專利名稱：轉(zhuǎn)差功率回饋式大功率中高壓異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于異步電機(jī)調(diào)速技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種轉(zhuǎn)差功率回饋式大功率 中高壓異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
總體來看，目前國內(nèi)中高壓繞線式電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域普遍采用以下兩種技術(shù)方案，即 變頻器調(diào)速技術(shù)和內(nèi)反饋斬波調(diào)速技術(shù)。其中，變頻調(diào)速是目前交流電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域應(yīng)用最 廣泛，調(diào)速性能最好的技術(shù)。在中小功率以及低電壓等級(1000V以下)電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域中， 變頻器的優(yōu)勢和市場占有率均不可動搖；但是，隨著功率和電壓等級的不斷提高，在中高壓 異步電機(jī)的調(diào)速領(lǐng)域(電壓等級3kV/6kV/10kV，功率250kW以上)，變頻器技術(shù)遭遇了重大 的瓶頸，即由于需要承受很高的電壓和全部的容量，中高壓變頻器的成本非常高，這導(dǎo)致在 此領(lǐng)域另外一種調(diào)速技術(shù)受到重視并開始在產(chǎn)業(yè)界獲得應(yīng)用，即從交流電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)進(jìn)行 調(diào)速控制。轉(zhuǎn)子側(cè)調(diào)速的主要問題是只能對繞線式異步電機(jī)適用，而對于鼠籠式高壓電機(jī)， 則只能采用高壓變頻器方案進(jìn)行調(diào)速控制。繞線式高壓異步電機(jī)如果采用轉(zhuǎn)子側(cè)串聯(lián)變換器實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，其主要的技術(shù)方 案包括以下幾種內(nèi)反饋斬波調(diào)速方案、轉(zhuǎn)差功率回饋式調(diào)速方案和雙饋調(diào)速方案。目前， 國內(nèi)轉(zhuǎn)子側(cè)無級調(diào)速的主要技術(shù)方案是內(nèi)反饋斬波調(diào)速技術(shù)，內(nèi)反饋斬波調(diào)速技術(shù)是在高 壓異步電機(jī)的定子側(cè)制作另外一個反饋繞組，轉(zhuǎn)子變換器回饋的轉(zhuǎn)差功率不通過高壓變壓 器直接回饋電網(wǎng)，而是通過反饋繞組回饋到電動機(jī)定子，間接實(shí)現(xiàn)能量的回饋。其中轉(zhuǎn)子變 換器的工作原理簡述如下首先二極管整流橋?qū)⑥D(zhuǎn)子繞組三相交流電壓變換為直流電壓， 施加到直流側(cè)電感上，并通過對IGBT模塊的高頻斬波控制實(shí)現(xiàn)電感內(nèi)的平均電流維持不 變，即實(shí)現(xiàn)一個恒流源；恒定的電流通過晶間管逆變橋逆變成三相交流電流，最后回饋到電 機(jī)定子側(cè)的反饋繞組。可見，上述電路的核心一是直流斬波，二是電流源逆變。實(shí)際使用過程中，內(nèi)反饋斬波調(diào)速技術(shù)由于電流控制是通過直流側(cè)單個IGBT模 塊來實(shí)現(xiàn)，因此控制上比較簡單，但是缺點(diǎn)也很明顯。首先，由于直流側(cè)電感電流被控制成 恒流源，因此逆變到三相反饋繞組中的電流是方波，而且各相電流是不連續(xù)的，這導(dǎo)致非常 大的電流諧波；同時，由于IGBT模塊的高頻斬波動作，使得電流波形中還包括開關(guān)頻率諧 波分量。這些諧波分量會引起電機(jī)的發(fā)熱，造成效率下降，而且由于電流諧波過大，電流源 逆變器也不能向電網(wǎng)直接饋送能量。電流源逆變器的各個晶閘管必須根據(jù)反饋繞組的電壓 相位正確的進(jìn)行觸發(fā)，如果出現(xiàn)誤觸發(fā)，則由于直流側(cè)電感的儲能作用，被觸發(fā)的晶閘管將 能夠?qū)?，這會導(dǎo)致電感電流瞬時流過順接的交流電源，因此電感電流不會下降反而增加， 這種現(xiàn)象稱為逆變顛覆。上述逆變顛覆現(xiàn)象出現(xiàn)后，轉(zhuǎn)子變換器的電路本身卻無法對這種 情況進(jìn)行保護(hù)，最后只能造成逆變器過流燒毀。因而從技術(shù)原理上講，內(nèi)反饋斬波調(diào)速是一 種比較落后的轉(zhuǎn)差功率回饋式調(diào)速技術(shù)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種轉(zhuǎn)差 功率回饋式大功率中高壓異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其電路設(shè)計合理、接線方便且投資成本低、使 用效果好、工作性能穩(wěn)定，能有效解決傳統(tǒng)內(nèi)反饋斬波調(diào)速系統(tǒng)所存在的電流諧波過大、工 作效率低、易出現(xiàn)逆變顛覆等缺陷和不足。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種轉(zhuǎn)差功率回饋式大功 率中高壓異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于包括串接在被調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的電力電子變換 器和對電力電子變換器所輸出的三相交流電壓進(jìn)行調(diào)整并反饋至高壓供電網(wǎng)的升壓變壓 器，所述升壓變壓器的輸入輸出端分別與電力電子變換器和高壓供電網(wǎng)相接；所述電力電 子變換器包括與被調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組相串接的三相整流電路、與三相整流電路相并接的 升壓斬波電路、與升壓斬波電路相并接的三相電壓源逆變器、對三相整流電路的輸出電流 進(jìn)行實(shí)時檢測的電流檢測單元一、對被調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時檢測的轉(zhuǎn)速檢測單元、根 據(jù)所述轉(zhuǎn)速檢測單元和電流檢測單元一所檢測信號并結(jié)合預(yù)先給定的被調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速值 對升壓斬波電路進(jìn)行控制的升壓斬波控制單元、對升壓斬波電路的輸出電壓進(jìn)行實(shí)時檢測 的電壓檢測單元一、對三相整流電路所輸出的相電流進(jìn)行實(shí)時檢測的電流檢測單元二以及 根據(jù)電壓檢測單元一和所述電流檢測單元二所檢測信號并結(jié)合預(yù)先給定的直流母線電壓 值對三相電壓源逆變器進(jìn)行控制的逆變器控制單元，三相電壓源逆變器與升壓變壓器相 接；所述轉(zhuǎn)速檢測單元和電流檢測單元一均接升壓斬波控制單元，升壓斬波控制單元與升 壓斬波電路相接；所述電壓檢測單元一和所述電流檢測單元二均接逆變器控制單元，逆變 器控制單元與三相電壓源逆變器相接。所述升壓斬波電路包括三組相并接的直流斬波電路，三組直流斬波電路均由一個 IGBT模塊一和一個正向?qū)ǖ亩O管一串接組成，且所述IGBT模塊一與所述二極管一的 串接點(diǎn)分別經(jīng)一個電感后與三相整流電路的正輸出端相接，所述IGBT模塊一的源極與三 相整流電路的負(fù)輸出端相接，所述二極管一的陰極為升壓斬波電路的正輸出端；升壓斬波 控制單元分別與對所述IGBT模塊一進(jìn)行驅(qū)動的IGBT驅(qū)動單元一相接，IGBT驅(qū)動單元一與 所述IGBT模塊一相接。所述升壓斬波控制單元為PWM控制器。所述三相電壓源逆變器由三組分別與升壓斬波電路相并接的串聯(lián)逆變電路組成， 三組串聯(lián)逆變電路均由兩個IGBT模塊二串接組成且三組串聯(lián)逆變電路中兩個IGBT模塊 二間的串接點(diǎn)分別與升壓變壓器的三相輸入端相接；所述逆變器控制單元分別與對所述 IGBT模塊二進(jìn)行驅(qū)動和保護(hù)的IGBT驅(qū)動及保護(hù)單元二相接，IGBT驅(qū)動及保護(hù)單元二與所 述IGBT模塊二相接。三組所述串聯(lián)逆變電路中相串接的兩個IGBT模塊二上均并接有一個補(bǔ)償電容。所述逆變器控制單元為PWM控制器。所述三相電壓源逆變器與升壓變壓器間接有濾波電路。所述三相整流電路為由六個二極管組成的三相橋式整流電路。還包括對三相整流電路的輸出電壓進(jìn)行實(shí)時檢測的電壓檢測單元二 ；所述電流檢 測單元二包括分別對三相整流電路所輸出的a相電流和b相電流進(jìn)行實(shí)時檢測的電流互感 器一和電流互感器二 ；所述轉(zhuǎn)速檢測單元為高速編碼器或轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器。[0015]所述被調(diào)速電機(jī)的軟啟動電路為晶閘管相控整流電路，晶閘管相控整流電路與被 調(diào)速電機(jī)相接。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、電路設(shè)計合理、接線方便且投資成本低。2、使用效果好，主要針對額定電壓在IOKV下的大功率中高壓繞線式異步電機(jī)的 轉(zhuǎn)差功率回饋式調(diào)速控制過程。與變頻器調(diào)速技術(shù)相比較，本實(shí)用新型采用現(xiàn)代高頻電力 電子變換器技術(shù)，從交流電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)進(jìn)行調(diào)速控制，其特點(diǎn)是將一個電力電子變換器連 接到繞線式交流電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)，通過對轉(zhuǎn)子電流幅值或頻率的控制實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的控 制。由于繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的電壓較低(取決于定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組之間的匝比和繞 組系數(shù))，并且轉(zhuǎn)子側(cè)電力電子變換器只處理轉(zhuǎn)差功率(相當(dāng)于電機(jī)總功率的幾分之一)， 因此電力電子變換器的制造難度和成本將大大下降，使得這種技術(shù)方案比高壓變頻器更具 有成本優(yōu)勢。3、與內(nèi)反饋調(diào)速技術(shù)相比較，本實(shí)用新型采用電壓源逆變器構(gòu)成的轉(zhuǎn)差功率回饋 式調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)差功率通過轉(zhuǎn)子側(cè)變換器和升壓變壓器直接饋送到電網(wǎng)，進(jìn)行重復(fù)利用。4、可以實(shí)現(xiàn)對輸入和輸出電流的瞬時控制，使其成為正弦波，從而徹底消除了內(nèi) 反饋斬波調(diào)速控制器的電流諧波問題，去掉了體積龐大的高頻輸出濾波電容組，而且采用 高頻開關(guān)調(diào)制的三相電壓源逆變器有一個非常重要的能力即它不僅能夠控制相電流的幅 值，而且能夠控制電流的相位，這種能力使得它可以被用作有源無功補(bǔ)償裝置。由于需要提 供勵磁電流，異步電機(jī)的功率因數(shù)是比較低的(大致0. 8左右)，采用電壓源逆變器構(gòu)成的 轉(zhuǎn)差功率回饋式調(diào)速系統(tǒng)，可以進(jìn)行無功電流的補(bǔ)償，提供電機(jī)所需要的勵磁電流，實(shí)現(xiàn)電 機(jī)的功率因數(shù)為1。 5、設(shè)計合理，工作性能穩(wěn)定，各電路模塊間功能可靠且性能優(yōu)良。在其電機(jī)啟動過 程中假設(shè)電機(jī)初始速度為0且轉(zhuǎn)差率s = 1，從電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)流入電力電子變換器的電流為 0 ；此時，Boost整流器(即三相整流電路和升壓斬波電路)的輸入電壓為E2(轉(zhuǎn)子繞組最 大開路電壓)。啟動PWM逆變器工作，建立恒定的直流母線電壓。直流母線電壓必須高于轉(zhuǎn)
子繞組開路電壓的峰值即力五2。在直流母線電壓達(dá)到預(yù)設(shè)值以后，電動機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)接入的三
相晶閘管相控整流軟啟動器開始工作。而啟動方式則既可以選擇限電流軟啟，也可以是電 壓雙斜坡軟啟或者是突跳軟啟，可根據(jù)具體情況而定。以通常使用的是限電流軟啟來講，其 輸出電壓從零開始迅速增長，直到其輸出電流達(dá)到預(yù)先設(shè)定的電流限值Im，然后再保持輸 出電流小于Im的條件下逐漸升高電壓，直到額定電壓，使電動機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸升高，直到額定 轉(zhuǎn)速。這種啟動方式的優(yōu)點(diǎn)是啟動電流小，且可按需要調(diào)整起動電流限值(啟動電流的限 值必須根據(jù)電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩來設(shè)定，設(shè)置過小，將會使啟動失敗)，對電網(wǎng)影響小。在電機(jī) 達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后切除軟啟動器，同時接入boost整流器，對轉(zhuǎn)速進(jìn)行跟蹤控制。 在調(diào)速過程中本實(shí)用新型的控制主要針對斬波器(即升壓斬波電路)和逆變器 (即三相電壓源逆變器)。其中。并聯(lián)斬波器通過調(diào)節(jié)輸入電流來調(diào)整控制系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄?功率。斬波器輸出側(cè)直流電壓由PWM逆變器控制恒定，而Boost整流器用于控制電機(jī)轉(zhuǎn)速， 并將轉(zhuǎn)差功率傳遞到三相電壓源逆變器。電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的電壓隨著轉(zhuǎn)差率而不斷變化，通 過Boost整流器控制將電壓提高并由逆變器維持其不變。所以控制輸入電流時，調(diào)節(jié)IGBT 開關(guān)管的占空比即控制了升壓斬波器的輸出電流，進(jìn)而控制電動機(jī)的輸入功率，也即控制了轉(zhuǎn)速。對調(diào)速系統(tǒng)，斬波器輸入電壓會隨轉(zhuǎn)速給定的變化而改變。為了控制系統(tǒng)的有功 功率，其輸入轉(zhuǎn)速指令也必然會相應(yīng)的改變。所以快速的動態(tài)跟隨性是斬波器的重要指標(biāo)。三相電壓源逆變器(簡稱逆變器)的主要作用是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)差功率到電網(wǎng)的饋送和維 持母線電壓的恒定，同時，實(shí)現(xiàn)對功率因數(shù)的補(bǔ)償。所以對逆變器有兩個控制要求，其一要 求控制直流側(cè)電壓恒定，其二要求控制并網(wǎng)輸出電流諧波畸變(THD)小，且保持單位功率 因數(shù)(unity power factor)，以控制系統(tǒng)無功功率為零。當(dāng)然在必要的情況下，也應(yīng)可以向 電網(wǎng)發(fā)出需要的感性無功或容性無功。逆變器輸出的三相電流和電網(wǎng)的A相電壓被反饋到 控制器，將三相電流進(jìn)行Park矢量變換(3/2變換和旋轉(zhuǎn)變換，以電網(wǎng)A相電壓的相位作為 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換的相位角)，則得到d-q坐標(biāo)系下的電流分量，其中d軸電流表示饋送到電網(wǎng) 的有功電流，控制該電流可實(shí)現(xiàn)對電磁轉(zhuǎn)矩的控制，進(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速；而q軸表示饋送 到電網(wǎng)的無功電流，控制該電流可實(shí)現(xiàn)對無功功率的控制，進(jìn)而改善系統(tǒng)的功率因數(shù)。6、在電動機(jī)側(cè)采用三相晶閘管相控整流橋軟啟動器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的并電阻軟起方式， 有效地降低了電動機(jī)的啟動電流，其啟動電流僅為標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)硬啟動電流的50%，是高效電 動機(jī)硬啟動電流的20%。軟啟動的限流特性可有效限制浪涌電流，避免不必要的沖擊力矩 以及對配電網(wǎng)絡(luò)的電流沖擊，有效地減少線路刀閘和接觸器的誤觸發(fā)動作。對頻繁啟停的 電機(jī)，可有效控制電機(jī)的溫升，大大延長電機(jī)的壽命。7、升壓斬波電路采用了并聯(lián)多重化結(jié)構(gòu)，即用三組并聯(lián)的boost升壓斬波電路代 替?zhèn)鹘y(tǒng)的單組boost電路，使三組升壓電路分擔(dān)了原來一組升壓電路所承擔(dān)的系統(tǒng)電流， 從而減少了單個開關(guān)管的電流應(yīng)力以確保其運(yùn)行于安全區(qū)域，使現(xiàn)有的開關(guān)管可應(yīng)用于大 功率場合。同時，對多重化結(jié)構(gòu)采用三角載波錯相的調(diào)制方式更有效地抑制了高頻潛波，從 而等效的提高了系統(tǒng)開關(guān)頻率。綜上所述，本實(shí)用新型電路設(shè)計合理、接線方便且投資成本低、使用效果好、工作 性能穩(wěn)定，能有效解決傳統(tǒng)內(nèi)反饋斬波調(diào)速系統(tǒng)所存在的電流諧波過大、工作效率低、易出 現(xiàn)逆變顛覆等缺陷和不足。下面通過附圖和實(shí)施例，對本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
圖1為本實(shí)用新型的工作原理圖。圖2為本實(shí)用新型的電路框圖。圖3為本實(shí)用新型的電路原理圖。圖4為本實(shí)用新型升壓斬波電路的控制原理圖。圖5為本實(shí)用新型三相電壓源逆變器的控制原理圖。附圖標(biāo)記說明1-被調(diào)速電機(jī)； 2-電力電子變換器；2-1-三相整流電路；2-2-升壓斬波電路；2-3-三相電壓源逆變2_4_電流檢測單元一；器；2-5-電壓檢測單元2-61-電流互感器一 ；2_62_電流互感器二 ；一 ；2-7-高速編碼器；2-8-電壓檢測單元二 ；2_9_升壓斬波控制單[0040]元；2-10-逆變器控制單2-11-IGBT驅(qū)動單元2-12-IGBT驅(qū)動及保護(hù)元；一；單元二 ；2-13-濾波電路；3-升壓變壓器；4-高壓供電網(wǎng)；5-晶閘管相控整流電6-PWM信號發(fā)生器；7_電壓互感器。路；
具體實(shí)施方式
如圖1、圖2及圖3所示，本實(shí)用新型包括串接在被調(diào)速電機(jī)1轉(zhuǎn)子側(cè)的電力電子 變換器2和對電力電子變換器2所輸出的三相交流電壓進(jìn)行調(diào)整并反饋至高壓供電網(wǎng)4的 升壓變壓器3，所述升壓變壓器3的輸入輸出端分別與電力電子變換器2和高壓供電網(wǎng)4相 接。所述電力電子變換器2包括與被調(diào)速電機(jī)1的轉(zhuǎn)子繞組相串接的三相整流電路2-1、與 三相整流電路2-1相并接的升壓斬波電路2-2、與升壓斬波電路2-2相并接的三相電壓源 逆變器2-3、對三相整流電路2-1的輸出電流進(jìn)行實(shí)時檢測的電流檢測單元一 2-4、對被調(diào) 速電機(jī)1的轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時檢測的轉(zhuǎn)速檢測單元、根據(jù)所述轉(zhuǎn)速檢測單元和電流檢測單元一 2-4所檢測信號并結(jié)合預(yù)先給定的被調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速值對升壓斬波電路2-2進(jìn)行控制的升壓 斬波控制單元2-9、對升壓斬波電路2-2的輸出電壓進(jìn)行實(shí)時檢測的電壓檢測單元一 2-5、 對三相整流電路2-1所輸出的相電流進(jìn)行實(shí)時檢測的電流檢測單元二以及根據(jù)電壓檢測 單元一 2-5和所述電流檢測單元二所檢測信號并結(jié)合預(yù)先給定的直流母線電壓值對三相 電壓源逆變器2-3進(jìn)行控制的逆變器控制單2-10，三相電壓源逆變器2-3與升壓變壓器3 相接。所述轉(zhuǎn)速檢測單元和電流檢測單元一 2-4均接升壓斬波控制單元2-9，升壓斬波控制 單元2-9與升壓斬波電路2-2相接。所述電壓檢測單元一 2-5和所述電流檢測單元二均接 逆變器控制單元2-10，逆變器控制單元2-10與三相電壓源逆變器2-3相接。所述三相電壓源逆變器2-3與升壓變壓器3間接有濾波電路2-13，所述濾波電路 2-13相應(yīng)由電容C6、C7和C8以及電感L4、L5和L6組成。所述三相整流電路2_1為由六 個二極管組成的三相橋式整流電路，且組成三相橋式整流電路的六個二極管具體為二極管 D1-D6，所述三相橋式整流電路與被調(diào)速電機(jī)1間串接有交流接觸器KM1。同時，本實(shí)用新型 還包括對三相整流電路2-1的輸出電壓進(jìn)行實(shí)時檢測的電壓檢測單元二 2-8。所述電流檢 測單元二包括分別對三相整流電路2-1所輸出的a相電流和b相電流進(jìn)行實(shí)時檢測的電流 互感器一 2-61和電流互感器二 2-62。所述轉(zhuǎn)速檢測單元為高速編碼器2-7或轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳 感器。所述被調(diào)速電機(jī)1的軟啟動電路為晶閘管相控整流電路5，晶閘管相控整流電路5 與被調(diào)速電機(jī)1相接。所述晶閘管相控整流電路5為由6個晶閘管K11-K16組成的三相整 流電路，所述三相整流電路的正負(fù)輸出端之間串接有電阻Rl且所述三相整流電路與被調(diào) 速電機(jī)1間串接有交流接觸器KM3。所述被調(diào)速電機(jī)1與所述三相整流電路間串接有開關(guān) K1。結(jié)合圖4，本實(shí)施例中，所述升壓斬波電路2-2包括三組相并接的直流斬波電路， 三組直流斬波電路均由一個IGBT模塊一和一個正向?qū)ǖ亩O管一串接組成，且所述 IGBT模塊一與所述二極管一的串接點(diǎn)分別經(jīng)一個電感后與三相整流電路2-1的正輸出端相接，所述IGBT模塊一的源極與三相整流電路2-1的負(fù)輸出端相接，所述二極管一的陰極 為升壓斬波電路2-2的正輸出端。所述升壓斬波控制單元2-9分別與對所述IGBT模塊一 進(jìn)行驅(qū)動的IGBT驅(qū)動單元一 2-11相接，IGBT驅(qū)動單元一 2_11與所述IGBT模塊一相接。 所述升壓斬波控制單元2-9為PWM控制器。所述IGBT模塊一由一 IGBT管和一反并接在所 述IGBT管上的快速恢復(fù)二極管組成。三組直流斬波電路中的IGBT模塊一分別為IGBTl、IGBT2和IGBT3，三組直流斬波 電路中的二極管一分別分別為D7、D8和D9，其中IGBTl與D7相串接且二者的串接點(diǎn)經(jīng)電容 電感Ll后與三相整流電路2-1的正輸出端相接，IGBT2與D8相串接且二者的串接點(diǎn)經(jīng)電 容電感L2后與三相整流電路2-1的正輸出端相接，IGBT3與D8相串接且二者的串接點(diǎn)經(jīng) 電容電感L3后與三相整流電路2-1的正輸出端相接，二極管D7、D8和D9的陰極相接。同 時，三組直流斬波電路的正負(fù)輸出端上并接有極性電容Cl和普通電容C2。結(jié)合圖5，所述三相電壓源逆變器2-3由三組分別與升壓斬波電路2-2相并接的 串聯(lián)逆變電路組成，三組串聯(lián)逆變電路均由兩個IGBT模塊二串接組成且三組串聯(lián)逆變電 路中兩個IGBT模塊二間的串接點(diǎn)分別與升壓變壓器3的三相輸入端相接。所述逆變器控 制單元2-10分別與對所述IGBT模塊二進(jìn)行驅(qū)動和保護(hù)的IGBT驅(qū)動及保護(hù)單元二 2_12相 接，IGBT驅(qū)動及保護(hù)單元二 2-12與所述IGBT模塊二相接。本實(shí)施例中，三組所述串聯(lián)逆 變電路中相串接的兩個IGBT模塊二上均并接有一個補(bǔ)償電容。所述IGBT模塊二由一 IGBT 管和一反并接在所述IGBT管上的快速恢復(fù)二極管組成。所述逆變器控制單元2-10為PWM 控制器。三組串聯(lián)逆變電路中的IGBT模塊二分別為IGBT4、IGBT5、IGBT6、IGBT7、IGBT8和 IGBT9，且三組串聯(lián)逆變電路中的補(bǔ)償電容分別為電容C3、C4和C5，其中IGBT4和IGBT5相 串接且并接有補(bǔ)償電容C3，IGBT6和IGBT7相串接且并接有補(bǔ)償電容C4，IGBT8和IGBT9相 串接且并接有補(bǔ)償電容C5。IGBT4和IGBT5間的串接點(diǎn)、IGBT6和IGBT7間的串接點(diǎn)以及 IGBT8和IGBT9間的串接點(diǎn)分別為三相電壓源逆變器2_3所輸出三相交流電的abc三相輸 出端。同時，還包括對三相電壓源逆變器2-3所輸出三相電的相電壓進(jìn)行實(shí)時檢測的電壓 互感器7。以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對本實(shí)用新型作任何限制，凡是根 據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍 屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
9
權(quán)利要求一種轉(zhuǎn)差功率回饋式大功率中高壓異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于包括串接在被調(diào)速電機(jī)(1)轉(zhuǎn)子側(cè)的電力電子變換器(2)和對電力電子變換器(2)所輸出的三相交流電壓進(jìn)行調(diào)整并反饋至高壓供電網(wǎng)(4)的升壓變壓器(3)，所述升壓變壓器(3)的輸入輸出端分別與電力電子變換器(2)和高壓供電網(wǎng)(4)相接；所述電力電子變換器(2)包括與被調(diào)速電機(jī)(1)的轉(zhuǎn)子繞組相串接的三相整流電路(2 1)、與三相整流電路(2 1)相并接的升壓斬波電路(2 2)、與升壓斬波電路(2 2)相并接的三相電壓源逆變器(2 3)、對三相整流電路(2 1)的輸出電流進(jìn)行實(shí)時檢測的電流檢測單元一(2 4)、對被調(diào)速電機(jī)(1)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時檢測的轉(zhuǎn)速檢測單元、根據(jù)所述轉(zhuǎn)速檢測單元和電流檢測單元一(2 4)所檢測信號并結(jié)合預(yù)先給定的被調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速值對升壓斬波電路(2 2)進(jìn)行控制的升壓斬波控制單元(2 9)、對升壓斬波電路(2 2)的輸出電壓進(jìn)行實(shí)時檢測的電壓檢測單元一(2 5)、對三相整流電路(2 1)所輸出的相電流進(jìn)行實(shí)時檢測的電流檢測單元二以及根據(jù)電壓檢測單元一(2 5)和所述電流檢測單元二所檢測信號并結(jié)合預(yù)先給定的直流母線電壓值對三相電壓源逆變器(2 3)進(jìn)行控制的逆變器控制單元(2 10)，三相電壓源逆變器(2 3)與升壓變壓器(3)相接；所述轉(zhuǎn)速檢測單元和電流檢測單元一(2 4)均接升壓斬波控制單元(2 9)，升壓斬波控制單元(2 9)與升壓斬波電路(2 2)相接；所述電壓檢測單元一(2 5)和所述電流檢測單元二均接逆變器控制單元(2 10)，逆變器控制單元(2 10)與三相電壓源逆變器(2 3)相接。
2.按照權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)差功率回饋式大功率中高壓異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在 于所述升壓斬波電路(2-2)包括三組相并接的直流斬波電路，三組直流斬波電路均由一 個IGBT模塊一和一個正向?qū)ǖ亩O管一串接組成，且所述IGBT模塊一與所述二極管一 的串接點(diǎn)分別經(jīng)一個電感后與三相整流電路(2-1)的正輸出端相接，所述IGBT模塊一的源 極與三相整流電路(2-1)的負(fù)輸出端相接，所述二極管一的陰極為升壓斬波電路(2-2)的 正輸出端；升壓斬波控制單元(2-9)分別與對所述IGBT模塊一進(jìn)行驅(qū)動的IGBT驅(qū)動單元 一 (2-11)相接，IGBT驅(qū)動單元一(2-11)與所述IGBT模塊一相接。
3.按照權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)差功率回饋式大功率中高壓異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在 于所述升壓斬波控制單元(2-9)為PWM控制器。
4.按照權(quán)利要求1、2或3所述的轉(zhuǎn)差功率回饋式大功率中高壓異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其 特征在于所述三相電壓源逆變器(2-3)由三組分別與升壓斬波電路(2-2)相并接的串聯(lián) 逆變電路組成，三組串聯(lián)逆變電路均由兩個IGBT模塊二串接組成且三組串聯(lián)逆變電路中 兩個IGBT模塊二間的串接點(diǎn)分別與升壓變壓器(3)的三相輸入端相接；所述逆變器控制單 元(2-10)分別與對所述IGBT模塊二進(jìn)行驅(qū)動和保護(hù)的IGBT驅(qū)動及保護(hù)單元二(2_12)相 接，IGBT驅(qū)動及保護(hù)單元二(2-12)與所述IGBT模塊二相接。
5.按照權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)差功率回饋式大功率中高壓異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在 于三組所述串聯(lián)逆變電路中相串接的兩個IGBT模塊二上均并接有一個補(bǔ)償電容。
6.按照權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)差功率回饋式大功率中高壓異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在 于所述逆變器控制單元(2-10)為PWM控制器。
7.按照權(quán)利要求1、2或3所述的轉(zhuǎn)差功率回饋式大功率中高壓異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其 特征在于所述三相電壓源逆變器(2-3)與升壓變壓器(3)間接有濾波電路(2-13)。
8.按照權(quán)利要求1、2或3所述的轉(zhuǎn)差功率回饋式大功率中高壓異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于所述三相整流電路(2-1)為由六個二極管組成的三相橋式整流電路。
9.按照權(quán)利要求1、2或3所述的轉(zhuǎn)差功率回饋式大功率中高壓異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)， 其特征在于還包括對三相整流電路(2-1)的輸出電壓進(jìn)行實(shí)時檢測的電壓檢測單元二 (2-8)；所述電流檢測單元二包括分別對三相整流電路(2-1)所輸出的a相電流和b相電流 進(jìn)行實(shí)時檢測的電流互感器一(2-61)和電流互感器二(2-62)；所述轉(zhuǎn)速檢測單元為高速 編碼器(2-7)或轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器。
10.按照權(quán)利要求1、2或3所述的轉(zhuǎn)差功率回饋式大功率中高壓異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其 特征在于所述被調(diào)速電機(jī)(1)的軟啟動電路為晶閘管相控整流電路(5)，晶閘管相控整流 電路(5)與被調(diào)速電機(jī)⑴相接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種轉(zhuǎn)差功率回饋式大功率中高壓異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，包括串接在被調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的電力電子變換器和對電力電子變換器所輸出的三相交流電壓進(jìn)行調(diào)整并反饋至高壓供電網(wǎng)的升壓變壓器；所述電力電子變換器包括三相整流電路、與三相整流電路相并接的升壓斬波電路、與升壓斬波電路相并接的三相電壓源逆變器、對升壓斬波電路進(jìn)行控制的升壓斬波控制單元和對三相電壓源逆變器進(jìn)行控制的逆變器控制單元。本實(shí)用新型電路設(shè)計合理、接線方便且投資成本低、使用效果好、工作性能穩(wěn)定，能有效解決傳統(tǒng)內(nèi)反饋斬波調(diào)速系統(tǒng)所存在的電流諧波過大、工作效率低、易出現(xiàn)逆變顛覆等缺陷和不足。
文檔編號H02P25/16GK201656905SQ20102016239
公開日2010年11月24日 申請日期2010年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月16日
發(fā)明者張育團(tuán), 張穎, 曾翔君 申請人:西安新興自動控制電器有限公司