CN100344057C - 用于工业设备的,尤其是用于原材料工业设备的驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于工业设备部件，尤其是用于原材料工业设备部件的驱动装置，它具有至少一台电动机和至少一个带有电压中间电路的换流器，电动机通过该电压中间电路与交流电源网进行连接，其中根据交流电源网，换流器对电动机的有效功率输入或转矩和转速进行调节。

Description

用于工业设备的，尤其是用于原材料工业设备的驱动装置
技术领域
本发明涉及一种用于工业设备的，尤其是用于原材料工业设备的驱动装置，它具有至少一台电动机和至少一个带有电压中间电路的换流器。
背景技术
大功率的转速可变的驱动器及其换流器会对向其馈电的电源网施加大量的电流谐波。故在采用这种驱动器时必须为其换流器设置昂贵的滤波电路，以便减少该谐波。已知可以采用带有可断路的大功率半导体的自引导的整流器减少谐波分量。但当脉冲频率过低时，尤其是脉冲频率向下降低到向驱动装置馈电的交流电网的基波振荡时，自引导的整流器常常不能把谐波减少到所要求的程度。而且在采取此解决方案时也还需要采用昂贵的滤波电路。此类问题尤其出现在轧机机座的驱动器中。
另一种抵销谐波的方案由WO 92/15148公开，其中在调节电动机时采用剩余的自由度来最大限度地减小干扰系数。此处的干扰系数被定义为额定电流和实际电流的偏差绝对值或其平方的和。
发明内容
本发明的目的在于提供一种驱动装置，其中被馈入电源网的谐波将减少。其中将力求与已知具有低谐波分量的驱动装置相比成本低廉地设计出驱动装置。
本发明的目的通过一种用于工业设备部件的驱动装置来实现。该驱动装置具有至少一个三相电机和至少一个带有自引导的整流器和逆变器的直流电压中间电路-换流器，其中，该自引导的逆变器在输出端与该三相电机连接，以及该自引导的整流器在输入端与交流电源网连接，其中，该交流电源网与一测量装置连接，用于对该交流电源网导线电压的有效值进行测量，该测量装置在输出端通过一中间电路电压-计算装置与一调节装置连接，而该调节装置与所述自引导的整流器连接。据此，对换流器的中间电路电压进行调节，以便旨在最佳化地最大限度地减少由驱动装置造成的在交流电源网中的谐波。其中背离有关用于工业设备的换流器工作的基本教导，将中间电路电压调节到一个恒定值，该恒定值在必要时可相对于接在换流器上的电动机所需的有效功率输入进行调整。已经令人惊奇地发现通过背离有关用于工业设备驱动器的换流器工作的基本准则，将会大幅地减少谐波分量。此点尤其适用于其数量级为交流电源网基波振荡一倍至五倍的低接通频率的情况。
按照本发明的有益的设计，根据交流电源网电压的测量值对换流器中间电路电压进行调节，使由驱动装置造成的、在交流电源网中的谐波被最佳化和/或最小化。其中如果某些谐波的最小化需要忍受某些其它的谐波，则谐波的最小化偏离其最佳化。事实证明，根据交流电源网的电压，尤其是根据交流电源网的有效电压，旨在最大限度地减少由驱动装置造成的在交流电源网中的谐波来进行换流器中间电路电压的调节是有益的。为此宜设置一个用于测量交流电源网电压的，尤其是有效电压的测量装置。在采用多个本发明的装置时，宜仅设置唯一一个测量装置，所有本发明的驱动装置都可以对其信息进行存取。
在本发明的另一有益的设计中，驱动装置具有一个中间电路电压-计算单元，该计算单元根据交流电源网的电压计算出中间电路电压。
本发明的驱动装置特别有益地适用于功率范围为1-20兆瓦，较为有益的是2-10兆瓦或者就冲击负载而言功率范围为2-30兆瓦，最好为4-20兆瓦的驱动器。
另外本发明的驱动装置经证明特别有益的是与三相交流电动机串联，即采用三相交流电动机具有开路绕组的电路连接方式，由换流器从两侧向开路绕组馈电。
另外本发明的驱动系统特别宜于驱动轧机机列的轧机机座。
另外本发明的驱动装置的换流器可以设计成风冷换流器。
附图说明
下面将对照附图并结合本发明的实施例对本发明的进一步的优点和细节加以说明。附图中：
图1示出本发明的驱动装置；
图2示出中间电路电压计算装置；
图3示出用于推算最佳调节系数的特性曲线；
图4示出向三相交流电动机馈电的换流器装置，所述换流器装置的分换流器在电源侧和电机侧三点连接；
图5示出用于从两侧向具有开路绕组的三相交流电动机馈电的换流器装置，所述换流器装置的分换流器成三点连接；
图6示出在轧机中采用本发明的驱动装置。
具体实施方式
图1示出本发明的驱动装置。其中通过一换流器和一变压器2或扼流圈由交流电源网1向三相交流电动机6供电。换流器具有一个自引导的、带有可断路控制的大功率半导体的整流器3、一个直流电压中间电路4，其中间电路电压UZK由整流器3进行调节和控制，以及一个用于调节三相交流电动机6的自引导的逆变器5。利用一调节装置9对自引导的整流器3进行调节，从而根据预给定的额定值U* ZK调节中间电路电压UZK。利用中间电路电压-计算装置8计算出中间电路额定电压U* ZK，中间电路电压-计算装置根据交流电源网1的交流电压求出中间电路额定电压U* ZK。为此，本发明的驱动装置宜具有一个测量装置7，该测量装置用于测量交流电源网1的相间电压的有效值Unetz eff。
图2为中间电路电压-计算装置8的详图。考虑到畸变因数，即输入电流Inetz的谐波分量(参见图1)，将用于预给定最佳调节系数的调节系数预给定装置11初始信号乘以常数√6/π。将交流电源网的有效电压Unetz eff除以此值。但根据有益的设计，交流电源网有效电压Unetz eff的变化速度首先要由变化限制器10进行限制。预给定的最低中间电路电压UZKmin应使自引导的换流器S(参见图1)可以将足够大的有效功率输出给三相交流电动机6。预给定的最高中间电路电压UZKmax应使自引导的整流器3和自引导的逆变器5(参见图1)的大功率半导体不致受到损伤。除法器13的输出信号被输送给限制器14，限制器的极限值是最高中间电路电压UZKmax和最低中间电路电压UZKmin。限制器14的输出信号是额定中间电路电压U* ZK。
图3示出交流电源网畸变因数16与自引导的整流器的调节系数15的关系曲线。自引导的整流器的调节系数是由整流器3在变压器2次级侧产生的电压的基波振荡峰值与由整流器3产生的该电压的最大基波振荡峰值的比。对各种用于调节自引导的整流器3的半导体的脉冲图形，都有一个最佳调节系数Aopt，对应于该调节系数电源电压畸变因数16几乎最小。调节系数和中间电路电压UZK相互具有一定的比例，该比例取决于电源电压的有效值。所以对中间电路电压UZK的调节应使在实时存在的电源电压有效值的情况下发现最佳的调节系数Aopt。
图4示出一用于向三相交流电动机馈电的换流器装置，其中电源侧的分换流器33和电机侧的带有闸门电路断开开关的分换流器在三点电路中分别以相同的结构实现。图中分别示出具有其布线网络40或41的相组件的主电流电路。分换流器33和34分别由三个这样的带有布线网络的相组件构成。P侧的中间电路电容器37与N侧的中间电路电容器39共同构成直流电压中间电路，通过比中间电路两个分换流器连接在一起。P侧布线反向电阻36和N侧布线反向电阻38与布线网络40或41的某侧连接。
电源侧的分换流器33在输入侧通过变压器31和大功率开关32与电源30连接。电机侧的分换流器34在输出侧与三相交流电动机35连接。
在如图5所示的配置中，第一换流器74和第二换流器75的输出端分别与三相交流电动机73开路三相绕组的一侧71和72连接。通过采用此配置，除功率倍增外还实现了特别有益的工作特性，这是因为以遵照调谐的脉冲方法为前提，即便在闸门电路断开(Gate-Turn-Off-Thyristor，GTO)开关低的开关频率的情况下也能在很大程度上实现在电动机中具有低谐波分量的正弦电流特性曲线。
第一换流器74在电源侧通过一选用的电源侧的附加电感63和一第一变压器61例如采用星形/三角形接法与电源网60连接。第二换流器75通过一选用的电源侧的附加电感64和一第二变压器62对应于第一变压器61宜相移30°(例如星形/星形连接)与电源网60连接。通过采用此配置，尤其是在本实施例中换流器由三点电路中的分换流器构成的情况下，在电源上实现了特别有利的用电器对电网的反作用。其中甚至在自引导的交流换流器的基波振荡频率的情况下也会实现具有非常小的谐波分量的正弦电流特性曲线。
两个换流器74和75分别具有电源侧的分换流器66或65和电机侧的分换流器69或70，该电源侧的分换流器和电机侧的分换流器分别通过一直流电压中间电路67或68连接在一起。两个直流电压中间电路67或68被相互电气分隔开。所有的分换流器66、65、69、70以三点电路，优选采用阻容-闸门电路断开开关加以实现。
图6示出本发明的驱动装置在轧机中的应用。轧制材料103在由电动机99、100、101、102驱动的轧机机座104、105、106、107中被轧制。由电源90分别通过一个变压器91、92、93、94和一个换流器95、96、97、98向电动机99、100、101、102馈电。换流器95、96、97、98具有一个带调节9的整流器3、一个电压中间电路4、一个自引导的逆变器5、一个中间电路电压-计算装置8以及一个选用的测量装置7。在对此的改型设计中，采用一个测量装置7，其测量值被输送给所有的驱动装置。
在功率较大时，对于所述的变压器91、92、93、94，换流器95、96、97、98和电动机99、100、101、102分别采用图5所示的具有两个变压器、两个换流器和开路电动机绕组的电路。

Claims (12)

1.一种用于工业设备部件的驱动装置，其具有至少一个三相电机(6)和至少一个带有自引导的整流器(3)和逆变器(5)的直流电压中间电路-换流器，其中，该自引导的逆变器(5)在输出端与该三相电机(6)连接，以及该自引导的整流器(3)在输入端与交流电源网(1)连接，其特征在于，该交流电源网(1)与一测量装置(7)连接，用于对该交流电源网(1)导线电压的有效值(Unetz eff)进行测量，该测量装置(7)在输出端通过一中间电路电压-计算装置(8)与一调节装置(9)连接，而该调节装置(9)与所述自引导的整流器(3)连接。
2.按照权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述中间电路电压-计算装置(8)在输入端具有一变化限制器(10)、在输出端具有一限制器(14)，该变化限制器(10)在输出端与一除法器(13)连接，该除法器(13)与调节系数预给定装置(11)连接，以及该除法器(13)在输出端与所述限制器(14)连接。
3.按照权利要求1或2所述的驱动装置，其特征在于，所述换流器的自引导整流器(3)具有可关断大功率半导体。
4.按照权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，所述直流电压中间电路换流器构造在三点电路连接中。
5.按照权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，所述可关断大功率半导体是闸门电路断开开关。
6.按照权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，所述可关断大功率半导体为金属氧化物半导体控制的半导体闸门开关元件。
7.按照权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，所述可关断大功率半导体为功率晶体管。
8.按照权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，所述可关断大功率半导体是绝缘栅双极型晶体管。
9.按照权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，所述可关断大功率半导体被设计成反向导通的。
10.一种轧机机列，其具有一个或多个轧机机座(104、105、106、107)，用于轧制材料(103)，其中，对至少一个轧机座采用一个按照权利要求1的驱动装置进行驱动。
11.按照权利要求10所述的轧机机列，其特征在于，对多个轧机机座(104、105、106、107)采用一个按照权利要求1所述的驱动装置进行驱动。
12.一种用于借助如权利要求10或11所述的轧机机列轧制钢材的方法，其特征在于，对一个或多个轧机机座的驱动装置的变流器的中间电路电压进行调节，使得最佳化地最大限度地减少在交流电源网(1)中由该驱动装置造成的谐波。
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