CN1010913B - 交流变频调速装置及其逆变器电路 - Google Patents

Abstract

一种交流变频调速装置，针对目前此类调速装置使用元件数量多，价格昂贵，逆变器输出电流品质不佳，电机损耗大的问题，设计了一种新的逆变电路。由六支一般型晶闸管组成三相桥式可控逆变主电路，由一支GTO元件组成逆变换向控制电路，由三支电容器组成电容器支路。该逆变器和调速装置适用于风机泵类负载电动机调速之用，也可用于大型电机辅助起动及中频感应电炉控制。

Description

本发明涉及到一种交流变频调速装置和一种逆变器电路。该交流变频调速装置是一种电流型交流变频调速装置。本装置适用于占工业系统中能耗30%以上的风机泵类负载的异步电动机调速。

目前在我国开始采用的交流变频调速装置，属于交-直-交电流型变频调速装置。是国际上最流行的一种调速方式，其主电路线路图见附图1。该装置的逆变器需采用性能指标高、价格昂贵的高压电容器进行强迫换向。逆变器的晶闸管元件要求采用高压快速元件。为了保证逆变器正常工作，每一相序还要配装两支和晶闸管同等容量的整流管。这样一来，逆变器部分不仅使用的元器件数量多。而且价格昂贵。另外，该调速装置的输出电流含有较大的高次谐波分量，电动机的损耗大，影响了其运行的经济效果。由于上述原因限制了变频调速装置在对调速性能要求不高但用量很大的风机泵类负载电动机调速中的应用。

鉴于以上情况，本发明力图采用一种新的逆变换向方法，设计一种新型逆变器和逆变器电路，从而组成一种新型的交流变频调速装置。主要满足风机泵类负载电动机调速应用。其调速范围为2～3。

本发明的主要目标之一是改善逆变器换向性能。采用一种新颖的逆变换向控制电路，和在逆变器输出端并联电容器的方法代替原来的电容器强迫换向。

本发明进一步的目标是减少逆变器环节元器件的数量，用一般性能的元器件取代性能指标高的元器件，从而降低交流变频调速装置的成本。

本发明另一个目标是减少电动机的谐波电流，改善电动机工作电流的品质，从而降低电动机能量消耗，达到节能目的，提高经济效益。

图1为目前图内外普遍采用的交流变频调速装置主电路的原理线路图。其中：（1）-三相桥式可控整流器，（2）-平波电抗器，（3）-三相桥式可控逆变器，（4）-异步电动机。

图2为本发明工作原理框图。其中：（1）-三相桥式可控整流器，（2）-平波电抗器，（5）-三相桥式可控逆变器，（4）-异步电动机。（6）-给定部件，（7）-电压频率变换部件，（8）-整流脉冲发生器，（9）-逆变脉冲发生器，（10）-控制电源。

图3为本发明交流变频调速装置整流器和逆变器部件原理线路图。其中：（1）-三相桥式可控整流器，（2）-平波电抗器，（4）-异步电动机，（17）-新型可关断晶闸管（GTO），（18）-反向电压源，（11），（12），（13），（14），（15），（16）-晶闸管元件，（19）、（20）、（21）-电容器。

图4为本发明实际工作波形图。其中：A-50周工作波形图，B-25周工作波形图。（22）-电动机端电压波形，（23）-逆变器电路输出电流波形，（24）-电动机电流波形，（25）-逆变器电路直流侧电压波形，（26）-逆变 器晶闸管管压降波形。

图5为本发明用于大型异步电机辅助起动的原理示意图，其中：（27）-起动开关A，（28）-起动开关B，（29）-交流变频调速装置，（30）-大型异步电动机，（31）-程序控制器。

现在结合附图说明本发明最佳实施方案。本发明的主电路设有三相桥式可控整流器（1），将交流电变为直流电。设有平波电抗器（2），对直流电进行滤波。后进入三相桥式可控逆变器（5），将直流电变为交流电，供异步电机（4）工作。为了控制整流、逆交过程和电动机调速，本发明设有控制电路。主要包括电压频率变换部件（7）、给定部件（6）、整流脉冲发生器（8）、逆变脉冲发生器（9）。电压频率变换器将来自给定部件电压信号变为频率信号，用以控制整流脉冲发生器和逆变脉冲发生器发出脉冲的时刻。以使主电路整流、逆变相互协调，达到改变电机频率目的，以满足异步电动机调速的需要。另外，设有控制电源（10），为各控制部件提供电源。本发明还设有机箱和显示部件等。本发明的主要特征在于采用了新的逆变电路，设计了一种新型三相桥式可控逆变器（5），它由三部分所组成：其一是由六支晶闸管元件（11）、（12）、（13）、（14）、（15）、（16）组成的三相桥式可控逆变主电路及其部件。这六支晶闸管可以是一般型晶闸管元件。其二是由一支新型可关断晶闸管（GTO）（17）串接一个反压电源（18）组成的逆变换向控制电路及其部件。该逆变换向控制电路或部件并联在三相桥式可控逆变主电路及其部件上、用以控制晶闸管元件的换向。该新型可关断晶闸管（GTO）（17）可以是一支大功率晶体管（GTR）。反向电压源（18）的作用是保证三相桥式可控逆变器工作更为可靠（不加反向电压源逆变电路也能正常工作）。其三是将一组由电容器（19）、（20）、（21）、接成星形或三角形联接的电容器支路接入三相桥式可控逆变主电路（或部件）的输出端。该电容器组一方面可以起到保证晶闸管可靠换向的作用，另一方面可以减少逆变器输出电流的谐波分量，改善电动机电流品质，从而减少电动机的损耗。另外它还可以抑制尖峰电压。该电容器组可由一般电力电容器组成。

本发明三相桥式可控逆变器换向原理如下：该三相桥式可控逆变器中的六支晶闸管每隔60°电角分别施加大于70°电角（最好为120°）的触发脉冲，与此同时，驱动（17）短时导通（相对50周波为10°电角左右）后，来自逆变脉冲发生器的脉冲使其强制关断，从而使三相桥式可控逆变器中的晶闸管换向，达到逆变要求。当GTO导通时，使直流侧电流经GTO（17）回路短接，流向逆变器的电流降到零，使三相桥式可控逆变器中导通的晶闸管电流也降到零。此时电动机端电压靠电容器（19）、（20）、（21）维持，而且对晶闸管，呈现反向电压（当电动机工作在电动机状态下），因而保证了晶闸管可靠关断。当GTO被强行关断后，直流电流又流入三相桥式可控逆变器，此时因其中又有一对晶闸管早已处于待导通状态。重复以上工作，便可完成逆变过程。在这一换向过程中，电动机漏感储能在晶闸管关断时刻，很快消耗转为电动机的电磁功率和电容器的储能中，抑制了尖峰电压。GTO的导通时间主要取决于三相桥式可控逆变器中晶闸管的关断时间。

现将本发明的细节叙述如下：三相交流电源接在三相桥式可控整流器（1）的进线端。三相桥式可控整流器的一个输出端接入平波电抗器（2）的输入端，平波电抗器的输出端接三相桥式可控逆变器（5）的输入端，三相桥式可控逆变器的输出端接异步电动机（4）的输入端。三相桥式可控整流器（1）的另一输出端接三相桥式可控逆变器的另一输入端。给定部件（6）的信号输出端接电压频率变换部件（7）信号输入端，电压频率变换器部件的整流信号输出端接整流脉冲发生器（8）的信号输入端，整流脉冲发生器的输出端接三相桥式可控整流器的整流脉冲信号输入端。电压频率变换器的逆变脉冲信号输出端接逆变信号发生器（9）的信号输入端，逆变信号发生器的逆变脉冲信号输出端接三相桥式可控逆变器（5）的逆变脉冲信号（包括GTO和三相桥式可控逆变器晶闸管元件的逆变控制信号）输入端。控制电源的输出端分别接入给定部件、电压频率变换部件、整流脉冲发生器、逆变脉冲发生器电源输入端。

由于本发明采用了新的逆变换向方法，三相桥式可控逆变器采用了一般性能的晶闸管元件，代替了高压快速元件，以小容量可关断晶闸管（GTO）取代了高压电容器强迫换向，大大减少了 逆变器部件元器件的数量，使产品成本降低1/3～1/4。本发明结构简单，可广泛使用于风抗泵类负载的电动机调整，并可大量节能。一台100千瓦的风机电动机，使用本发明进行调速，在风量为80%的情况下，可节电50%左右，每年运行4000小时，年节电量为20万度左右。

本发明可以作为大型异步电动机的辅助起动装置。如图5所示。大型异步电机（30）通过两路供电。起动时，由起动开关A（27）经本发明（29）送电。当大型异步电机起动后，由程序控制器（31）切换，由起动开关A转到起动开关B（28）送电。

本发明还可用于中频加热炉的控制。在这种情况下，只需要将逆变器中所用的普遍型晶闸管换为快速元件;把普通的电力电容器换为较高频率的电容器即可。其它部分无需改变。

Claims (5)

1、一种交流变频调速装置由三相桥式可控整流器(1)、平波电抗器(2)、给定部件(6)、电压频率变换部件(7)、整流脉冲发生器(8)、逆变脉冲发生器(9)、控制电源(10)及电流源逆交器(5)所组成，其特征在于，所述逆变器电路由三部分组成：其一是由六支晶闸管元件(11)、(12)、(13)、(14)、(15)、(16)组成的三相桥式可控逆变主电路及其部件，其二是由一支新型可关断晶闸管(17)组成的逆变换向控制电路及其部件，该逆变换向控制电路或部件并联在三相桥式可控逆变主电路及其部件上，其三是将一组由电容器(11)、(12)、(13)接成星形或三角形联接的电容器支路接入三相桥式可控逆变主电路的输出端。

2、根据权利要求1所叙述的交流变频调速装置其特征在于，三相桥式可控逆变电路中的六支晶闸管（11）、（12）、（13）、（14）、（15）、（16）可是一般型晶闸管元件。

3、根据权利要求1所述的交流变频调速装置其特征在于逆变换向控制电路中的新型可关断晶闸管（GTO）（17）可以是一支大功率晶体管（GTR）。

4、根据权利要求1所叙述的交流变频调速装置其特征在于电容器（19）、（20）、（21）可以是一般电力电容器元件。

5、根据权利要求1所叙述的交流变频调速装置其特征在于逆变换向控制电路中GTO上可以串接一个反向电压源。

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