電機運行中三相交交變頻器容錯運行裝置及方法
【專利摘要】一種電機運行中三相交交變頻器容錯運行裝置及方法，屬于變頻器容錯運行方法。裝置包括三個單相交交變頻電路構(gòu)成的三相交交變頻電路，容錯部分包括三個開關(guān)，每個開關(guān)連接三相交流電機出線端口和三相交交變頻星形聯(lián)結(jié)電路中點；在一組單相交交變頻器故障切除后，用非故障的兩組單相交交變頻器保證電機正常運行；當(dāng)某一組單相交交變頻器發(fā)生故障時，閉合相應(yīng)開關(guān)切除這組交交變頻器，將該相電機繞組直接連接到變頻器中點；使用非故障的兩組單相交交變頻器代替三相交交變頻器，使電機三相繞組上保持三相對稱正弦波。通過調(diào)整非故障的兩組單相交交變頻器的觸發(fā)延遲角，使電機三相繞組上保持三相對稱正弦波，保證電機在變頻器故障下的正常運行。
【專利說明】電機運行中三相交交變頻器容錯運行裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種變頻器及容錯運行裝置及方法，特別是一種電機運行中三相交交 變頻器容錯運行裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在交流電機控制系統(tǒng)中，三相交交變頻電路廣泛應(yīng)用于大功率交流電動機調(diào)速系 統(tǒng)。主要用于500kW或1000kW以上的大功率、低轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速電路中，在軋鋼、礦山、卷 揚、船舶推進、水泥、風(fēng)洞等傳動領(lǐng)域取得很大的經(jīng)濟效益。既可以用于異步電機傳動，也可 以用于同步電機傳動中。但是在實際運行中，三相交交變頻器的接線十分復(fù)雜，晶閘管的數(shù) 目也較多，易出現(xiàn)故障。交交變頻器的故障會導(dǎo)致輸出波形畸變，使得電機無法正常運轉(zhuǎn)， 會導(dǎo)致經(jīng)濟的嚴(yán)重受損，更可能危及生命安全。
[0003] 晶閘管交交變頻電路，又被稱作周波變流器。交交變頻電路可以將電網(wǎng)頻率的交 流電直接變化成可調(diào)頻率的交流電的變流電路，屬于直接變頻電路。三相交交變頻電路主 要應(yīng)用于大功率交流電動機調(diào)速系統(tǒng)，該電路是由三相輸出電壓各差120°的單相交交變 頻電路組成。交交變頻傳動技術(shù)由德國西門子公司在20世紀(jì)60年代開發(fā)，在大容量傳動 領(lǐng)域迅速發(fā)展。國內(nèi)交交變頻技術(shù)的發(fā)展從70年代開始，到90年代才取得長足發(fā)展。交 交變頻器存在的缺點有：三相交交變頻器電路接線復(fù)雜，所用晶閘管數(shù)量較多；輸入功率 因數(shù)較低，需要進行適當(dāng)?shù)难a償；輸入電流諧波含量大，頻譜復(fù)雜等。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種電機運行中三相交交變頻器容錯運行裝置及方法，解決 在三相交交變頻器運行過程中，晶閘管故障導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常運行的技術(shù)問題。
[0005] 為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：本發(fā)明包括三相交交 變頻器容錯運行裝置及方法；
[0006] 裝置包括三個單相交交變頻電路構(gòu)成的三相交交變頻電路和容錯電路；所述的三 相交交變頻電路采用星形聯(lián)結(jié)方式；所述的容錯電路包括三個開關(guān)，三個開關(guān)的一端分別 連接在三相交流電機出線端口，另一端連接在三相交交變頻電路星形聯(lián)結(jié)電路的中點；當(dāng) 某一組單相交交變頻器發(fā)生故障時，閉合相應(yīng)開關(guān)切除這組交交變頻器，并將該相電機繞 組直接連接到變頻器中點；使用非故障的兩組單相交交變頻器代替三相交交變頻器，在一 組單相交交變頻器故障切除后，用非故障的兩組單相交交變頻器保證電機正常運行；使電 機三相繞組上保持三相對稱正弦波。
[0007] 容錯運行方法包括：將故障的單相交交變頻器切除，使用沒有故障的兩相交交變 頻電路維持電機的正常運行；具體步驟如下：
[0008] 第一步，得到故障所在的單相交交變頻器；將故障相對應(yīng)的開關(guān)閉合，使整個故障 相被短路切除；此時，故障相所連接的電機端口直接和星形聯(lián)結(jié)的中點連接到一起；
[0009] 第二步，調(diào)整非故障兩相交交變頻器的觸發(fā)脈沖，使非故障的兩相輸出互差60° 的電壓波形，在電機三相負(fù)載上可以形成互差120°的電壓。
[0010] 有益效果，由于采用了上述方案，在三相交交變頻電路出現(xiàn)故障時，通過調(diào)整兩相 非故障交交變頻器的工作角度，能夠用非故障兩相維持正常運行，實現(xiàn)電機的正常運轉(zhuǎn)。
[0011] 檢測到某一組單相交交變頻器發(fā)生故障后，通過閉合開關(guān)切除這組交交變頻器， 一組單相交交變頻器故障相被切除后，用非故障的兩組單相交交變頻器保證電機正常運 行；負(fù)載采用星形聯(lián)接的交交變頻電路，交流電機三相繞組分別通過開關(guān)與三相交交變頻 器中點連接；通過調(diào)整非故障的兩組單相交交變頻器的觸發(fā)延遲角，可以使電機三相繞組 上保持三相對稱正弦波，保證電機在變頻器故障下的正常運行。
[0012] 本發(fā)明建立在原有的三相交交變頻器之上，結(jié)構(gòu)簡單實現(xiàn)容易，在單相交交變頻 器故障時能夠迅速轉(zhuǎn)化成兩相交交變頻器，保證了負(fù)載的運行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖la為星形聯(lián)結(jié)方式三相交交變頻電路簡要原理圖。
[0014] 圖lb為星形聯(lián)結(jié)方式三相交交變頻電路詳細(xì)原理圖
[0015] 圖2為單相交交變頻電路原理圖。
[0016] 圖3a為本發(fā)明采用的三相交交變頻容錯運行原理圖。
[0017] 圖3b為圖3a三相交交變頻電路的開關(guān)閉合后等效電路圖。
[0018] 圖4a為C相故障時的容錯簡化等效電路圖。
[0019] 圖4b為C相故障時開關(guān)S3閉合的等效電路圖。

【具體實施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作進一步的說明：
[0021] 所述容錯運行裝置包括三個單相交交變頻電路構(gòu)成的三相交交變頻電路和容錯 電路；所述的三相交交變頻電路采用星形聯(lián)結(jié)方式；所述的容錯電路包括三個開關(guān)，三個 開關(guān)的一端分別連接在三相交流電機出線端口，另一端連接在三相交交變頻電路星形聯(lián)結(jié) 電路的中點；當(dāng)某一組單相交交變頻器發(fā)生故障時，閉合相應(yīng)開關(guān)切除這組交交變頻器，并 將該相電機繞組直接連接到變頻器中點；使用非故障的兩組單相交交變頻器代替三相交交 變頻器，在一組單相交交變頻器故障切除后，用非故障的兩組單相交交變頻器保證電機正 常運行；使電機三相繞組上保持三相對稱正弦波。
[0022] 所述的容錯運行方法是：將故障的單相交交變頻器切除，使用沒有故障的兩相交 交變頻電路維持電機的正常運行；具體步驟如下：
[0023] 第一步，得到故障所在的單相交交變頻器；將故障相對應(yīng)的開關(guān)閉合，使整個故障 相被短路切除；此時，故障相所連接的電機端口直接和星形聯(lián)結(jié)的中點連接到一起；
[0024] 第二步，調(diào)整非故障兩相交交變頻器的觸發(fā)脈沖，使非故障的兩相輸出互差60° 的電壓波形，在電機三相負(fù)載上可以形成互差120°的電壓。
[0025] 實施例1 :為三相交交變頻器的電路原理圖。三相交交變頻電路是由三相輸出電 壓相位各差120°的單相交交變頻電路組成的，采用輸出星形聯(lián)結(jié)方式，如圖l(a、b)為三 相交交變頻輸出星形聯(lián)結(jié)接線原理圖，圖la為簡圖，圖lb為詳圖。從圖中可以看出，星形 聯(lián)結(jié)方式下，三組單相交交變頻電路的輸出端使用的是星形聯(lián)結(jié)方式，并且，電動機的三相 繞組也使用的是星形聯(lián)結(jié)。電機三相繞組的中點不和三相交交變頻器的中點連接，且三組 單相交交變頻器分別由三個變壓器供電。
[0026] 交流電機三相負(fù)載的出線端分別通過開關(guān)連接到三組單相交交變頻器的星形結(jié) 點上，當(dāng)其中一相交交變頻器發(fā)生故障時，將該相對應(yīng)的開關(guān)閉合，把該相交交變頻器切 除，通過改變剩余兩組單相交交變頻器的工作方式使輸出仍為正弦波形。
[0027] 單相交交變頻電路由P組和N組反并聯(lián)的晶閘管變流電路構(gòu)成。P組和N組都屬 于相控整流電路，P組工作時產(chǎn)生正向電流，N組工作時產(chǎn)生反向電流。當(dāng)P組與N組按一 定頻率交替時，就能輸出這個頻率的交流電。改變P組與N組的切換頻率就能改變輸出頻 率，改變電路工作的觸發(fā)延遲角a就能改變輸出電壓幅值。
[0028] 通過不斷改變觸發(fā)延時角a可以使交交變頻電路的輸出電壓波形基本為正弦 波，控制觸發(fā)延時角a的方法有很多，例如余弦交點法、移相原理控制法、鎖相法等。由于 余弦交點法在特性上最優(yōu)，輸出諧波含量小，因此本發(fā)明采用的是余弦交點法。
[0029] 設(shè)觸發(fā)延遲角為a時，變流電路的輸出電壓為：

【權(quán)利要求】
1. 一種電機運行中三相交交變頻器容錯運行裝置，其特征是：包括三個單相交交變頻 電路構(gòu)成的三相交交變頻電路和容錯電路；所述的三相交交變頻電路采用星形聯(lián)結(jié)方式； 所述的容錯電路包括三個開關(guān)，三個開關(guān)的一端分別連接在三相交流電機出線端口，另一 端連接在三相交交變頻電路星形聯(lián)結(jié)電路的中點；當(dāng)某一組單相交交變頻器發(fā)生故障時， 閉合相應(yīng)開關(guān)切除這組交交變頻器，并將該相電機繞組直接連接到變頻器中點；使用非故 障的兩組單相交交變頻器代替三相交交變頻器，在一組單相交交變頻器故障切除后，用非 故障的兩組單相交交變頻器保證電機正常運行；使電機三相繞組上保持三相對稱正弦波。
2. -種權(quán)利要求1所述裝置的電機運行中三相交交變頻器容錯運行方法，其特征是： 將故障的單相交交變頻器切除，使用沒有故障的兩相交交變頻電路維持電機的正常運行； 具體步驟如下： 第一步，得到故障所在的單相交交變頻器；將故障相對應(yīng)的開關(guān)閉合，使整個故障相被 短路切除；此時，故障相所連接的電機端口直接和星形聯(lián)結(jié)的中點連接到一起； 第二步，調(diào)整非故障兩相交交變頻器的觸發(fā)脈沖，使非故障的兩相輸出互差60°的電 壓波形，在電機三相負(fù)載上可以形成互差120°的電壓。
【文檔編號】H02P27/16GK104378045SQ201410753859
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月10日
【發(fā)明者】戴鵬, 伍小杰, 公錚, 郭國勝, 於靜, 張雷, 鄭遵宇, 朱信威, 徐楠, 呂彥 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)