CN101557195A

CN101557195A - 无刷双馈电动机变频调速系统

Info

Publication number: CN101557195A
Application number: CNA2009100113403A
Authority: CN
Inventors: 王正
Original assignee: SHENYANG GONGCHUANG TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENYANG GONGCHUANG TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2009-04-29
Filing date: 2009-04-29
Publication date: 2009-10-14

Abstract

本发明涉及一种变频调速系统，尤其涉及一种大功率无刷双馈电动机变频调速系统。包括电动机、工频电网，定子控制绕组的每相分别与逆变器下桥臂绝缘栅双极晶体管的集电极和上桥臂绝缘栅双极晶体管的发射极连接，逆变器中的六个绝缘栅双极晶体管的栅极、发射极分别与相互独立的信号发生器连接，逆变器与直流滤波器和整流器并联，整流器与工频电网连接；所述的逆变器由三组桥臂绝缘栅双极晶体管并联，每组桥臂的绝缘栅双极晶体管由两个绝缘栅双极晶体管串联，其中下桥臂绝缘栅双极晶体管的集电极与上桥臂绝缘栅双极晶体管的发射极连接。本发明的优点效果：可以根据工况的需要，选择合适的运行状态，提高生产效率。

Description

无刷双馈电动机变频调速系统

技术领域

本发明涉及一种变频调速系统，尤其涉及一种大功率无刷双馈电动机变频调速系统。

背景技术

目前在风机和水泵领域应用的变频调速系统中，使用的电机主要有笼型转子感应电机、绕线转子感应电机和永磁同步电机，这三种电机组成的变频调速系统各有各的优势，但也各有各的缺点。由于笼型转子感应电机变频调速系统的变频器功率略大于电机功率，在需要大功率电机的应用场合，需要变频器的功率也大，变频调速系统的成本高；绕线转子感应电机必须采用电刷和滑环来实现转子绕组与变频器电路的连接，由于滑动接触和电刷磨损，不仅降低了电机运行的可靠性，而且电刷需要定期维护和更换，增加了运行费用和不可靠性。此外滑动接触容易产生火花，从而降低了绕线转子感应电机在含有易燃易爆气体环境中的应用。永磁同步电机转子采用永磁体，电机气隙磁场接近恒值，无法按需要控制其大小。所以对于做电动机而言，难以实现弱磁调速，对于要求高转速的应用场合难以满足。另外永磁体有高温退磁的问题，在需要大功率调速系统的场合应用较少。

发明内容

发明就是为了解决上述技术问题而提供一种无刷双馈电动机变频调速系统，目的是可以根据工况的需要，选择合适的运行状态，提高生产效率。

为达上述目的本发明无刷双馈电动机变频调速系统，包括电动机、工频电网，电动机的定子功率绕组直接与工频电网相联接；定子控制绕组的每相分别与逆变器下桥臂绝缘栅双极晶体管的集电极和上桥臂绝缘栅双极晶体管的发射极连接，逆变器中的六个绝缘栅双极晶体管的栅极、发射极分别与相互独立的信号发生器连接，逆变器与直流滤波器和整流器并联，整流器与工频电网连接；所述的逆变器由三组桥臂绝缘栅双极晶体管并联，每组桥臂的绝缘栅双极晶体管由两个绝缘栅双极晶体管串联，其中下桥臂绝缘栅双极晶体管的集电极与上桥臂绝缘栅双极晶体管的发射极连接。

所述的定子控制绕组的A相与逆变器一组桥臂的上桥臂绝缘栅双极晶体管的发射极和下桥臂绝缘栅双极晶体管的集电极连接，上桥臂绝缘栅双极晶体管由u_g1信号发送器控制，下桥臂绝缘栅双极晶体管由u_g2信号发送器控制。

所述的定子控制绕组的B相与逆变器一组桥臂的上桥臂绝缘栅双极晶体管的发射极和下桥臂绝缘栅双极晶体管的集电极连接，上桥臂绝缘栅双极晶体管由u_g3信号发送器控制，下桥臂绝缘栅双极晶体管由u_g4信号发送器控制。

所述的定子控制绕组的C相与逆变器一组桥臂的上桥臂绝缘栅双极晶体管的发射极和下桥臂绝缘栅双极晶体管的集电极连接，上桥臂绝缘栅双极晶体管由u_g5信号发送器控制，下桥臂绝缘栅双极晶体管由u_g6信号发送器控制。

所述的每组上桥臂绝缘栅双极晶体管的集电极与直流滤波器的正极连接，每组下桥臂绝缘栅双极晶体管的发射极与直流滤波器的负极连接。

所述的直流滤波器由两个滤波电容串联构成，每个滤波电容的两端并联一个电阻。

所述的每个绝缘栅双极晶体管的发射极和集电极之间反并联二极管。

本发明的优点和效果如下：

本发明可以根据工况的需要，选择合适的运行状态，提高生产效率。异步运行可以用于同步运行的启动过程，首先使无刷双馈电动机异步启动，然后再牵入同步，这种启动方式更加平稳。同步运行时，可以任意调节定子功率绕组的功率因数。无刷双馈电机变频调速系统可以通过连接定子控制绕组的逆变器和控制器来改变电机的励磁磁场大小，从而改变定子功率绕组的功率因数，可以实现定子功率绕组只提供有功功率，无功功率完全由定子控制绕组提供。通过合理地选择电容器的容量，可以实现无功功率只在逆变器与电机之间流动，逆变器与电网之间没有无功功率交换，实现电网只向调速系统提供有功功率，节省电网的变压器容量，减少输电损耗，达到节能的目的。并且省掉了电刷和滑环，使电机的维护更加简单，节省了维护的费用和时间，使运行更加安全可靠。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是异步运行时信号发生器发出的控制信号。

图3是同步运行时信号发生器发出的控制信号。

图中：1、定子功率绕组；2、电动机；3、定子控制绕组；4、逆变器；5、直流滤波器；6、整流器；7、工频电网；8、u_g1信号发生器；9、u_g2信号发生器；10、u_g3信号发生器；11、u_g4信号发生器；12、u_g5信号发生器；13、u_g6信号发生器；14、T₁驱动信号；15、T₂驱动信号；16、T₃驱动信号；17、T₄驱动信号；18、T₅驱动信号；19、T₆驱动信号；20、转子。

图2和图3中的u_g1、u_g2、u_g3、u_g4、u_g5和u_g6分别为图1中的u_g1信号发生器、u_g2信号发生器、u_g3信号发生器、u_g4信号发生器、u_g5信号发生器和u_g6信号发生器发送的控制信号。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围不受实施例所限。

如图1所示，本发明无刷双馈电动机变频调速系统，包括电动机2、工频电网7，电动机2的定子功率绕组1直接与工频电网7相联接；定子控制绕组3的每相分别与逆变器4下桥臂绝缘栅双极晶体管的集电极和上桥臂绝缘栅双极晶体管的发射极连接，逆变器4中的六个绝缘栅双极晶体管的栅极、发射极分别与相互独立的信号发生器连接，逆变器4与直流滤波器5和整流器6并联，整流器6与工频电网7连接；所述的逆变器4由三组桥臂绝缘栅双极晶体管并联，每组桥臂的绝缘栅双极晶体管由两个绝缘栅双极晶体管串联，其中下桥臂绝缘栅双极晶体管的集电极与上桥臂绝缘栅双极晶体管的发射极连接。所述每组上桥臂绝缘栅双极晶体管的集电极与直流滤波器5的正极连接，每组下桥臂绝缘栅双极晶体管的发射极与直流滤波器5的负极连接。所述的每个绝缘栅双极晶体管的发射极和集电极之间反并联二极管，直流滤波器5由两个滤波电容串联构成，每个滤波电容的两端并联一个电阻。

无刷双馈电动机变频调速系统的控制方法，由信号发生器分别向逆变器4的六个绝缘栅双极晶体管发送导通或关断的控制信号，使定子控制绕组3处于短接状态、处于通入直流电流状态、处于通入同相SPWM正弦波电流状态或处于通入反相SPWM正弦波电流状态。

定子功率绕组1和定子控制绕组3为星形连接；电动机2的转子为磁阻转子20。当u_g1信号发生器8通过T₁驱动信号14、u_g2信号发生器9通过T₂驱动信号15、u_g3信号发生器10通过T₃驱动信号16、u_g4信号发生器11通过T₄驱动信号17、u_g5信号发生器12通过T₅驱动信号18、u_g6信号发生器13通过T₆驱动信号19发出控制命令，使逆变器4的T₂、T₄、T₆同时处于导通状态，而T₁、T₃、T₅同时处于截至状态时，T₂、T₄、T₆与反并联的二极管使电动机2的定子控制绕组3短接，使电机处于异步运行状态。当u_g1信号发生器8通过T₁驱动信号14、u_g2信号发生器9通过T₂驱动信号15、u_g3信号发生器10通过T₃驱动信号16、u_g4信号发生器11通过T₄驱动信号17、u_g5信号发生器12通过T₅驱动信号18、u_g6信号发生器13通过T₆驱动信号19发出控制命令，使逆变器4的T₁、T₃按照脉冲u_g1和u_g3的控制，交替处于导通和关断状态，而T₂、T₄、T₅同时处于截至状态，T₆处于恒定导通状态，则电动机2的定子控制绕组3通入直流电流，使电机处于同步运行状态。调节逆变器4的T₁、T₃控制脉冲u_g1和u_g3的占空比，可以改变电动机2定子功率绕组1的功率因数。此时的无刷双馈电动机调速系统特性类似于电励磁同步电动机。当u_g1信号发生器8通过T₁驱动信号14、u_g2信号发生器9通过T₂驱动信号15、u_g3信号发生器10通过T₃驱动信号16、u_g4信号发生器11通过T₄驱动信号17、u_g5信号发生器12通过T₅驱动信号18、u_g6信号发生器13通过T₆驱动信号19发出控制命令是SPWM信号，使控制绕组电流相序与功率绕组电流相序相同时，无刷双馈电动机调速系统处于超同步运行状态，转子转速在同步速以上；使定子控制绕组电流相序与定子功率绕组电流相序相反时，无刷双馈电动机调速系统处于亚同步运行状态，转子转速在同步速以下。

Claims

1、无刷双馈电动机变频调速系统，包括电动机、工频电网，其特征在于电动机的定子功率绕组直接与工频电网相联接；定子控制绕组的每相分别与逆变器下桥臂绝缘栅双极晶体管的集电极和上桥臂绝缘栅双极晶体管的发射极连接，逆变器中的六个绝缘栅双极晶体管的栅极、发射极分别与相互独立的信号发生器连接，逆变器与直流滤波器和整流器并联，整流器与工频电网连接；所述的逆变器由三组桥臂绝缘栅双极晶体管并联，每组桥臂的绝缘栅双极晶体管由两个绝缘栅双极晶体管串联，其中下桥臂绝缘栅双极晶体管的集电极与上桥臂绝缘栅双极晶体管的发射极连接。

2、根据权利要求1所述的无刷双馈电动机变频调速系统，其特征在所述的定子控制绕组的A相与逆变器一组桥臂的上桥臂绝缘栅双极晶体管的发射极和下桥臂绝缘栅双极晶体管的集电极连接，上桥臂绝缘栅双极晶体管由u_g1信号发送器控制，下桥臂绝缘栅双极晶体管由u_g2信号发送器控制。

3、根据权利要求1所述的无刷双馈电动机变频调速系统，其特征在于所述的定子控制绕组的B相与逆变器一组桥臂的上桥臂绝缘栅双极晶体管的发射极和下桥臂绝缘栅双极晶体管的集电极连接，上桥臂绝缘栅双极晶体管由u_g3信号发送器控制，下桥臂绝缘栅双极晶体管由u_g4信号发送器控制。

4、根据权利要求1所述的无刷双馈电动机变频调速系统，其特征在于所述的定子控制绕组的C相与逆变器一组桥臂的上桥臂绝缘栅双极晶体管的发射极和下桥臂绝缘栅双极晶体管的集电极连接，上桥臂绝缘栅双极晶体管由u_g5信号发送器控制，下桥臂绝缘栅双极晶体管由u_g6信号发送器控制。

5、根据权利要求1所述的无刷双馈电动机变频调速系统，其特征在于所述的每组上桥臂绝缘栅双极晶体管的集电极与直流滤波器的正极连接，每组下桥臂绝缘栅双极晶体管的发射极与直流滤波器的负极连接。

6、根据权利要求1所述的无刷双馈电动机变频调速系统，其特征在于所述的直流滤波器由两个滤波电容串联构成，每个滤波电容的两端并联一个电阻。

7、根据权利要求1所述的无刷双馈电动机变频调速系统，其特征在于所述的每个绝缘栅双极晶体管的发射极和集电极之间反并联二极管。