專利名稱：用于工業(yè)設(shè)備的,尤其是用于原材料工業(yè)設(shè)備的驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于工業(yè)設(shè)備的，尤其是用于原材料工業(yè)設(shè)備的驅(qū)動裝置，它具有至少一臺電動機和至少一個帶有電壓中間電路的換流器。
大功率的轉(zhuǎn)速可變的驅(qū)動器及其換流器會對向其饋電的電源網(wǎng)施加大量的電流諧波。故在采用這種驅(qū)動器時必須為其換流器設(shè)置昂貴的濾波電路，以便減少該諧波。已知可以采用帶有可斷路的大功率半導(dǎo)體的自動控制的整流器減少諧波分量。但當(dāng)脈沖頻率過低時，尤其是脈沖頻率向下降低到向驅(qū)動裝置饋電的交流電網(wǎng)的基波振蕩時，自動控制的整流器常常不能把諧波減少到所要求的程度。而且在采取此解決方案時也還需要采用昂貴的濾波電路。此類問題尤其出現(xiàn)在軋機機座的驅(qū)動器中。
本發(fā)明的目的在于提供一種驅(qū)動裝置，其中被饋入電源網(wǎng)的諧波將減少。其中將力求與已知具有低諧波分量的驅(qū)動裝置相比成本低廉地設(shè)計出驅(qū)動裝置。
本發(fā)明的目的是通過權(quán)利要求1所述的驅(qū)動裝置來實現(xiàn)的。據(jù)此，對換流器的中間電路電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便旨在最佳化地最大限度地減少由驅(qū)動裝置造成的在交流電源網(wǎng)中的諧波。其中背離有關(guān)用于工業(yè)設(shè)備的換流器工作的基本教導(dǎo)，將中間電路電壓調(diào)節(jié)到一個恒定值，該恒定值在必要時可相對于接在換流器上的電動機所需的有效功率輸入進(jìn)行調(diào)整。已經(jīng)令人驚奇地發(fā)現(xiàn)通過背離有關(guān)用于工業(yè)設(shè)備驅(qū)動器的換流器工作的基本準(zhǔn)則，將會大幅地減少諧波分量。此點尤其適用于其數(shù)量級為交流電源網(wǎng)基波振蕩一倍至五倍的低接通頻率的情況。
按照本發(fā)明的有益的設(shè)計，根據(jù)交流電源網(wǎng)電壓的測量值對換流器中間電路電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，使由驅(qū)動裝置造成的、在交流電源網(wǎng)中的諧波被最佳化和/或最小化。其中如果某些諧波的最小化需要忍受某些其它的諧波，則諧波的最小化偏離其最佳化。事實證明，根據(jù)交流電源網(wǎng)的電壓，尤其是根據(jù)交流電源網(wǎng)的有效電壓，旨在最大限度地減少由驅(qū)動裝置造成的在交流電源網(wǎng)中的諧波來進(jìn)行換流器中間電路電壓的調(diào)節(jié)是有益的。為此宜設(shè)置一個用于測量交流電源網(wǎng)電壓的，尤其是有效電壓的測量裝置。在采用多個本發(fā)明的裝置時，宜僅設(shè)置唯一一個測量裝置，所有本發(fā)明的驅(qū)動裝置都可以對其信息進(jìn)行存取。
在本發(fā)明的另一有益的設(shè)計中，驅(qū)動裝置具有一個中間電路電壓-計算單元，該計算單元根據(jù)交流電源網(wǎng)的電壓計算出中間電路電壓。
本發(fā)明的驅(qū)動裝置特別有益地適用于功率范圍為1-20兆瓦，較為有益的是2-10兆瓦或者就沖擊負(fù)載而言功率范圍為2-30兆瓦，最好為4-20兆瓦的驅(qū)動器。
另外本發(fā)明的驅(qū)動裝置經(jīng)證明特別有益的是與三相交流電動機串聯(lián)，即采用三相交流電動機具有開路繞組的電路連接方式，由換流器從兩側(cè)向開路繞組饋電。
另外本發(fā)明的驅(qū)動系統(tǒng)特別宜于驅(qū)動軋機機列的軋機機座。
另外本發(fā)明的驅(qū)動裝置的換流器可以設(shè)計成風(fēng)冷換流器。
下面將對照附圖并結(jié)合本發(fā)明的實施例對本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)點和細(xì)節(jié)加以說明。附圖中

圖1示出本發(fā)明的驅(qū)動裝置；圖2示出中間電路電壓計算裝置；圖3示出用于推算最佳調(diào)節(jié)系數(shù)的特性曲線；圖4示出向三相交流電動機饋電的換流器裝置，所述換流器裝置的分換流器在電源側(cè)和電機側(cè)三點連接；圖5示出用于從兩側(cè)向具有開路繞組的三相交流電動機饋電的換流器裝置，所述換流器裝置的分換流器成三點連接；圖6示出在軋機中采用本發(fā)明的驅(qū)動裝置。
圖1示出本發(fā)明的驅(qū)動裝置。其中通過一換流器和一變壓器2或扼流圈由交流電源網(wǎng)1向三相交流電動機6供電。換流器具有一個自動控制的、帶有可斷路控制的大功率半導(dǎo)體的整流器3、一個直流電壓中間電路4，其中間電路電壓UZK由整流器3進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，以及一個用于調(diào)節(jié)三相交流電動機6的自動控制的振動子換流器5。利用一調(diào)節(jié)裝置9對自動控制的整流器3進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而根據(jù)預(yù)給定的額定值U*ZK調(diào)節(jié)中間電路電壓UZK。利用中間電路電壓-計算裝置8計算出中間電路額定電壓U*ZK，中間電路電壓-計算裝置根據(jù)交流電源網(wǎng)1的交流電壓求出中間電路額定電壓U*ZK。為此，本發(fā)明的驅(qū)動裝置宜具有一個測量裝置7，該測量裝置用于測量交流電源網(wǎng)1的相間電壓的有效值Unetz eff。
圖2為中間電路電壓-計算裝置8的詳圖?？紤]到畸變因數(shù)，即輸入電流Inetz的諧波分量(參見圖1)，將用于預(yù)給定最佳調(diào)節(jié)系數(shù)的調(diào)節(jié)系數(shù)預(yù)給定11初始信號乘以常數(shù)√6/π。將交流電源網(wǎng)的有效電壓Unetz eff除以此值。但根據(jù)有益的設(shè)計，交流電源網(wǎng)有效電壓Unetz eff的變化速度首先要由變化限制器10進(jìn)行限制。預(yù)給定的最低中間電路電壓UZKmin應(yīng)使自動控制的換流器S(參見圖1)可以將足夠大的有效功率輸出給三相交流電動機6。預(yù)給定的最高中間電路電壓UZKmax應(yīng)使自動控制的整流器3和自動控制的振動子換流器5(參見圖1)的大功率半導(dǎo)體不致受到損傷。除法器13的輸出信號被輸送給限制器14，限制器的極限值是最高中間電路電壓UZKmax和最低中間電路電壓UZKmin。限制器14的輸出信號是額定中間電路電壓U*ZK。
圖3示出交流電源網(wǎng)畸變因數(shù)16與自動控制的整流器的調(diào)節(jié)系數(shù)15的關(guān)系曲線。自動控制的整流器的調(diào)節(jié)系數(shù)是由整流器3在變壓器2次級側(cè)產(chǎn)生的電壓的基波振蕩峰值與由整流器3產(chǎn)生的該電壓的最大基波振蕩峰值的比。對各種用于調(diào)節(jié)自動控制的整流器3的半導(dǎo)體的脈沖圖形，都有一個最佳調(diào)節(jié)系數(shù)Aopt，對應(yīng)于該調(diào)節(jié)系數(shù)電源電壓畸變因數(shù)16幾乎最小。調(diào)節(jié)系數(shù)和中間電路電壓UZK相互具有一定的比例，該比例取決于電源電壓的有效值。所以對中間電路電壓UZK的調(diào)節(jié)應(yīng)使在實時存在的電源電壓有效值的情況下發(fā)現(xiàn)最佳的調(diào)節(jié)系數(shù)Aopt。
圖4示出一用于向三相交流電動機饋電的換流器裝置，其中電源側(cè)的分換流器33和電機側(cè)的帶有閘門電路斷開開關(guān)的分換流器在三點電路中分別以相同的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。圖中分別示出具有其布線網(wǎng)絡(luò)40或41的相組件的主電流電路。分換流器33和34分別由三個這樣的帶有布線網(wǎng)絡(luò)的相組件構(gòu)成。P側(cè)的中間電路電容器37與N側(cè)的中間電路電容器39共同構(gòu)成直流電壓中間電路，通過比中間電路兩個分換流器連接在一起。P側(cè)布線反向電阻36和N側(cè)布線反向電阻38與布線網(wǎng)絡(luò)40或41的某側(cè)連接。
電源側(cè)的分換流器33在輸入側(cè)通過變壓器31和大功率開關(guān)32與電源30連接。電機側(cè)的分換流器34在輸出側(cè)與三相交流電動機35連接。
在如圖5所示的配置中，第一換流器74和第二換流器75的輸出端分別與三相交流電動機73開路三相繞組的一側(cè)71和72連接。通過采用此配置，除功率倍增外還實現(xiàn)了特別有益的工作特性，這是因為以遵照調(diào)諧的脈沖方法為前提，即便在閘門電路斷開(GTO)開關(guān)低的開關(guān)頻率的情況下也能在很大程度上實現(xiàn)在電動機中具有低諧波分量的正弦電流特性曲線。
第一換流器74在電源側(cè)通過一選用的電源側(cè)的附加電感63和一第一變壓器61例如采用星形/三角形接法與電源網(wǎng)60連接。第二換流器75通過一選用的電源側(cè)的附加電感64和一第二變壓器62對應(yīng)于第一變壓器61宜相移30°(例如星形/星形連接)與電源網(wǎng)60連接。通過采用此配置，尤其是在本實施例中換流器由三點電路中的分換流器構(gòu)成的情況下，在電源上實現(xiàn)了特別有利的用電器對電網(wǎng)的反作用。其中甚至在自動控制的交流換流器的基波振蕩頻率的情況下也會實現(xiàn)具有非常小的諧波分量的正弦電流特性曲線。
兩個換流器74和75分別具有電源側(cè)的分換流器66或65和電機側(cè)的分換流器69或70，該電源側(cè)的分換流器和電機側(cè)的分換流器分別通過一直流電壓中間電路67或68連接在一起。兩個直流電壓中間電路67或68被相互電氣分隔開。所有的分換流器66、65、69、70以三點電路，優(yōu)選采用阻容-閘門電路斷開開關(guān)加以實現(xiàn)。
圖6示出本發(fā)明的驅(qū)動裝置在軋機中的應(yīng)用。軋制材料103在由電動機99、100、101、102驅(qū)動的軋機機座104、105、106、107中被軋制。由電源90分別通過一個變壓器91、92、93、94和一個換流器95、96、97、98向電動機99、100、101、102饋電。換流器95、96、97、98具有一個帶調(diào)節(jié)9的整流器3、一個電壓中間電路4、一個自動控制的振動子換流器5、一個中間電路電壓-計算裝置8以及一個選用的測量裝置7。在對此的改型設(shè)計中，采用一個測量裝置7，其測量值被輸送給所有的驅(qū)動裝置。
在功率較大時，對于所述的變壓器91、92、93、94，換流器95、96、97、98和電動機99、100、101、102分別采用圖5所示的具有兩個變壓器、兩個換流器和開路電動機繞組的電路。
權(quán)利要求
1.一種用于工業(yè)設(shè)備部件，尤其是用于原材料工業(yè)設(shè)備部件的驅(qū)動裝置，其具有至少一個電動機和至少一個帶有電壓中間電路的換流器，通過此電壓中間電路該電動機與一個交流電源網(wǎng)連接，其中換流器根據(jù)交流電源網(wǎng)對電動機的有效功率輸入或轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，其特征在于，設(shè)計的驅(qū)動裝置可對中間電路電壓(UZK)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而旨在最佳化地最大限度地減少在交流電源網(wǎng)(1)中由驅(qū)動裝置造成的諧波。
2.按照權(quán)利要求1所述的驅(qū)動裝置，其特征在于，根據(jù)交流電源網(wǎng)(1)電壓的測量值對中間電路電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而旨在最佳化地最大限度地減少在交流電源網(wǎng)(1)中的由驅(qū)動裝置造成的諧波。
3.按照權(quán)利要求2所述的驅(qū)動裝置，其特征在于，該驅(qū)動裝置具有一個中間電路電壓-計算裝置(8)，所述計算裝置根據(jù)交流電源網(wǎng)(1)的電壓計算出有利的中間電路電壓額定值。
4.按照權(quán)利要求1、2或3中任一項所述的驅(qū)動裝置，其特征在于，所述換流器具有大功率半導(dǎo)體，利用調(diào)節(jié)裝置(9)對大功率半導(dǎo)體進(jìn)行調(diào)節(jié)及控制。
5.按照權(quán)利要求1、2、3或4中任一項所述的驅(qū)動裝置，其特征在于，該驅(qū)動裝置具有一個測量裝置(7)，所述測量裝置用于對交流電源網(wǎng)(1)的電壓，尤其是有效電壓(Unetz eff)的測量。
6.按照上述任一項權(quán)利要求所述的驅(qū)動裝置，其特征在于，所述換流器為與直流電壓中間電路三點連接的換流器。
7.按照權(quán)利要求1至5中任一項所述的驅(qū)動裝置，其特征在于，所述換流器為與直流電壓中間電路n點連接的換流器，其中n優(yōu)選為2或3，但也可以取直至10的整數(shù)值。
8.按照權(quán)利要求1至7中任一項所述的驅(qū)動裝置，其特征在于，可斷路的大功率半導(dǎo)體為GTO′s，即閘門電路斷開開關(guān)。
9.按照權(quán)利要求1至8中任一項所述的驅(qū)動裝置，其特征在于，所述換流器具有可斷路的大功率半導(dǎo)體，該大功率半導(dǎo)體為MCT′s，即金屬氧化物半導(dǎo)體控制的半導(dǎo)體開關(guān)元件。
10.按照權(quán)利要求1至7中任一項所述的驅(qū)動裝置，其特征在于，所述換流器具有可斷路的大功率半導(dǎo)體，該大功率半導(dǎo)體為大功率晶體管，尤其是IGBT′s，即絕緣柵雙極晶體管。
11.按照權(quán)利要求1至10中一項或多項所述的驅(qū)動裝置，其特征在于，所述可斷路的大功率半導(dǎo)體被設(shè)計成反向?qū)ā?br> 12.一種軋機機列，其具有一個或多個軋機機座(104、105、106、107)，用于軋制材料(103)，尤其是用于軋制軋鋼帶，其中至少一個軋機座采用一個按照上述任一項權(quán)利要求所述的驅(qū)動裝置進(jìn)行驅(qū)動。
13.按照權(quán)利要求12所述的軋機機列，其特征在于，對多個軋機機座，尤其是所有的軋機機座(104、105、106、107)采用一個按照權(quán)利要求1至11中任一項所述的驅(qū)動裝置進(jìn)行驅(qū)動。
14.采用按照權(quán)利要求12或13所述的一個軋機機列軋鋼的方法，其特征在于，對一個或多個軋機機座的驅(qū)動裝置的換流器的中間電路電壓進(jìn)行調(diào)整，從而旨在最佳化地最大限度地減少由驅(qū)動裝置造成的在交流電源網(wǎng)中的諧波。
15.一種鋼材，其特征在于，該鋼材按照權(quán)利要求14所述的方法進(jìn)行軋制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于工業(yè)設(shè)備部件,尤其是用于原材料工業(yè)設(shè)備部件的驅(qū)動裝置,它具有至少一臺電動機和至少一個帶有電壓中間電路的換流器,電動機通過該電壓中間電路與交流電源網(wǎng)進(jìn)行連接,其中根據(jù)交流電源網(wǎng),換流器對電動機的有效功率輸入或轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。
文檔編號H02P5/74GK1246218SQ98802208
公開日2000年3月1日 申請日期1998年1月21日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月4日
發(fā)明者羅爾夫－迪特爾·克勞格, 西奧多·薩爾茲曼 申請人:西門子公司