；所述匝数不等处理模块用于在所述主绕组和所述副绕组的绕组匝数不相等时对所述电压给定值进行匝数折算处理，使得加到所述主绕组和所述副绕组上的电压的幅值与匝数相对应。
在其中一个实施例中，还包括电流检测电路，所述电流检测电路用于采集所述单相交流风机的主绕组电流和副绕组电流；所述控制器还包括电流处理模块；所述电流处理模块用于根据所述主绕组电流和所述副绕组电流得到对应的主绕组电流有效值和副绕组电流有效值；所述电流处理模块还用于根据所述主绕组电流有效值、所述副绕组电流有效值生成给定电压补偿值补偿至所述电压给定值上，以使得所述主绕组磁动势与所述副绕组磁动势相等，使所述单相交流风机产生圆形旋转磁动势。
在其中一个实施例中，所述控制器包括弱磁扩速模块；所述弱磁扩速模块用于在所述功率开关管散热器温度或者所述电抗器温度高于对应的温度阈值时，控制所述单相交流风机的输入电压为额定工作电压，而控制所述频率指令模块产生高于所述单相交流风机的额定工作频率的频率指令值，使所述单相交流风机高于额定转速运行。
在其中一个实施例中，所述控制器还包括温度检测异常处理模块；所述温度检测异常处理模块用于在所述控制器接收到所述功率开关管散热器的温度信号或所述电抗器的温度信号有异常时，或者在所述控制器无法接收到所述功率开关管散热器的温度信号或所述电抗器的温度信号时，控制所述频率指令模块按额定频率指令输出，进而控制所述单相交流风机按额定转速运行。
附图说明
图1为一实施例中的风机变频调速***的结构框图；
图2为一实施例中的风机变频调速***对多个单相交流风机进行控制的结构示意图；
图3为一实施例中的变频器、LC滤波器以及单相交流风机的接线示意图；
图4为一实施例中的控制器的结构框图；
图5为一实施例中电压补偿值随频率指令和单相交流风机数目的变化曲线图；
图6为一实施例中的风机变频调速***的运行流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点表述的更加清晰明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一实施例中的用于电力电子变换器的风机变频调速***，可以适用于光伏变流器的散热，也可适用于风电变流器或其他电力电子变换器的散热，适用范围较广。在本实施例中，以该风机变频调速***用于光伏变流器的散热为例进行说明。具体地，该风机变频调速***用于对光伏逆变器的单相交流风机进行变频调速控制。光伏逆变器包括三路功率开关管散热器和电抗器，故每台光伏逆变器需要安装四个散热风机。光伏发电***中实际工作的光伏逆变器的个数可以根据实际的发电功率来确定。比如，对于1MW的光伏发电***，其由两台500KW光伏逆变器并联组成。当发电功率小于300KW时，只需要开启一台500KW光伏逆变器，故也只需要开启与该光伏逆变器对应的四个散热风机。具体方法可以通过交流继电器来控制变频调速***与各光伏逆变器对应的四个散热风机的连接和断开。当发电功率大于300KW时，则将两台光伏逆变器同时开启，且发电功率均分，此时将对应的散热风机全部开启。在本实施例中，散热风机均采用单相交流离心式风机，额定电压为230V，额定频率为60Hz，极对数为1。在其他实施例中，也可以选用其他类型的单相交流风机作为散热风机。
图1为一实施例中的风机变频调速***的结构框图，该风机变频调速***用于对电力电子变换器的散热风机进行变频控制。在本实施例中，散热风机为单相交流风机20。该风机变频调速***包括温度检测电路100、控制器200和变频器300。其中，控制器200分别与温度检测电路100和变频器300连接。
温度检测电路100用于检测功率开关管(如IGBT)散热器和电抗器的温度并输出功率开关管散热器的温度信号和电抗器的温度信号。在一实施例中，温度检测电路100可以通过热电阻或热电偶等温度传感器对功率开关管的散热器和电抗器的温度进行检测，并通过采样调理电路进行转化，将最终的温度信号输送给控制器200。在本实施例中，对光伏逆变器的功率开关管散热器和电抗器的温度均采用热电阻进行测量。为节省成本和减少占用空间，风机变频调速***的温度检测电路100可以直接用光伏逆变器自身的温度采样电路代替，其功率开关管散热器的温度信号和电抗器的温度信号先传给光伏逆变器的数字信号处理器，再由光伏逆变器的数字信号处理器以通信的方式将上述温度信号传给变频调速***的控制器200。
控制器200用于根据温度检测电路100输出的功率开关管散热器的温度信号和电抗器的温度信号生成频率指令，频率指令用于控制单相交流风机20的转速。当功率开关管散热器温度或电抗器温度较高时，输出一个较高的频率指令；当功率开关管散热器温度和电抗器温度都较低时，输出一个较低的频率指令，使得单相交流风机20在保证开关管散热器和电抗器的热量及时散出的前提下，最大限度的降低能耗和减少噪声。
变频器300用于与直流电源连接。变频器300用于根据频率指令对直流电源进行电能变换，输出频率为频率指令的交流电压至单相交流风机20，从而实现对单相交流风机20的变频调速。在一实施例中，直流电源可以为独立的电源，也可以为光伏逆变器或风电变流器等电力电子变换器的直流母线。在本实施例中，直流电源为光伏发电***的直流母线，该直流母线来自于光伏发电***的汇流箱或DC-DC变换器的引出线。
上述风机变频调速***中的温度检测电路100对电力电子变换器中的功率开关管散热器和电抗器的温度进行检测并输出上述器件的温度信号。控制器200接收到上述温度信号后，会根据这些温度信号生成频率指令，进而控制变频器300对直流电源进行电能变换，输出频率为频率指令的交流电压至单相交流风机20，实现对单相交流风机20的变频调速。上述风机变频调速***在解决电力电子变换器的功率开关管散热器和电抗器的散热问题的同时，能够最大限度的减少风机的用电量和噪声。在本实施例中，由于变频器300直接由光伏发电***的直流母线供电，风机用电量的减少，意味着光伏发电量的增加，提高了经济效益。
图2为一实施例中的风机变频调速***对多个单相交流风机进行控制的结构示意图，用于对上述1MW光伏发电***的风机变频调速***进行结构说明。图2中，上面4个风机和下面4个风机分别用于对1MW光伏发电***的每台500KW光伏逆变器的三个功率开关管的散热器和电抗器进行散热，并分别通过一个交流继电器30与变频调速***进行连接。交流继电器30用于控制变频调速***和单相交流风机20之间的接通和断开。
在本实施例中，直流母线电压在800～1000V时，变频器300和光伏逆变器才启动运行。当直流母线电压低于800V或者高于1000V时，变频器300和光伏逆变器均停机。为节省成本，本实施例中单相交流风机20采用普通单相交流风机，非变频风机。为避免转速变化过快对风机质量造成影响，变频器300的PWM调制波的频率变化速度不可设置地过高，但同时也需兼顾到风机启动和制动的快速性。在本实施例中，设置单相交流风机20从静止升高到额定转速(也即额定频率)的时间和从额定转速下降到0转/分所用的时间均为3秒。在其他的实施例中，也可以将风机从静止升高到额定转速的时间和从额定转速下降到0的时间设置为2秒～4秒。在本实施例中，控制器200在接收到开机命令时，会检测是否满足开机条件，主要检测直流母线电压、光伏逆变器的IGBT散热器和电抗器温度、环境温度等条件是否满足开机运行指标。满足进入下一步，不满足则对开机条件进行循环检测直至满足。
在一实施例中，上述风机变频调速***还包括LC滤波器400，如图1所示。LC滤波器400设置在变频器300和单相交流风机20之间。图3为本实施例中的单相交流风机20、变频器300以及LC滤波器400的接线示意图。图3中，单相交流风机20包括主绕组22和副绕组24，变频器300采用两相三桥臂逆变器，两相三桥臂逆变器的开关管M1～M6均可采用IGBT。主绕组22的输出端子a、副绕组24的输出端子b、主绕组22和副绕组24连接处的输出端子n分别通过LC滤波器400与两相三桥臂逆变器的A相输出端子、B相输出端子以及N线输出端子连接。LC滤波器400用于削弱直流母线电压对单相交流风机20的电机绕组的影响。大功率电力电子变换器的直流母线电压一般较高，若不加LC滤波器400，则加到主绕组22和副绕组24上的电压将直接等于直流母线电压，容易将电机绕组击穿。
由于风机绕组本身就具有滤波作用，所以LC滤波器400的滤波作用不用设置的太强。LC滤波器400的谐振频率需满足下式：
其中，fn为变频器运行频率的最大值；fres为LC滤波器的谐振频率；fsw为变频器开关频率。此外，LC滤波器400的设计还需要保证加到电机绕组上的电压的最大值不超过单相交流电机20的最大运行电压。在本实施例中，变频器300的运行频率为15～63Hz，开关频率fsw为10kHz，单相交流电机20的最大运行电压为358V，设计的L＝240uH，C＝20uF。此时，LC滤波器400的谐振频率为1625Hz，开关频率的电压谐波被衰减到之前幅值的0.027，变频范围(15-63Hz)内的电压几乎无衰减。
在一实施例中，上述风机变频调速***还包括n线电流检测模块50，如图3所示。相应地，控制器200中还包括n线断路保护模块。n线电流检测模块50设置在单相交流风机20的输出端子n和LC滤波器400的连线上，用于对单相交流风机20的n线上的电流进行检测并将检测到的n线电流送到n线断路保护模块中。n线电流检测模块50可以采用电流传感器。当用一台变频器同时带多个单相交流风机20时，应对每个单相交流风机20都设置一个n线电流检测模块50。当单相交流风机20运行时的n线电流持续小于预设电流值的时间达到预设时间时，n线断路保护模块判断此时单相交流风机20处于n线断路故障状态，控制变频器300停止工作并禁止其再次自动启动，随后进行检修。预设电流值可以设置为一个很小的电流值。预设时间的引入主要是为了将运行过程的n线电流与启动过程和停机过程的n线电流相区分，防止故障误判。本实施例中，预设电流值设为10mA，预设时间设为200ms。n线断路保护模块的作用是防止单相交流风机20重新启动时，单相交流风机20的n线断路使得主绕组22和副绕组24接为一个绕组，单相交流风机20无法产生启动转矩，绕组电流将急剧增大将主绕组22和副绕组24烧毁。本实施例中，图2中的每个单相交流风机20的n线上都装有n线电流检测模块50。当只有上面的4个风机中有风机出现n线断路故障或只有下面的4个风机中有风机出现n线断路故障时，控制器200将连接此发生n线断路故障的4个风机和变频器300的交流继电器30断开，并将n线断路信息以通信的方式传给光伏逆变器的数字信号处理器，数字信号处理器接收到风机n线断路信息后，将关闭与发生n线断路故障的4个风机相对应的光伏逆变器，只开启另外一台光伏逆变器，继续进行光伏发电。只有当图2中上面4个风机和下面4个风机中都有风机发生n线断路故障时，两台光伏逆变器才全部停机。此外，n线电流检测模块50还可进行过流检测，当n线电流过大时，变频器300停止工作。单相交流风机20的n线断路可能是由于单相交流风机20的输出端子n与LC滤波器400间的导线断开引起。
图4为一实施例中的控制器的结构框图。在一实施例中，控制器200包括频率指令模块210。频率指令模块210中存储有功率开关管散热器温度与频率指令对应表。表1为一具体实施例中的IGBT散热器温度与频率指令对应表。
表1：
IGBT散热器温度T(℃) 频率指令(Hz)
T≤45 0
45＜T≤50 15
50＜T≤55 21
55＜T≤60 27
60＜T≤65 33
65＜T≤70 39
70＜T≤75 45
75＜T≤80 54
80＜T≤90 60
T＞90 63
根据IGBT温度利用表1即可查询到对应的频率值，并将其作为第一频率指令。频率指令模块中还存储有电抗器温度和频率指令对应表。表2为一具体实施例中的电抗器温度与频率指令对应表。
表2：
电抗器温度T(℃) 频率指令(Hz)
T≤45 0
45＜T≤50 15
50＜T≤55 18
55＜T≤60 21
60＜T≤65 24
65＜T≤70 27
70＜T≤75 30
75＜T≤80 33
80＜T≤85 36
85＜T≤90 39
90＜T≤95 42
95＜T≤100 45
100＜T≤105 48
105＜T≤110 51
110＜T≤115 54
115＜T≤120 57
120＜T≤140 60
T＞140 63
根据电抗器温度利用表2即可查询到对应的频率值，并将其作为第二频率指令。频率指令模块210还对第一频率指令和第二频率指令进行比较，将较大的一个频率作为频率指令，进而控制单相交流风机20的频率为该频率指令ωe *。
由于本实施例是将普通单相交流风机20作为变频风机使用，所以变频器300的调速范围没有设置的很宽，以免对电机造成损坏。在本实施例中，光伏逆变器的IGBT散热器温度和电抗器温度都低于45℃时，禁止使能变频器300的PWM，变频器300停止运行；当光伏逆变器的IGBT散热器温度高于80℃或电抗器温度高于120℃时，变频器300按额度频率60Hz运行。
在一实施例中，控制器200还包括电压补偿模块220和电压控制模块230，如图4所示。电压补偿模块220与频率指令模块210连接，用于接收频率调节指令ωe *和需要控制的单相交流风机的数目信息，从而根据单相交流风机的数目和频率指令ωe *生成电压补偿值Vd。在本实施例中，电压补偿模块220中存储有电压补偿值Vd随单相交流风机数目和频率指令ωe *的变化曲线，如图5所示。该变化曲线可以由前期实验得到。具体地，在实验过程中让变频器300带不同数目风机(风机数目一般为4的倍数，每台三相逆变器的各相IGBT散热器和电抗器各需要一个风机散热)，测定这些风机在不同频率指令下运行时，风机输入电压的跌落情况。根据电压的跌落情况进行变频器电压指令值的补偿，记录上述电压指令补偿值，绘制电压指令补偿值随风机数目和风机转速的变化曲线。因此，根据获取到的单相交流风机数目和频率指令ωe *就可查询到对应的电压补偿值Vd。
电压控制模块230分别与电压补偿模块220和频率指令模块210连接。电压控制模块230用于根据频率指令模块210输出的频率指令得到对应的电压指令值VG，并将所述电压指令值VG与电压补偿值Vd进行求和后作为主绕组和副绕组的电压给定值VS。在一实施例中，电压控制模块230包括恒压频比单元232和加法器234。恒压频比单元232用于根据恒压频比确定与频率指令相对应的电压指令值VG。加法器234则用于将电压指令值VG与电压补偿值Vd相加得到电压给定值VS。
在一实施例中，控制器200还包括匝数不等处理模块240。匝数不等处理模块240设置在电压控制模块230中的加法器234的输出端。匝数不等处理模块240根据主绕组和副绕组的线圈匝数Na、Nb对电压给定值VS进行匝数折算，使加到主绕组和副绕组上的电压的幅值与匝数相对应，以便使电机的旋转磁动势更接近圆形旋转磁动势。令A相、B相电压给定值的幅值分别为VA、VB，其具体实施过程为：
当绕组的电阻较小时，绕组的感应电动势与绕组两端电压近似相等。此时，设置VA、VB分别为：
当绕组的电阻较大时，可忽略绕组的感应电动势，认为绕组两端电压与绕组上电阻的压降近似相等。此时，主绕组和副绕组两端电压分别与相应绕组上的电流成正比关系。为产生圆形旋转磁动势，设置此时的VA、VB分别为：
在本实施例中，电机绕组电阻较小，采用第一种绕组匝数不等处理方式。
在一实施例中，上述风机变频调速***还包括电流检测电路500，如图1所示。电流检测电路500用于检测单相交流风机20的主绕组电流和副绕组电流。在本实施例中，控制器200还包括电流处理模块250，如图4所示。电流处理模块250用于根据主绕组电流和副绕组电流得到对应的主绕组电流有效值IARMS和副绕组电流有效值IBRMS。电流处理模块250根据主绕组电流有效值IARMS和副绕组电流有效值IBRMS生成电压补偿值补偿至电压给定值VS上，以使得主绕组磁动势与副绕组磁动势相等。具体地，电流处理模块250包括匝数不等处理单元252、减法器254以及PI调节器256。相应地，电压控制模块230还包括减法器236。匝数不等处理单元252用于在主绕组和副绕组的线圈匝数不等时，对电流有效值进行匝数折算。匝数折算后的电流有效值通过减法器254做差后送入PI调节器256，PI调节器256对差值进行处理后将其输出值送入减法器236中，以对电压给定值VS进行补偿。通过电流处理模块250进行电压补偿，可以使主绕组磁动势与副绕组磁动势相等，从而确保单相交流风机20的磁场为圆形旋转磁场，达到减少单相交流风机20的内部损耗，降低发热量，提高电机的输出转矩的目的。此外，电流检测电路500还用于进行主绕组电流和副绕组电流的过流检测，当绕组的电流过大时，变频器300停止工作。
在一实施例中，变频器300的A相和B相采用SPWM调制，A相和B相的调制波相差90度。N相则采用占空比恒定为50％的调制方式。在本实施例中，控制器200还包括SPWM模块260。SPWM模块260用于产生PWM信号，驱动变频器300的IGBT。在本实施中，SPWM模块260还能根据直流母线电压的变化(在光伏发电***中，直流母线电压经常随光照强度的变化而变化)，动态调节A相和B相的调制波的幅值大小，保障变频器300输出所需的风机端电压。
在一实施例中，控制器200还包括弱磁扩速模块。弱磁扩速模块用于在功率开关管散热器温度或者电抗器温度超过对应的温度阈值时，控制单相交流风机20的输入电压为额定工作电压，而控制频率指令模块210产生略高于单相交流风机20的额定工作频率的频率指令值，使单相交流风机20略高于额定转速运行，进一步提高单相交流风机20的出风量。本实施例中，弱磁扩速模块的具体实现方法为当光伏逆变器的IGBT散热器温度高于90℃或电抗器温度高于140℃时，启动弱磁扩速模块，将频率指令提高到63Hz，并保持电压指令值VG为额定电压230V不变，增大风机出风量；当光伏逆变器的IGBT散热器温度大于95℃或电抗器温度大于160℃时，光伏逆变器将停止运行并将停机信号传给控制器200，控制器200收到停机信号后，继续运行，直到IGBT散热器温度和电抗器温度都低于60℃时，控制器200发出停机指令使变频器300停止运行。
在一实施例中，控制器200还包括温度检测异常处理模块。温度检测异常处理模块用于在检测到控制器200接收到所述功率开关管散热器的温度信号或所述电抗器的温度信号有异常(如温度过高或过低)时，或者控制器200无法接收到所述功率开关管散热器的温度信号或所述电抗器的温度信号时，控制变频器300按照单相交流风机20的额定电压和额定功率进行输出，以保障电力电子变换器中器件的热量能及时散出。温度检测异常可能是由于温度传感器故障、用于温度检测的采样调理电路故障或光伏逆变器的控制器和变频调速***的控制器200之间的通信中断等引起。
在一实施例中，风机变频调速***在运行过程中，会不断检测本变频调速***是否有故障。主要通过电流传感器、电流霍尔传感器、分压电阻、温度传感器分别对单相交流风机20的n线电流、变频器300的A相电流和B相电流、直流母线电压、变频器IGBT散热器的温度和环境温度等进行检测，进而判断本变频调速***是否发生了风机n线断路、过流、过压、过温等故障。若没故障则继续使能PWM，驱动风机运行，并同时不断检测光伏逆变器的IGBT散热器温度和电抗器温度，根据温度信号，对单相交流风机进行调速；若有故障，则停机。
在一实施例中，上述风机变频调速***还可以与上位机进行通信，从而使用户可以通过上位机进行控制指令的下发、运行模式(自动模式或手动模型)的设置、运行参数的设置、状态量和运行模拟量的查看等。
在本实施例中，上述风机变频调速***的运行流程示意图如图6所示，包括以下步骤：
步骤S602，判断是否有开机指令。
若接收到开机指令则执行步骤S604，否则执行步骤S630。
步骤S604，接收上位机发送的模式选择指令。
通过上位机设置开关机命令后，再设置运行模式。将开机命令和模式信息通过SCI通信传给控制器。运行模式包括手动模式和自动模式。手动模式主要用于调试运行；自动模式是指变频器收到开机命令后，会根据直流电压、光伏逆变器的IGBT散热器温度和电抗器温度等自动进行***开关机和调速，默认采用自动模式。当运行模式选择为自动模式或默认时，执行步骤S606，否则执行步骤S612。
步骤S606，获取IGBT散热器温度和电抗器温度。
步骤S608，判断变频器开机条件是否满足。
控制器收到开关机命令和运行模式后，会检测是否满足开机条件，主要检测直流母线电压、光伏逆变器的IGBT散热器温度和电抗器温度、环境温度等参数是否满足开机运行指标。满足进入步骤S610，不满足则对开机条件进行循环检测直至满足，也即返回执行步骤S606和步骤S608。
步骤S610，确定频率指令。
将通信传来的光伏逆变器的IGBT散热器温度和电抗器温度通过查表得到此时的频率指令。
步骤S612，设置频率指令。
步骤S614，计算电压指令。
在确定频率指令后根据频率指令计算电压指令。
步骤S616，判断是否需要进行电压补偿。
如果需要补偿则执行步骤S618，否则直接执行步骤S620。
步骤S618，进行电压补偿。
步骤S620，判断是否需要匝数折算。
根据风机绕组匝数是否相等，判断是否需要进行电压匝数折算；若不相等，则对电压给定值进行绕组匝数折算后再分别作为主/副绕组的电压给定值，即执行步骤S622；否则，直接将电压给定值作为主/副绕组的电压给定值，即执行步骤S624。
如果是，则执行步骤S622，否则直接执行步骤S624。
步骤S622，进行匝数折算。
步骤S624，进行主/副绕组电流处理。
进行主绕组和副绕组电流有效值的计算，并将主绕组电流有效值和副绕组电流有效值进行做差处理后送入PI调节器，将PI调节器的输出补偿到电压给定值上。
步骤S626，判断变频调速***是否有故障。
若没故障则执行步骤S628，否则执行步骤S630。
步骤S628，PWM使能，驱动风机运行。
在执行完步骤S628后返回执行步骤S604。
步骤S630，控制变频器停机。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中各个技术特征的所有可能组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于电力电子变换器的风机变频调速***，用于对所述电力电子变换器的散热风机进行变频控制，所述电力电子变换器包括功率开关管散热器和电抗器；所述散热风机为单相交流风机；其特征在于，所述风机变频调速***包括：
温度检测电路，用于检测所述功率开关管散热器和所述电抗器的温度并输出功率开关管散热器的温度信号和电抗器的温度信号；
控制器，与所述温度检测电路连接，用于根据所述功率开关管散热器的温度信号和所述电抗器的温度信号生成频率指令；以及
变频器，与所述控制器连接；所述变频器与直流电源连接；所述变频器用于对直流电源进行电能变换，产生频率为所述频率指令的交流电压至所述单相交流风机，进而调节所述单相交流风机的转速。
2.根据权利要求1所述的风机变频调速***，其特征在于，所述控制器包括频率指令模块；所述频率指令模块存储有所述功率开关管散热器温度与频率指令对应表和所述电抗器温度与频率指令对应表；所述频率指令模块用于根据所述功率开关管散热器的温度信号查询所述功率开关管散热器温度与频率指令对应表获取第一频率指令，根据所述电抗器的温度信号查询所述电抗器温度与频率指令对应表获取第二频率指令，并将第一频率指令和第二频率指令中的较大者作为频率指令。
3.根据权利要求1所述的风机变频调速***，其特征在于，还包括LC滤波器；所述LC滤波器连接于所述变频器和所述单相交流风机之间。
4.根据权利要求2所述的风机变频调速***，其特征在于，所述单相交流风机包括主绕组和副绕组；所述变频器为两相三桥臂逆变器；所述主绕组的输出端子a、所述副绕组的输出端子b、所述主绕组和副绕组连接处的输出端子n分别与所述两相三桥臂逆变器的三个桥臂中点的输出端子相连接。
5.根据权利要求4所述的风机变频调速***，其特征在于，还包括n线电流检测模块；所述控制器还包括n线断路保护模块；所述n线电流检测模块接于所述变频器和所述单相交流风机的输出端子n之间，用于检测所述单相交流风机运行时的n线电流，并将检测到的n线电流送到所述n线断路保护模块中；所述n线断路保护模块用于当所述单相交流风机运行时的n线电流持续小于预设电流值的时间达到预设时间时，判断所述单相交流风机处于n线断路故障状态，控制所述变频器停止工作并禁止所述变频器再次自动启动。
6.根据权利要求4所述的风机变频调速***，其特征在于，所述控制器还包括电压补偿模块和电压控制模块；
所述电压补偿模块与所述频率指令模块连接，用于接收所述频率指令；所述电压补偿模块还用于接收所述单相交流风机的数目信息，并根据所述单相交流风机的数目和所述频率指令生成电压补偿值；
所述电压控制模块分别与所述电压补偿模块和所述频率指令模块连接；所述电压控制模块用于根据所述频率指令得到对应的电压指令值，并将所述电压指令值与所述电压补偿值相加后作为所述主绕组和所述副绕组的电压给定值。
7.根据权利要求6所述的风机变频调速***，其特征在于，所述控制器还包括匝数不等处理模块；所述匝数不等处理模块设置在所述电压控制模块的输出端；所述匝数不等处理模块用于在所述主绕组和所述副绕组的绕组匝数不相等时对所述电压给定值进行匝数折算处理，使得加到所述主绕组和所述副绕组上的电压的幅值与匝数相对应。
8.根据权利要求6或7所述的风机变频调速***，其特征在于，还包括电流检测电路，所述电流检测电路用于采集所述单相交流风机的主绕组电流和副绕组电流；所述控制器还包括电流处理模块；所述电流处理模块用于根据所述主绕组电流和所述副绕组电流得到对应的主绕组电流有效值和副绕组电流有效值；所述电流处理模块还用于根据所述主绕组电流有效值、所述副绕组电流有效值生成给定电压补偿值补偿至所述电压给定值上，以使得所述主绕组磁动势与所述副绕组磁动势相等，使所述单相交流风机产生圆形旋转磁动势。
9.根据权利要求2所述的风机变频调速***，其特征在于，所述控制器包括弱磁扩速模块；所述弱磁扩速模块用于在所述功率开关管散热器温度或者所述电抗器温度高于对应的温度阈值时，控制所述单相交流风机的输入电压为额定工作电压，而控制所述频率指令模块产生高于所述单相交流风机的额定工作频率的频率指令值，使所述单相交流风机高于额定转速运行。
10.根据权利要求2所述的风机变频调速***，其特征在于，所述控制器还包括温度检测异常处理模块；所述温度检测异常处理模块用于在所述控制器接收到所述功率开关管散热器的温度信号或所述电抗器的温度信号有异常时，或者在所述控制器无法接收到所述功率开关管散热器的温度信号或所述电抗器的温度信号时，控制所述频率指令模块按额定频率指令输出，进而控制所述单相交流风机按额定转速运行。
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