CN102916625B - 互补脉冲两相调压软起动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及为一种互补脉冲两相调压软起动器。本发明的三相交流电源经A、B、C相调压电路与三相交流异步电动机的A、B、C相连接；单片机的输出第一路同时与A、B相调压电路连接，第二路与三相交流异同步电动机续流电路直流侧接的第三绝缘栅极双极性晶体管连接，第三路分别与设置在A相调压电路与三相交流异步电动机之间的电流互感器、设置在B相调压电路与三相交流异步电动机之间的电流互感器连接；三相交流异同步电动机续流电路分别连接在A、B相调压电路与三相交流异步电动机的A、B相之间、三相交流电源与三相交流异步电动机的C相之间。本发明可以连续，起动转矩脉动分量也大大减小，起动也更加平稳，可降低IGBT的数量，节省成本。

Description

互补脉冲两相调压软起动器

技术领域

本发明涉及为一种互补脉冲两相调压软起动器。

背景技术

目前，普通软起动器主要采用三相晶闸管降压启动，它在电路结构上采用每相串接反并联的两只晶闸管或双向晶闸管，通过改变每相电压的导通时间来实现降压起动。该方法存在两个重要缺点。其一，起动转矩小，三相交流异步电动机起动转矩正比于起动电压的平方，当电压降低时，转矩以起动电压降低的平方倍数降低；其二，电流断续，因为晶闸管属于半控型器件，只有当它的正向导通电流下降到零时才能关断，所以用晶闸管降压软起动，电流必然断续，存在较大的脉动转矩。

变频器也有被用作软起动器的，虽然效果较好，但变频器在技术上属于交-直-交结构。它首先将三相工频电源进行三相桥式不可控整流，然后对整流输出的直流电压进行滤波，最后采用脉冲宽度调制（PWM）技术输出电压频率都可调的可控交流电。变频器结构、技术复杂，成本较高，不易于普及推广。

目前还存在着一种离散变频调压软起动技术，它利用晶闸管的半控特性，对三相工频交流电源，有选择的导通，从而形成50/nHz的电压（n=1,2,3...）波形。这种技术有三个重要缺点，第一，离散变频软起动器只能提供50Hz、25Hz、16.7Hz/3、12.5Hz等离散频率点的电压，属于分级离散变频软起动，每两级之间的切换依然存在冲击电流较大的情况。第二，离散变频软起动所提供电源谐波含量大，三相电压不平衡，实际上难以用于软起动。第三，离散变频软起动也存在着电流断续的缺点。这些因素也是导致目前市场上离散变频软起动器未能普及的原因。

综上所示，目前软起动技术普遍采用半控型器件晶闸管来实现降压软起动，存在着电流断续、脉动转矩分量较大、启动转矩低的特点。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种可以连续，起动转矩脉动分量也大大减小，起动也更加平稳的互补脉冲两相调压软起动器。

为解决上述的技术问题，本发明采取的技术方案：

一种互补脉冲两相调压软起动器，其特殊之处在于：包括三相交流电源、单片机、A相调压电路、B相调压电路、三相不可控整流桥、三相交流异步电动机，三相交流电源的第一路经A相调压电路与三相交流异步电动机的A相连接，第二路经B相调压电路与三相交流异步电动机的B相连接，第三路与三相交流异步电动机的C相连接；单片机的输出分三路连接，第一路同时与A相调压电路、B相调压电路连接，第二路与三相交流异同步电动机续流电路直流侧接的第三绝缘栅极双极性晶体管连接，第三路分别与设置在A相调压电路与三相交流异步电动机之间的电流互感器、设置在B相调压电路与三相交流异步电动机之间的电流互感器连接；三相交流异同步电动机续流电路分三路分别连接在A相调压电路与三相交流异步电动机的A相之间、B相调压电路与三相交流异步电动机的B相之间、三相交流电源与三相交流异步电动机的C相之间。

上述的A相调压电路由电力二极管D7、电力二极管D8、电力二极管D9、电力二极管D10、第一绝缘栅双极型晶体管，电力二极管D7、电力二极管D8串联构成第一级二极管，电力二极管D7、电力二极管D8串联构成第二级二极管，第一级二极管与第二级二极管并联，第一级二极管与第二级二极管之间并联第一绝缘栅极双极性晶体管，第一绝缘栅极双极性晶体管上并联有第一保护电路构成。

上述的B相调压电路由电力二极管D11、电力二极管D12、电力二极管D13、电力二极管D14、第二绝缘栅极双极性晶体管，电力二极管D11、电力二极管D12串联构成第一级二极管，电力二极管D13、电力二极管D14串联构成第二级二极管，第一级二极管与第二级二极管并联，第一级二极管与第二级二极管之间并联第一绝缘栅极双极性晶体管，第二绝缘栅极双极性晶体管上并联有第一保护电路构成。

上述的第一绝缘栅极双极性晶体管、第二绝缘栅极双极性晶体管的触发脉冲相同。

上述的三相交流异同步电动机续流电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6，二极管D1和二极管D2串联构成第一级二极管，二极管D3和二极管D4串联构成第二级二极管，二极管D5和二极管D6串联构成第三级二极管，三级二极管并联构成三相交流异同步电动机续流电路。

上述的第三绝缘栅极双极性晶体管上并联有第三保护电路。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明采用互补脉冲触发全控型器件绝缘栅性双极性晶体管（IGBT）来实现交流调压技术，因为IGBT的触发脉冲周期远小于工频周期，交流电机起动电流虽然仍有较小的脉动，但是可以连续，起动转矩脉动分量也大大减小，起动也更加平稳，此外，以交流电机C相绕组端电压为参考电势点，在获得同样旋转磁通时，只需给A、B绕组提供互差60度的交流电源既可，因此只需对三相交流异步电动机的A、B两相进行调压，这样可降低IGBT的数量，节省成本。

附图说明

图1为本发明的电路连接图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参见图1，本发明包括三相交流电源4、单片机5、A相调压电路1、B相调压电路2、三相不可控整流桥5、三相交流异步电动机14，三相交流电源4的第一路经A相调压电路1与三相交流异步电动机14的A相连接，第二路经B相调压电路2与三相交流异步电动机14的B相连接，第三路与三相交流异步电动机14的C相连接；单片机5的输出分三路连接，第一路同时与A相调压电路1、B相调压电路2连接，第二路与三相交流异同步电动机续流电路3直流侧接的第三绝缘栅极双极性晶体管6连接，第三路分别与设置在A相调压电路1与三相交流异步电动机14之间的电流互感器12、设置在B相调压电路2与三相交流异步电动机14之间的电流互感器13连接；三相交流异同步电动机续流电路3分三路分别连接在A相调压电路1与三相交流异步电动机14的A相之间、B相调压电路2与三相交流异步电动机14的B相之间、三相交流电源4与三相交流异步电动机14的C相之间。

上述的A相调压电路1由电力二极管D7、电力二极管D8、电力二极管D9、电力二极管D10、第一绝缘栅极双极性晶体管8，电力二极管D7、电力二极管D8串联构成第一级二极管，电力二极管D7、电力二极管D8串联构成第二级二极管，第一级二极管与第二级二极管并联，第一级二极管与第二级二极管之间并联第一绝缘栅极双极性晶体管8，第一绝缘栅极双极性晶体管8上并联有第一保护电路9构成。

上述的B相调压电路2由电力二极管D11、电力二极管D12、电力二极管D13、电力二极管D14、第二绝缘栅极双极性晶体管7，电力二极管D11、电力二极管D12串联构成第一级二极管，电力二极管D13、电力二极管D14串联构成第二级二极管，第一级二极管与第二级二极管并联，第一级二极管与第二级二极管之间并联第一绝缘栅极双极性晶体管8，第二绝缘栅极双极性晶体管7上并联有第一保护电路10构成。

上述的第一绝缘栅极双极性晶体管8、第一绝缘栅极双极性晶体管8的触发脉冲相同。

上述的三相交流异同步电动机续流电路3包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6，二极管D1和二极管D2串联构成第一级二极管，二极管D3和二极管D4串联构成第二级二极管，二极管D5和二极管D6串联构成第三级二极管，三级二极管并联构成三相交流异同步电动机续流电路3。

上述的第三绝缘栅极双极性晶体管6上并联有第三保护电路11。

在主电路结构上，分别采用四只电力二极管和一只绝缘栅极双极性晶体管以及相应的保护电路，构成两组基本单相交流调压电路，分别串接在三相交流异步电动机的A相、B相供电电源端。另用六只电力二极管和一只绝缘栅极双极性晶体管及其相应的保护电路，构成三相续流桥3，将三相续流桥接到交流调压电路和三相交流异步电动机定子绕组之间，为了检测并控制起动电流，在三相交流异步电动机侧的A相、B相电源线上分别设置一个电流互感器，电流互感器检测的电流信号送入单片机5。

在主电路控制上，单片机5产生的控制脉冲有两路，一路脉冲触发两组调压电路的绝缘栅极双极性晶体管，另一路脉冲触发三相续流桥直流侧的绝缘栅极双极性晶体管6，两路脉冲正负完全相反，为互补脉冲，脉冲频率为1KHz。这样，在第一绝缘栅双极型晶体管8、第二绝缘栅双极型晶体管7触发导通时刻，第三绝缘栅极双极性晶体管关断，三相交流电源给三相交流异步电动机供电，在第一绝缘栅双极型晶体管8、第二绝缘栅双极型晶体管7关断时，第三绝缘栅极双极性晶体管触发导通，三相交流异步电动机定子电流通过三相续流桥续流。

在控制算法上，为了实现对三相交流异步电动机的软起动控制或软停车控制。具体有两种控制方式。其一，按预设曲线完成斜坡电压启动。也就是一种开环控制方式，这种情况可不设置电流互感器。根据事先计算的最小电压Umin和起动时间，线性调节调压脉冲的占空比α，直到α为100%，输出电压为三相交流电压的额定电压。此时，可通过另设旁路三相交流接触器，将三相交流异步电动机切换到三相交流电源上。完成三相交流异步电动机的斜坡电压软起动。其二，恒流软起动。在微处理器控制系统里预设最大允许起动电流Imax，通过电流互感器检测当前实际电流I，在微处理器控制系统内设置一个带限幅输出的数字PID控制器，PID控制器的输入为最大允许起动电流Imax与实际电流I的偏差，PID控制器的输出为调压脉冲的占空比α，PID控制器的输出上限为100%，下限为0%。

式中，T为电流采样周期，k为第k个采样时刻。

如果实现三相交流异步电动机的软停车功能，可按斜坡电压软起动的相反方向调节调压脉冲的占空比α，使α由100%逐步减小，此时输出交流电压的有效值逐步降低，直到实现软停车。

Claims (4)

1.一种互补脉冲两相调压软起动器，其特征在于：包括三相交流电源（4）、单片机（5）、A相调压电路（1）、B相调压电路（2）、三相交流异步电动机续流电路（3）、三相交流异步电动机（14），三相交流电源（4）的第一路经A相调压电路（1）与三相交流异步电动机（14）的A相连接，第二路经B相调压电路（2）与三相交流异步电动机（14）的B相连接，第三路与三相交流异步电动机（14）的C相连接；单片机（5）的输出分三路连接，第一路同时与A相调压电路（1）、B相调压电路（2）连接，第二路与三相交流异步电动机续流电路（3）直流侧接的第三绝缘栅极双极性晶体管（6）连接，第三路分别与设置在A相调压电路（1）与三相交流异步电动机（14）之间的电流互感器（12）、设置在B相调压电路（2）与三相交流异步电动机（14）之间的电流互感器（13）连接；三相交流异步电动机续流电路（3）分三路分别连接在A相调压电路（1）与三相交流异步电动机（14）的A相之间、B相调压电路（2）与三相交流异步电动机（14）的B相之间、三相交流电源（4）与三相交流异步电动机（14）的C相之间；所述的A相调压电路（1）由电力二极管D7、电力二极管D8、电力二极管D9、电力二极管D10、第一绝缘栅双极型晶体管（8）组成，电力二极管D7、电力二极管D8串联构成第一级二极管，电力二极管D9、电力二极管D10串联构成第二级二极管，第一级二极管与第二级二极管并联，第一级二极管与第二级二极管之间并联第一绝缘栅极双极性晶体管（8），第一绝缘栅极双极性晶体管（8）上并联有第一保护电路（9）构成；所述的B相调压电路（2）由电力二极管D11、电力二极管D12、电力二极管D13、电力二极管D14、第二绝缘栅极双极性晶体管（7）组成，电力二极管D11、电力二极管D12串联构成第三级二极管，电力二极管D13、电力二极管D14串联构成第四级二极管，第三级二极管与第四级二极管并联，第三级二极管与第四级二极管之间并联第二绝缘栅极双极性晶体管（7），第二绝缘栅极双极性晶体管（7）上并联有第二保护电路（10）构成；

所述三相交流异步电动机续流电路（3）接到交流调压电路和三相交流异步电动机定子绕组之间，在三相交流异步电动机侧的A相、B相电源线上分别设置一个电流互感器，电流互感器检测的电流信号送入单片机（5）。

2.根据权利要求1所述的互补脉冲两相调压软起动器，其特征在于：所述的第一绝缘栅极双极性晶体管（8）、第二绝缘栅极双极性晶体管（7）的触发脉冲相同。

3.根据权利要求2所述的互补脉冲两相调压软起动器，其特征在于：所述的三相交流异步电动机续流电路（3）包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6，二极管D1和二极管D2串联构成第一级二极管，二极管D3和二极管D4串联构成第二级二极管，二极管D5和二极管D6串联构成第三级二极管，三级二极管并联构成三相交流异步电动机续流电路（3）。

4.根据权利要求3所述的互补脉冲两相调压软起动器，其特征在于：所述的第三绝缘栅极双极性晶体管（6）上并联有第三保护电路（11）。