CN101499757B - 一种3相高压大功率开关磁阻电动机调速装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种新型3相高压大功率开关磁阻电动机调速装置，属于电动机调速装置领域。它包括一台三相移相变压器、一台高压大功率开关磁阻电动机、Z个功率单元和3Z个单相隔离变压器，其中Z大于或等于2。三相移相变压器与Z个功率单元输入端相连，Z个功率单元输出经过3Z个单相隔离变压器后再串联Z个3相高压大功率开关磁阻电动机调速装置，从而驱动高压大功率开关磁阻电动机。本发明与直接串联方式的电动机调速装置比较起来，其功率单元数减少了三倍，用到的功率元件数相应减少，三相移相变压器的付边组数减少三倍，结构大为简化，视在功率减少；所用功率单元都工作于一般常压，绝缘要求不高，调试简单和简便，工作可靠，容易实现。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动机调速装置，特别涉及一种3相高压大功率开关磁阻电动机调速装置。
背景技术
3相开关磁阻电动机已获得广泛的应用，略去上电限流电路后，一般3相开关磁阻电动机调速装置的主电路如图1所示，电动机具有三个本身隔离的相绕组，分别受三个单相半桥形式的功率逆变电路驱动，导通角为(1/3～1/2)倍转子极距。
整个逆变电路靠三相桥式整流电源供电，电源靠电容滤波。需要的话，电容上还并联有限压放电电路，该电路由功率开关和电阻串成。如果调速装置是回馈型的，则整流电源的二极管皆反相地并联着功率开关，进行换相和斩波控制。
随着调速装置功率越来越大，需要采用高压的3相开关磁阻电动机。对于高压的3相大功率开关磁阻电动机调速装置，根据电压的高低，通常采用Z个(Z大于或等于2；)功率单元输出直接串联的方式。每个功率单元中只有一个单相半桥形式的逆变电路，驱动3相中1相，总共需要3Z个功率单元。
功率单元的电路如图2所示，属普通型，需要时，增设虚线示限压放电电路。如果回馈型功率单元，则在三相桥式整流电源的二极管上皆反相地并联着功率开关。
3Z个功率单元的三相工作电源由一个三相变压器的3Z组副边多重化地提供，各组副边间可靠隔离，线电压的大小相等，属于同1相串联的Z个功率单元者，其三相电源的线电压相位上均匀地错开π/(3Z)电角度，并且3Z组副边都有较大的漏感，代替交流电抗器起滤波作用。
图3示为Z＝3时，高压的3相开关磁阻电动机调速装置主电路，一共用了9个功率单元，每一相由3个功率单元的输出串成。9个功率单元靠三相变压器的9组副边供电，9组副边间互相隔离，线电压大小相等，都有较大的漏感。属于同1相串联的3个功率单元，其三相电源的线电压相位上均匀地错开π/9电角度。
上述直接串联方式高压大功率的3相开关磁阻电动机调速装置所用的功率单元数多，用到的功率开关，二极管等元器件也多，同时三相变压器的副边组数多。除了这些缺点外，还有功率单元所处的电压高，所以对功率单元的绝缘等级要求高，在信号的传递及测试方面也带来一定的困难。
本发明将改变功率单元的功率逆变电路，使它输出的平均电压从脉动电压变为交变电压，在Z个功率单元的输出串联前，先经过单相变压器隔离，并且每个功率单元皆驱动3相。在付出一定代价条件下，结果可以克服所存在的缺点。
发明内容
本发明正是为了解决上述技术问题而设计的一种3相高压大功率开关磁阻电动机调速装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种3相高压大功率开关磁阻电动机调速装置，包括一台三相移相变压器、一台高压大功率开关磁阻电动机、Z个功率单元和3Z个单相隔离变压器，其中Z大于或等于2。三相移相变压器与Z个功率单元输入端相连，Z个功率单元输出经过3Z个单相隔离变压器后再串联Z个3相高压大功率开关磁阻电动机调速装置，从而驱动高压大功率开关磁阻电动机。
所述一种3相高压大功率开关磁阻电动机调速装置的功率单元包括功率逆变电路和三相整流电源两部份组成，功率逆变电路为三个独立的单相桥式逆变电路，每个单相逆变电路控制电动机3相绕组的1相，单极性地施加斩波电压，滤波后电流是正负交变的，变化周期两倍于电动机转子凸极的极距；三相整流电源包括熔断器、三相桥式整流电路及滤波电容。
所述一种3相高压大功率开关磁阻电动机调速装置的三相整流电源的滤波电容上并联由功率开关和电阻串成的限压放电电路。
所述一种3相高压大功率开关磁阻电动机调速装置的功率单元也可以是回馈型功率单元，其整流电路的二极管反相地并联在功率开关上作回馈控制。
所述一种3相高压大功率开关磁阻电动机调速装置的3Z个单相隔离变压器的原副边间相互绝缘，每相配属Z个变压器，属于同一相的Z个变压器的副边串联，总输出电压平均增大Z倍。
所述一种3相高压大功率开关磁阻电动机调速装置的三相移相变压器副边多重化地向Z个功率单元提供三相工频电源，Z组副边间相互绝缘，输出的线电压大小相等，相位上均匀地错开π/3Z电角度，每组副边均有漏感；代替交流电抗器起滤波作用，副边的连接方法是三角形、星形带延长边三角形或带异相边星形中的一种。
所述一种3相高压大功率开关磁阻电动机调速装置的Z个功率单元间3相的换向均匀地错开数个斩波周期进行，3相相电压的斩波均匀地错开1/Z斩波周期进行。需要的话，Z个功率单元中可关断部份单元，让本发明降额运行。
本发明由一台3相高压大功率开关磁阻电动机，Z个功率单元，一台三相移相变压器和3Z个单相隔离变压器组成、Z个功率单元和3Z个单相变压器间各自规格相同，可以互换。
本发明的有益效果是与直接串联方式的电动机调速装置比较，其功率单元数减少了三倍，用到的功率元件数相应减少。三相移相变压器的副边组数减少三倍，结构大为简化，视在功率减少；所用功率单元都工作于一般常压，绝缘要求不高，调试简单和简便，工作可靠，容易实现。
附图说明
图1是一般的3相开关磁阻电动机调速装置；
图2是直接串联方式时所用的普通型功率单元电路图；
图3是3个功率单元输出直接串联时的3相高压大功率开关磁阻电动机调速装置；
图4是本发明中一般所用的普通型功率单元电路图；
图5是本发明和原来电路中相电流的波形；
图6是功率单元数为3时的本发明。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图4示为本发明普通型功率单元电路图，三相桥式整流采用电容滤波，其三相输入上接有作保护用的熔断器，有时又可作为隔离开关。功率逆变电路共有六个推拉桥臂，构成三个独立的单相全桥逆变电路，随着对角线上两对功率开关平均地轮流导通，输出的驱动电流是正负交变的。虚线示为限压放电电路，需要时设置。
本发明功率单元中，功率逆变电路为图4示三个单相桥式逆变电路。每个单相逆变电路输出正负交变的平均电压，斩波控制方式是单极性的，其相电流随转子转角θ变化波形如图5的i，电流正负交变，周期为转子凸极极距τ的两倍。而i′为图1原来电路相电流的脉动波形。
图1示电路中半桥形式的单相逆变电路通常是用两只双单元功率开关组件制作的，通过控制极与阴极的短接来“封死”一对对角线上的功率开关。现在不“封死”，就可使双单元功率开关组件得到充分的利用。
如果在三相桥式整流电路的六个二极管上都反相地并联功率开关，对直流母线和三相电流间的电能回馈作换向和斩波控制，则功率单元就从普通型变为回馈型，回馈型者不需要设置限压放电电路。
功率单元Z＝3的本发明如图6所示，三个功率单元的多相输出经过变压器隔离后再串，才加到电动机的相绕组上，如果单相变压器的变比为1∶l，电动机相绕组上的平均电压就比原边大3倍。整个装置共用9个单相隔离变压器。
3个功率单元由一台三相移相变压器的3组副边提供工作三相电源，3组副边间互相绝缘，每组副边所提供的线电压大小相等，相位上均匀的错开π/9电角度，每组副边皆有较大的漏感，充当交流电抗器起滤波作用，这样一来，本发明的网侧供电电流的波形就比较好。
在本发明中，属于同一相凸极的相绕组，3个功率单元可以同时进行换向，但最好均匀地错开数个斩波周期，3个功率单元可以同时斩波，但最好均匀地错开1/3斩波周期，斩波的周期和导通比同错开前一样。如此错开，有利于减少电磁干扰和噪声。
本发明Z个功率单元中，如果有的功率单元发生了故障，可以把这个功率单元关断，让装置降额运行，避免不正常停机带来的损失。在负载较轻时，为了节电也可关断部份功率单元。
与直接串联方式比较起来，本发明所用功率单元数和三相移相变压器的副边组数都减少3倍，功率单元中用到的功率器件相应减少，三相变压器的结构大为简化，视在功率也有所减小。除此以外，Z个功率单元皆工作在常压状态，绝缘等级要求一般，调试简便，工作可靠，很容易实现扩大功率。
采用本发明时，所付出的主要代价是须增加3Z个单相隔离变压器。还有在功率逆变电路向电动机传输功率过程中，可能会对相电流的波形带来一些影响。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种3相高压大功率开关磁阻电动机调速装置，包括一台三相移相变压器、一台高压大功率开关磁阻电动机、Z个功率单元和3Z个单相隔离变压器，其中Z大于或等于2；其特征在于：三相移相变压器的副边与Z个功率单元输入端相连，Z个功率单元的输出端经过3Z个单相隔离变压器后再串联，然后加到电动机的相绕组上从而驱动高压大功率开关磁阻电动机。
2.根据权利要求1所述的一种3相高压大功率开关磁阻电动机调速装置，其特征在于：功率单元包括功率逆变电路和三相整流电源两部份，功率逆变电路为三个独立的单相桥式逆变电路，每个单相逆变电路控制所述电动机3相绕组的1相，单极性地施加斩波电压，滤波后电流是正负交变的，变化周期两倍于电动机转子凸极的极距；三相整流电源包括熔断器、三相桥式整流电路及滤波电容。
3.根据权利要求2所述的一种3相高压大功率开关磁阻电动机调速装置，其特征在于：三相整流电源的滤波电容上并联由功率开关和电阻串成的限压放电电路。
4.根据权利要求2所述的一种3相高压大功率开关磁阻电动机调速装置，其特征在于：功率单元为回馈型功率单元，其整流电路的二极管反相地并联在功率开关上作回馈控制。
5.根据权利要求1所述的一种3相高压大功率开关磁阻电动机调速装置，其特征在于：3Z个单相隔离变压器的原副边间相互绝缘，每相配属Z个单相隔离变压器，属于同一相的Z个单相隔离变压器的副边串联。
6.根据权利要求1所述的一种3相高压大功率开关磁阻电动机调速装置，其特征在于：三相移相变压器副边多重化地向Z个功率单元提供三相工频电源，Z组副边间相互绝缘，输出的线电压大小相等，相位上均匀地错开π/3Z电角度，每组副边均有漏感；副边的连接方法是三角形、星形带延长边三角形或带异相边星形中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种3相高压大功率开关磁阻电动机调速装置，其特征在于：Z个功率单元间3相的换向均匀地错开数个斩波周期进行，3相电压的斩波均匀地错开1/Z斩波周期进行。
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