CN102868176B - 基于用一逆变桥取代多个定子变频器制动电阻的能量回馈系统 - Google Patents

Abstract

本发明为基于用一逆变桥取代多个定子变频器制动电阻的能量回馈系统，由定子变频器组（1）、电动机组（2）、隔离器组（3）、电抗器（4），逆变桥（5）和变压器（6）相结合构成的一个整体。采用逆变控制理论技术，由一个逆变桥和多个隔离器用以取代多个定子变频器制动电阻器，将各变频器输出的直流电流，经电抗器直接送入逆变桥逆变成与电网电源同频、同相的工频交流电，再经变压器回送至电网。它突破了传统的定子变频器应用中处理制动再生能量回收的技术瓶颈，解决了长期困扰制动电阻器的能耗问题，实现了多台电动机转差能量和再生能量统一有效回收的能力。具有高效节能，低碳环保，安全可靠，维护简单，机电一体化，应用领域广等特点。

Description

基于用一逆变桥取代多个定子变频器制动电阻的能量回馈系统

技术领域

本发明涉及一种能量回馈系统，特别是一种基于用一逆变桥取代多个定子变频器制动电阻的能量回馈系统。

背景技术

如今，电子变频器业已广泛应用于起重机、注塑机、球磨机等机械电气设备之中，用以实现对各种机构的电气控制，完成其各自的在线实时作业任务。

与此同时，如图1所示，每个定子变频器的电气控制部分，通常由内、外两个部分构成，即其内部均设置有制动单元（图中未画出），其外部中间直流回路均设置有制动电阻器。用以在定子变频调试系统中，当电动机M处于再发电状态时，通过制动电阻器在制动单元控制下，以发热的形式释放掉这部分再生能量，确保系统安全。这种方式俗称为“能耗制动”。其控制简单，且成本低廉。但是，这种能耗制动方式明显存在能量浪费大，快速制动性差等缺陷，从而导致制动转矩小，无法实现电动机的精确制动能力。显然，这是有待解决的重要课题。

发明内容

本发明的目的，就是为了克服上述已有技术存在的缺陷，提供由一个逆变桥和多个隔离器，用以取代多个定子变频器制动电阻器，连同各定子变频器与各电动机及相关电路构成一个能量回馈系统，将各路定子变频器输出的中间直流电流逆变成与电力系统电源同频、同相的工频交流电，使该系统具有能量回馈再利用功能，实现有效节约能源。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

基于用一逆变桥取代多个电子变频器制动电阻的能量回馈系统，包括：

1个定子变频器组1，1个电动机组2，1个隔离器组3，1个电抗器4，1个逆变桥5和1个变压器6，共6个部分相结合构成一个整体，其中：

所述定子变频器组1，包括有多个定子变频器，分为第1定子变频器F1，第2定子变频器F2，直至第N定子变频器FN，用以实现各相连电动机定子变频调速工作；

所述电动机组2，包括有多个电动机，分为第1电动机M1，第2电动机M2，直至第N电动机MN，用以驱动各相连设备制动操作；

所述隔离器组3，包括多个隔离器，分为第1隔离器G1，第2隔离器G2，直至第N隔离器GN，用以取代原接入各定子变频器输出端的制动电阻器，提供直流工作电流；

所述电抗器4，为1个电抗器L，用以将隔离器组3输出的直流工作电流进行限流和平波，并送至逆变桥5；

所述逆变桥5，为1个全桥逆变器，接受来自电抗器4的直流电流，逆变成与电力系统电源同频、同相的工频交流电，以便进行能量回馈；

所述变压器6，为1个升压变压器T，用以当定子变频器直流电压高于60伏时，电动机处于发电状态，升压变频器T便将逆变桥输出的交流电进行升压反馈给电网，实现能量回馈。

值得特别说明的是：

一、本发明的隔离器组3，分为固定极性和自动识别极性两种模式结构，其作用均为只允许定子变频器输出电流向回馈的路径方向流动，并阻止逆变桥电流向定子变频器方向流动。

二、本发明在定子变频器组1执行各自的在线实时作业（即电动机工作）时，变压器6上的直流电压低于逆变桥5上输出的直流电压，所以无能量回馈。

三、本发明仅用一可控硅全桥逆变器实现多电动机转差能量和再生能量统一回馈，回馈电网电能质量符合国家相关标准和要求，确保电动机速度稳定，变频系统设备安全。

四、本发明基于采用逆变控制理论技术，由一个逆变桥对多个定子变频系统进行在线实时控制处理制动再生能量回收的技术瓶颈，使得长期困扰的制动电阻器能耗问题迎刃而解。具有高效节能、低碳环保、安全可靠、维护简单，机电一体化，应用领域广等特点。

附图说明

图1为传统的定子变频调速系统电原理图。

图2为本发明整体电原理。

图3为本发明隔离器组3自动识别极性模式结构电原理图。

图4为本发明隔离器组3固定极性模式结构电原理图。

图中符号说明：

1是定子变频器组，

F1是第1定子变频器，

F2是第2定子变频器，

FN是第N定子变频器；

2是电动机组，

M1是第1电动机，

M2是第2电动机，

MN是第N电动机；

3是隔离器组，

G1是第1隔离器，即Z1或D1，

G2是第2隔离器，即Z2或D2，

GN是第N隔离器，即ZN或DN；

4是电抗器，即电抗器L；

5是逆变桥，即可控硅全桥逆变器；

6是变压器，即升压变压器T。

具体实施方式

请参阅图2、图3和图4所示，为本发明具体实施例。

如图2所示：

本发明包括有1个定子变频器组1，1个电动机组2，1个隔离器组3，1个电抗器4，1个逆变桥5和1个变压器6，共6个部分相结合构成一个整体，其中：

所述定子变频器组1，又含有多个定子变频器，分为第1定子变频器F1，第2定子变频器F2，直至第N定子变频器FN；这里所述的N（以下同）代表多个的含义。

所述电动机组2，又含有多个电动机，分为第1电动机M1，第2电动机M2，直至第N电动机MN；

所述隔离器组3，又含有多个隔离器，分为第1隔离器G1，第2隔离器G2，直至第N隔离器GN；

所述电抗器4，为1个电抗器L；

所述逆变桥5，为1个可控硅全桥逆变器；

所述变压器6，为1个升压变压器T。

所述定子变频器组1中的F1、F2，直至FN各定子变频器的第1、2、3脚，分别依次与电网电源的A、B、C各相电压相连接；且各自的第4、5、6脚，分别依次与电动机组2中各对应的M1、M2，直至MN电动机的定子相连接；各自的第7、8脚，分别依次与隔离器组3中各对应的G1、G2，直至GN隔离器的输入端相连接。

所述逆变桥5，包含有3对可控硅组KP1与KP4，KP2与KP5，KP3与KP6；3对电容/电阻串联组C1/R1与C4/R4，C2/R2与C5/R5，C3/R3与C6/R6；其中可控硅KP1、KP2、KP3各自的阴极，分别依次与可控硅KP4、KP5、KP6各自的阳极相交于W、U、V点。

所述隔离器组3中的G1、G2，直至GN各隔离器的第3脚同时与电抗器4的输入端相交于M点；继而电抗器4的输出端同时与逆变桥5中可控硅KP1、KP2、KP3的阳极相交于N点；各隔离器的第4脚同时与逆变桥5中可控硅KP4、KP5、KP6的阴极相交于Q点。

所述变压器6的3个输入端X、Y、Z分别依次与逆变桥5中的输出端W、U、V相对应连接；其3个输出端H、I、J分别依次与电网电源的A、B、C各相电压相连接。

如图3所示：

所述隔离电器组3，为自动识别极性模式结构，其中Z1、Z2,直至ZN隔离器，各含有4只二极管，分别依次为每2只构成1串联组，每2个串联组构成1个隔离器，即Z11/Z12与Z13/Z14，Z21/Z22与Z23/Z24，直至ZN1/ZN2与ZN3/ZN4；且各串联组中心连接点分别依次与其相对应的F1，F2，直至FN定子变频器的第7或第8脚相连接；而Z11、Z13、Z21、Z23，直至ZN1、ZN3各自的负极同时相交于M点；Z12、Z14，Z22、Z24.直至ZN2、ZN4各自的正极同时相较于Q点。

如图4所示：

所述隔离器组3，为固定极性识别模式结构，其中D1、D2，直至DN隔离器各只有1只二极管，且二极管D1、D2，直至DN隔离器各自的正极分别依次与其相对应的F1、F2，直至FN定子变频器的直流输出电压正极性端的第7脚相连接；而二极管D1、D2直至DN隔离器各自的负极同时相交于M点。

本发明首选中国业已大规模生产的可控硅作为逆变桥的重要关键件，以降低成本和提高系统性价比。当然在条件允许的情况下，也不排除进口IGBT或TGCT构成逆变桥来得以实现。

其余电子元器件均工业级通用件。

以上实例仅为本发明较佳实施例，用以说明本发明的技术特性和可实施性，并非用以限定本发明的专利权利；同时以上描述，对于熟知本技术领域的专业人士应可明了并加以实施。因此，在未脱离本发明所揭示的前提下，所完成的等效的改变或修饰，均包含在所述的权利要求书范围内。

本发明为一个不可多得的基于用一逆变桥取代多个定子变频器制动电阻的能量回馈系统。该系统具备创新性、新颖性、实用性和进步性，符合发明专利申请要件，故依据专利法提出申请。

Claims (4)

1.基于用一逆变桥取代多个定子变频器制动电阻的能量回馈系统，包括：定子变频器组(1)，电动机组(2)，隔离器组(3)，电抗器(4)，逆变桥(5)和变压器(6)，共6个部分构成一个整体，其中：

a、所述定子变频器组(1)，又含有多个定子变频器，分为第1定子变频器F1，第2定子变频器F2，直至第N定子变频器FN；

b、所述电动机组(2)，又含有多个电动机，分为第1电动机M1，第2电动机M2，直至第N电动机MN；

c、所述隔离器组(3)，又含有多个隔离器，分为第1隔离器G1，第2隔离器G2，直至第N隔离器GN；

d、所述电抗器(4)，为1个电抗器L；

e、所述逆变桥(5)，为1个可控硅全桥逆变器；

f、所述变压器(6)，为1个升压变压器T：

其特征是：

所述隔离器组(3)为自动识别极性模式结构，

所述自动识别极性模式结构含有第1隔离器G1，第2隔离器G2，直至第N隔离器GN，每个隔离器含有4只二极管，分别依次每2只二极管构成1串联组，每2个串联组构成一隔离器，即二极管Z11、二极管Z12串联构成的串联组和二极管Z13、二极管Z14串联构成的串联组并联构成隔离器G1；二极管Z21、二极管Z22串联构成的串联组和二极管Z23、二极管Z24串联构成的串联组并联构成隔离器G2；直至二极管ZN1、二极管ZN2串联构成的串联组和二极管ZN3、二极管ZN4串联构成的串联组并联构成隔离器GN；各串联组中心连接点分别依次与其相对应的第1定子变频器F1，第2定子变频器F2直至第N定子变频器FN的第7脚或第8脚相连接；而二极管Z11、二极管Z13、二极管Z21、二极管Z23、直至二极管ZN1、二极管ZN3各自的负极同时相交于M点；二极管Z12、二极管Z14、二极管Z22、二极管Z24、直至二极管ZN2、二极管ZN4各自的正极同时相交于Q点。

2.如权利要求1所述的基于用一逆变桥取代多个定子变频器制动电阻的能量回馈系统，其中：

逆变桥(5)又包含有3对可控硅组，即可控硅KP1与可控硅KP4，可控硅KP2与可控硅KP5，可控硅KP3与可控硅KP6；3对电容/电阻串联组，即电容C1/电阻R1与电容CA/电阻R4，电容C2/电阻R2与电容C5/电阻R5，电容C3/电阻R3与电容C6/电阻/R6；而可控硅KP1、可控硅KP2、可控硅KP3各自的阴极，分别依次与可控硅KP4、可控硅KP5、可控硅KP6各自的阳极相交于W、U、V点；

其特征是：

所述逆变桥(5)，为1个全桥逆变器，接受来自电抗器(4)的直流电流，逆变成与电力系统电源同频、同相的工频交流电，以便进行能量回馈。

3.如权利要求1所述的基于用一逆变桥取代多个定子变频器制动电阻的能量回馈系统，其中，变压器(6)的3个端入端X、Y、Z分别依次与逆变桥(5)中的输出端W、U、V相对应连接；而变压器(6)的3个输出端H、I、J分别依次与电网电源的A、B、C各相电压相连接，

其特征是：

所述变压器(6)为1个升压变压器T，用以当定子变频器直流电压高于60伏时，电动机处于发电状态，升压变压器T便将逆变桥(5)输出的交流电进行升压反馈给电网，实现能量回馈。

4.如权利要求1所述的基于用一逆变桥取代多个定子变频器制动电阻的能量回馈系统，其中：

定子变频器组(1)中第1定子变频器F1、第2定子变频器F2，直至第N定子变频器FN各自的第1、2、3脚，分别依次与电网电源的A、B、C各相电压相连接；而第1定子变频器F1、第2定子变频器F2，直至第N定子变频器FN各自的第4、5、6脚，分别依次与电动机组(2)中第一电动机M1、第二电动机M2，直至第N电动机MN各自的定子相连接，

其特征是：

所述定子变频器组(1)中的第一定子变频器F1、第二定子变频器F2，直至第N定子变频器FN各自的第7、8脚，分别依次与隔离器组(3)中第1隔离器G1、第2隔离器G2、直至第N隔离器GN各自的输入端相连接。