CN102957375A - 三相整流桥组成的低-中-高压“移相旋转”变频器及其调速系统 - Google Patents

Abstract

三相整流桥组成的低-中-高压双馈倒置旋转变频器是由多个直流侧“短接”的晶闸管三相全波全控整流桥——“连通桥”组成的一种交～交直接变频器，它从绕线型双馈电机转子侧转移到定子侧、并以“等速连续移动旋转”方式馈入定子三相绕组，在电机气隙中形成“工频电源”和“旋转电源”共同产生的合成旋转磁场，使一般交流电机实现可控“异步化”同步运行，只要完成“连通桥”交流电源线、正负极连线，二“连通桥”正负极顺极性连线、同极性连线和交叉异极性连线的连接，就可借助互锁交叉触发软件构成移相串-并联多重化“无环流反并联桥”，使鼠笼型电动机、高压同步电动机和“削峰填谷”电动/发电M/G机组实现超-低同步调速及可逆传动。

Description

三相整流桥组成的低-中-高压“移相旋转”变频器及其调速系统

一、技术领域

本发明涉及到一种能使普通三相鼠笼型交流电动机和直流励磁同步电动机/发电机实现变频调速的“移相旋转(供电)变频器”，它适用于低压(220-380-660-1200V)、中压(3-6-10KV)和高压(.＞10-150KV)农田“排-灌”泵站、城市供-排水泵站、热电厂钴炉配套风机-水泵进行以额定转速(或同步转速)为“基速”的超/低同步无级调速、高水头水力发电机进行“变速恒频”发电，更适用于跨世纪工程——蓄能水电站电动-发电机组(M/G)进行电力网削峰填谷频繁“软起-软停-反转”控制。

二、背景技术

近10-20年来，世界上有些工业发达国家利用电力电子技术与数控技术研制成一种转子交流励磁有刷“双馈电机”(如图1a所示)，这种电机定子侧接恒压恒频(CVCF)工频电源，转子侧接频率为f₂的交流励磁变压变频(VVVF)电源。它有三个可调量：改变转子励磁电流幅值可调节电机功率因素、改变转子励磁电流相位可调节电机有功及无功，改变转子励磁电源频率可调节电机转速。1997年中国电力出版社出版、(俄)夏卡梁编著、徐绳均等译《异步化同步电机》一书说：交流励磁双馈电机实际上是一台绕线型转子异步电机，电网换向交～交直接变频器是最理想的交流励磁电源。

在定子工频电源f₁为正相序(A-B-C)情况下上述双馈电机通过“滑环-碳刷”向转子绕组馈入频率为f₂的交流励磁电流时，电机转速会出现下列三种情况：

笫一，转子通入正相序励磁电流(ia→ib→ic)时，励磁电流产生的旋转磁场方向与转子旋转方向相同，转子磁场转速等于转子转速n加上转子励磁磁场转速n₂、即n+n₂，根椐电机稳定运行原理可知：定/转子磁场应保持相对静止(或定/转子电流在电机气隙中产生的磁场应没有相对运动)，设n₁为定子工频同步旋转磁场转速，则下列等式应当成立：

n+n₂＝n₁，即_-n＝n₁-n₂

电机转速为定/转子旋转磁场转速之差。转速可用电角度/秒或转数/分钟表示，即n₁＝2兀f₁，n₂＝2兀f₂，故电机转速为

ω＝2兀(f₁-f₂)或n＝60/P(f₁-f₂)…………(1)

从(1)式可知，电机转速是两电源频率差的函数。改变f₂可调节转速：当励磁电源频率f₂＜f1＝50HZ时，电机转速低于同步转速N₀(或额定转速Ne)，调速范囲为0＜n＜N₀，这一区间的调速简称“低同步调速”。在低同步调速区，当励磁电源频率f₂＞f1时，转速为“-”值、说明电机可以反转。

第二、转子通入反相序励磁电流(ia→ic→ib)时，励磁电流产生的旋转磁场方向与转子旋转方向相反，转子磁场转速等于转子转速n减去转子励磁磁场转速n₂、即n-n₂，同理

n-n₂＝n₁、即n＝n₁+n₂，

故电机转速为

ω＝2兀(f₁+f₂)或n＝60/P(f₁+f₂)……………(2)

从(2)式可知，这时电机转速是两电源频率和的函数。改变f₂也可调节转速，但电机转速高于同步转速N₀(或额定转速Ne)，调速范囲为N₀＜n＜2N₀，这一区间的调速简称“超同步调速”。

第三，通入频率为零的交流励磁电流(f₂＝0)、即直流励磁电流，电机处于“准同步”运行状态，就像常规直流励磁的同步电动机/发电机工作在固定的“同步”转速一样。电机转速为

ω＝2兀f₁或n＝60f₁/P……………(3)

转子交流励磁双馈电机可工作在超/低同步调速“电动”或“发电”状态；转子励磁电源只处理转差功率，具有常规低同步串级调速转子电源容量与调速范围成正比的优点，因励磁电源可输入正/逆相序功率、取15％电机容量的励磁电源就可以获得±30％NO(或Ne)的调速范围。这个调速区能满足大多数泵类负载的要求。

交流励磁双馈电机的出现开创了电机转子变频调速的新时代，人们将它称为“转子变频调速”电机。“双馈转子变频调速”现已成为并网型风力“变速恒频”发电、抽水蓄能电动/发电(M/G)机组实现“削峰填谷”和高水头大型水力发电机组进行“变速恒频”发电的主流机型。交流励磁双馈电机是将电力半导体变频器与传统电机电磁工作原理相互结合的成功典范，是本发明经典传承的核心内容。

申请号为200810129077.3《三相整流桥组成的中低压和高压电机软启动器》发明专利提出采用“连通桥”、即直流侧正负极“短路”接通的三相全波全控整流桥作交流调压功率单元的创新构思，解决了大电机软启动电源“高压化”、“大容量化”和网侧电流波形“正弦化”问题。本发明进一步将“连通桥”的应用扩大延伸到交～交变频，即采用“连通桥”作反并联桥、并通过“移相串联联结”组成多重化电路，使高压大容量交-交变频器结构和接线大为简化，可靠性明显提高，成本大大降低。

三、发明内容

背景技术中的转子交流励磁有刷双馈调速电机用于大容量泵和压缩机传动是成功的，可以获得高的运行效率、特色鲜明、性能优良，但它具有碳刷和滑环、使电机运行可靠性降低，更大的缺点是它只适用于绕线型转子结构电机。众所周知，交流拖动系统80％以上是鼠笼型电动机和同步电动机，这些电动机都不能直接应用双馈调速技术、这不能不说是一个很大的遗憾。

从原理上说，交流感应电机的定子和转子是可以互换的，而且励磁电流可以从定子侧取得，例如鼠笼型异步电动机所需的交流励磁电流就是从定子侧输入的、且通过矢量变换可对其励磁分量进行独立控制。为了使普通交流电机能获得背景技术(1)、(2)式所表达的在电机磁路中建立“工频旋转磁场、转差旋转磁场及合成旋转磁场”的调速性能，可将转子侧励磁变频电源转移到电机定子侧(见图1a→图1b+图1c)。考虑到转移前的励磁电源是随转子以转差频率(f₂)在“旋转”的，为了实现“等效”转移，转子励磁电源应转移到“旋转的”电机定子绕组。而实际上交流电机的定子是固定不动的，但根据物体相对运动的规律：如果定子三相电源能沿定子作定速“移相”运动，则相当于定子作“旋转”运动。所谓“移相”是指三相工频电源按相电压或线电压沿定子绕组向顺时针方向作正相序(相电压为A-B-C、线电压为AB-AC-BC-BA-CA-CB)移动或向反时针方向作逆相序(相电压为A-C-B、线电压为AC-AB-CB-CA-BA-BC)移动。交-交变频器直接将工频电源变换成低周波电源，其工作机理实际上是一种“搬运”工频电压脉波的连续“移相”，所以电机定子三相电源的定速“移相”控制可采用交-交变频工作模式。为此，应采用变频器2代替变频器1，使从变频器2输出的三相工频电源(f₁)以电机转差频率f₂作等速“移相”(同时应将转子三相绕组短接使绕线电动机演变成鼠笼型电动机)。根据电机稳定运行“定-转子磁场应保持相对静止”原理，对每对磁极而言、可推导出电机合成旋转磁场的频率为：

f＝f₁±f₂，...............(4)

顺时针方向移相旋转时(即图1b所示)，(4)式符号取负、正相序移相电压的合成旋转磁场频率减小(f＝f₁-f₂)；反时针方向移相旋转时(即图1c所示)，(4)式符号取正，逆相序移相电压的合成旋转磁场频率增加(f＝f₁+f₂)；当工频电源处于常态(即不转动时)，移相旋转频率为零(f₂＝0)，合成旋转磁场的频率为工频(f＝f₁)。

若在合成旋转磁场频率低于工频50HZ的情况下、即当f＝f₁-f₂时，

使f₂＜f₁、f＞0、电动机正转

当f₂＞f₁、f＜0、电动机反转

上述现象说明适当控制移相旋转频率不但可使电机实现超/低同步调速，还可使电机实现正负转差调速。变频器2的输出频率可在原50HZ基础上下延伸扩充，电机的工作频率也可以低于或高于工频。为此，我们将变频器2称为《移相旋转变频器》(图1d)，而把配有变频器2的电机定名为《移相旋转(供电)变频调速电机》。显然，在变频器故障情况下可接通旁路开关KM、使电机直接由工频电网供电，系统仍可继续运转。

本发明的目的在于根据现有《转子有刷交流励磁双馈电机》变频调速工作原理，在普通交流电机定子侧加装“移相旋转(供电)变频器”，以便拓宽三相工频电源向电机提供的工作频率，使鼠笼型电动机和直流励磁型同步电动机/发电机都能实现变频调速。

本发明的目的是通过以下的技术措施来实现的：

变频电路采用技术成熟的零式“三脉波”、或桥式“六脉波”、或多重化桥式交-交直接变频器(重数用M表示)，三相变频器由相同的三个单相变频器组成，“三脉波”零式交-交变频器的单相变频器由一个功率单元(ZL)组成，“六脉波”桥式交-交变频器的单相变频器由二个功率单元(ZL)组成，多重化(M)桥式交-交变频器的单相变频器由2M个功率单元(ZL)组成。每个功率单元都是由三相共阴极整流电路(简称P型整流联结)和三相共阳极整流电路(简称N型整流联结)构成的晶闸管三相全波全控整流桥(见图2)。为提高交-交变频器P/N组或正/反桥反并联工作的可靠性并简化交直流母线的连接，功率单元采用“连通桥”、即直流测“短路”连通的三相整流桥，“短路”连通有两种方式(见图2)：一种是同一功率单元的直流正负极直接“短路”连通(图2a)，另一种是由同一交流电源供电的两个功率单元的直流正负极顺极性“短路”连通(图2b)。

功率单元都配有一块触发板CF(图3)，由单个直接短路连通桥组成的功率单元配备三脉波触发板(图3a)，其输入信号来自三相零式“近似余弦交迭调制电路”1-6号输出线，板上装有脉冲形成放大芯片(KJ041和KM1413)、无环流逻辑电路(LK)和转速“上-中-下”分档切换开关(K)，能产生移相控制正-反向触发单脉冲(“+1”/“-1”)，这些脉冲输出至功率单元(ZL)中的6个晶闸管(SCR)，一方面使P组“开放”、N组“封锁、反之亦然，另方面使P/N组分别建立正/逆相序移相电压，这样才能组成“互锁”P/N型整流结反并联的零式“三脉波”无环流单相交-交变频电路。“三脉波”单相交-交变频器的负载接在功率单元“短路”连通线与电源零之间，它能通过对P/N组晶闸管的触发导通建立“三脉波”正/逆相序移相旋转电压。三相零式“三脉波”变频器总输出功率＝3×1.4×[三相P型或N型整流联结输出功率]。

由二个直接“短路”连通桥(ZL1/ZL2)组成的功率单元，配备六脉波触发板(图3b)，其输入信号来自“三相桥式近似余弦交迭调制电路”1-12号输出线，板上也装有脉冲形成放大芯片(KJ041和KM1413)、无环流逻辑电路(LK)和转速“上-中-下”分档切换开关(K)，能产生移相控制正-反向触发单脉冲“±1”(“1-6”/“6-1”)及相应双窄触发脉冲(“±2”)，这些脉冲输至功率单元(ZL1/ZL2)中的12个晶闸管(SCR)，一方面使正组桥“开放”、反组桥“封锁、反之亦然，另方面使正/反组桥分别建立“六脉波”正/逆相序移相旋转电压。“六脉波”单相交-交变频器的负载接在两个功率单元直流“短路”连通线之间。三相桥式“六脉波”变频器总输出功率＝3×1.4×[连通桥输出功率]。

上述二个直接“短路”连通桥(ZL1/ZL2)欲组成无环流反并联“六脉波”桥式电路，必须分别配以“六脉波”触发板(CF1/CF2)、并使其P/N整流结进行“互锁”交叉重组(图4)，即ZL1的P型整流联结与ZL2的N型整流联结结合成为正组桥，ZL2的P型整流联结与ZL1的N型整流联结结合成为反组桥，正组桥“开放”、反组桥即“封锁”，反之亦然。

功率单元内除装有三相整流桥(ZL)和触发板(CF)外，还装有供反并联P/N组或正/反桥交替工作提供信号的电流过零检测器(CT)、晶闸管散热器、冷却风扇及电流-电压-温度等运行参数显示部件。单元外形结构设计成长方形分体式拼装结构，使用时卦装在变频柜上、并与交流电源、线路开关和安装在调节柜上的高速微处理器等组合成成套调速装置。

为了使电机定子三相绕组获得正弦供电电压，根据交-交变频器“余弦交迭”调制原理，采用HEF4752V集成芯片作三相期望正弦波发生器、组成“近似余弦交迭调制”电路，为触发器提供所需的输入脉冲。在图5三相零式“近似余弦交迭调制”电路中通过三相工频A-B-C同步信号、经过阻-容移相取出与余弦同步的方波，再经741积分电路获得近似余弦曲线的同步信号(锯矢波)，这些锯矢波与三相正-负期望正弦波在311芯片中进行交迭比较，生成三对正/负向单脉冲(1-3-5/2-4-6)，分别送至对应的a-b-c相触发板的输入端，作为产生“三脉波”正/逆相序电压的输入信号。同理，在图6三相桥式“近似余弦交迭调制”电路中通过三相工频A-B-C同步信号、经过阻-容移相取出与余弦同步的方波，再经741积分电路获得近似余弦曲线的同步信号(锯矢波上升段或下降段)，这些线性段与三相正-负期望正弦波在311芯片中进行交迭比较，生成三对正/反向触发脉冲(1-2-3-4-5-6/(7-8-9-10-11-12)，分别送至a-b-c相触发板的输入端，作为产生“六脉波”正/逆相序电压的输入信号。所以一套完整的“六脉波”桥式近似余弦交迭调制电路包括：同步信号、近似余弦曲线、三相期望正弦波发生器(HEF4752V集成芯片)及移相控制脉冲(α)。

转速分档开关(K)的“上(正相序)-中(零相序)-下(逆相序)”三档、分别与“低同步-同步-超同步”调速区相对应，它与设在HEF4752V集成芯片上的转向控制开关(S)进行联动可使系统实现正-反转超/低同步调速或正/负转差调速：当S置正相序、K向“上”时、三相工频电压产生顺时针方向旋转磁场，移相旋转电压为正相序，电机正向旋转，合成旋转磁场频率低于工频、转速低于同步速，K向“下”时、移相旋转电压为逆相序，电机仍为正向旋转，但合成旋转磁场频率高于工频、转速超过同步速，K置“中”位、分路开关KM接通，变频器不产生移相旋转电压(f₂＝0)，电机正向旋转，合成旋转磁场频率为工频、转速等于同步速；反之，当S置负相序、K向“上”时、移相旋转电压为正相序，电机反向旋转，合成旋转磁场频率低于工频、转速低于同步速，K向“下”时、移相旋转电压为逆相序、电机反向旋转，合成旋转磁场频率高于工频、转速超过同步速，K置“中”位、分路开关KM接通，变频器不产生移相旋转电压(f₂＝0)，电机反向旋转，合成旋转磁场频率为工频、转速等于同步速。分路开关KM、转向控制开关S和转速分档开关K都安装在调节柜上、由高速微处理器进行统一操作与联动、

图1d所示三相工频电压(变压器副边电压A’-B’-C’)对电机定子a-b-c的“旋转”供电是靠变频器生成的“正/逆相序”移相电压形成的、而后者完全依靠各单相变频器中晶闸管的有序开通才能实现。图7是零式“三脉波”电路各单相变频器使三相工频电源(A’-B’-C’)作等速“轮换”移相时P/N组晶闸管开通次序，图8是它从单相移相供电→三相旋转供电的示意图；同理，图9是桥式“六脉波”电路各单相变频器使三相工频电源(A’-B’-C’)作等速“轮换”移相时正/反桥晶闸管开通次序，图10是它从单相移相供电→三相旋转供电示意图。可以看出：移相旋转变频器使三相工频电源沿电机三相定子绕组a-b-c的“旋转”是由于三个单相变频器的相应三相工频电源沿电机各相应单相绕组作连续“轮换”移相的结果。图11就是上述两种电路单相变频器的三相工频电压沿电机单相绕组作连续移相时带电机负载时的移相电压波形，它应当是以电机转差频率f₂为重复频率的“三脉波”或“六脉波”连续移相电压、可向顺时针或反时针方向对相应电机绕组进行正/逆相序移相，对三相绕组而言应按相序先后次序、互差一个脉波(对零式电路“三脉波”而言)或二个脉波(对桥式电路“六脉波”而言)，以便形成“旋转”供电态势。调压时选择工频三相相电压或线电压正/负半波交点为计算控制角a＝0的起点，通过电流过零信号的检测(CT)、使P-N组或正-反桥交替工作，以实现周期为1/f₂的正/负半波重组、获得三相对称VVVF电源。所以“移相旋转”控制的要求是：电机定子三相电源以转差频率f₂作等速移相，产生周期为1/f₂正/逆相序多脉波电压，分相轮换按各相互差P/3个脉波沿顺/反时针方向转动、(就像定子在旋转一样)。

多个桥式“六脉波”变频器可进行“移相多重联结”、组成多重化变频器。多重化的基本思想是利用一系列具有方波信号的“基本变流器”经相移后通过铁心进行并联叠加，在网侧生成多级等阶梯波来抑制谐波逼近正弦波，随着参与合成方波数量的增加，输出波形所含阶梯数增加，理论上当阶梯数→∞时，就可认为获得了一个理想的正弦波。在目前，多重化巳成为高压大功率电力半导体变流器的标准结构。图12a-12e即为由“连通桥”功率单元组成的多重化单相变频器主电路，其中图12a是“连通桥”的一重联结，图12b是“连通桥”的移相二重串联(二组三相交流均匀移相-直流侧顺极性二串输出)，图12c是“连通桥”的移相三重串联(三组三相交流均匀移相-直流侧顺极性三串输出)、图12d是“连通桥”的移相四重串联(四组三相交流均匀移相-直流侧顺极性四串输出)，图12e是“连通桥”的移相二并二串混联(二组三相交流均匀移相-直流侧先并联再顺极性串联输出)。

多重化三相/单相变频器的主要特性由下列技术参数描述：①变频器重数、串联桥个数及余弦交迭调制电路套数(M＝1～4)；②功率单元个数及触发板块数(N＝2M)；③移相变压器各组三相绕组的移相角度(δ＝π/3M)；③变压器各组三相绕组均匀移相后的相数(m＝＝3M＝3、6、9、12相)；④连通桥直流侧输出电压脉波数(p＝6M＝6、12、18、24)。这是“连通桥”交-交变频器进行“升压扩容”的经济实施方案。实际上每个单相变频器对电机的一相绕组都是由三相工频电源供电的，所以冠以“三相/单相”的称谓，而多重化三相/三相“连通桥”变频器是由三个相同的多重化三相/单相“连通桥”变频器组成的，因为桥电路的串联联结比并联联结简单，所以多重联结一般采用“移相串联”，故“多重化”的的含义主要体现多个“基本变流器”——三相整流桥的串联个数。设一个连通桥的输出功率为Po，则装置总输出功率≈3×1.4M×[Po]，换言之，每个功率单元只承担1.4/M总输出功率，每个晶闸管只承担1.4/6M总输出功率，故采用连通桥多重化移相旋转变频器容易实现大容量化和产业化。电机电压越高、输出功率越大，变频器重数就越多、功率单元和触发板用量就多、移相变压器次级引线工艺更复杂，这时性能改善不明显而成本却增加很多，因此在确定多重化重数M时，必须兼顾功率单元的器件容量与耐压、并与电机压/频特性相匹配，一般取M≥1-4为宜。移相变压器可选用多重化大功率整流电路中的移相整流变压器(这时四组三相低压绕组分别接成Y、Δ、正曲折联结、反曲折联结)，也可选用延边三角形连接的移相变压器，这时四组三相低压绕组分别接成Y、Δ(变比为2)、正延边三角形联结(变比为3)、反延边三角形联结(变比为4)。为了区分同一单相变频器中的各重联结回路中的功率单元和触发板，可按变压器各组供电电压(即三相抽头移相绕组的标号)A-B-C、A’-B’-C’、A”-B”-C和A”’-B”’-C”’将各重回路分别定名为一重电路、二重电路、三重电路和四重电路。

《移相旋转变频》原理是在转子交流励磁双馈电机理论基础上、按《三相工频电源以交流感应电机转差频率f₂作等速移相》的控制策略提出来的，实施中对交-交变频进行了创新，拓宽了三相工频电源输入电机的工作频率；由“基本变流器”连通桥作功率单元、选用集“器件-电路-触发”于一体的三相整流模块组装，再由功率单元进行多重联结组成变频器的的思路，使高压大功率鼠笼型电动机和大中型高压同步电动机/发电动变频调速装置的体积、制造工艺和成本大大降低；三相/单相变频器不但可组合成三相/二相、三相/三相变频器，而且可用作交-交调压器或“调压型”软起动器；控制部份中的余弦交迭调制、零电流无环流逻辑切换、正/逆相序移相旋转、转向开关(S)控制、转速分档开关(K)的切换等可统一由高速微处理器软件调控；变频器一旦发生故障、可通过旁路开关(KM)向电机直接引入工频电源，系统仍可继续运行。

《移相旋转变频器》采用三相整流桥作基本变流器，使它的交流侧线电流波形是对称的、含谐波成份少，不但偶次和三次谐波、就是3×50＝150hz的所有奇数倍谐波也不存在，负载中含有的5、7、11、13、…次谐波通过多重联结(多单元级联式)又可消除，二重串联交流电流谐波次数为12K±1(K＝1、2、3、…)，三重串联为18K±1(K＝1、2、3、…)，四重串联为24K±1(K＝1、2、3、…)，所以高压电网侧交流电流谐波少，网侧电流波形为附加有正弦调制的多级等阶梯波，非常接近正弦波，对电网干扰小；整流桥向电机提供的定子电流，理论上为失真的方波，但经多重错位串联、线路电感滤波、及余弦交迭调制使它非常接近正弦波。美罗宾康变频器也是一种多单元级联式变频器、其先进性主要表现在功率单元应用了全控高频开关IGBT的正弦脉宽调制SPWM控制技术和多重移相联结技术，使它夺得了“完美无谐波变频器”的称号。但是目前高频正弦脉宽调制SPWM逆变器只在中小功率应用中享有优势，对于大功率变频器而言，大量研究表明：采用低开关频率的多重阶梯波技术在同样谐波水平下，在功耗、器件利用率及动态响应等方面均优于采用高开关频率的SPWM变频器。所以由晶闸管连通桥组成的移相旋转高压变频器与美罗宾康变频器相比、性价比更合理、升压扩容能力更强、运行更安全可靠。我们可将上述两种变频器的性能与经济指标作一全面对比和评价：

从上表12项技术-经济指标此较可看出，罗宾康变频器5、6、7项处于先进，1、3项两者持平、移相旋转变频器有7项优势超过罗宾康变频器。

四、附图说明

摘要附图(图16)

图1有刷双馈电机转子侧励磁电源等效转移到定子侧解说图

图2“连通桥”功率单元的内部组成结构图

图3“三脉波”触发板和“六脉波”触发板的组成方框图

图4P/N整流联结交叉重组为六脉波整流桥的示意图

图5三相“三脉波”“近似余弦交迭调制”电路原理图

图6三相“六脉波”“近似余弦交迭调制”电路原理图

图7“三脉波”单相变频器移相供电时晶闸管轮换开通次序

图8“三脉波”电路从单相移相供电→三相旋转供电示意图

图9“六脉波”单相变频器移相供电时晶闸管轮换开通次序

图10“六脉波”电路从单相移相供电→三相旋转供电示意图

图11“三/六脉波”单相变频器R-L负载移相电压-电流波形图

图12桥式功率单元的“移相多重联结”电路(串联-并联-混联)

图13中小型农田排-灌泵站“三脉波”移相旋转变频调速装置

图14公共电源“六脉波”桥式移相旋转变频电动汽车驱动装置

图15独立电源“六脉波”移相旋转变频风机-水泵降速节能调速装置

图16大中型“排-灌结合型”泵站超/低同步调速装置

图17大中型“防洪排涝”泵站提速排水排渍装置

图18蓄能水电站M/G机组“削峰填谷”软起-软停-反转控制系统

五、具体实施方式

《移相旋转变频调速电机》起动电流小，机械特性硬，变换效率高，功率复盖范围宽，输出电压范围广，可用于“四象限”可逆传动、尤适用于农田排-灌、防洪排涝、城市供-排水、南水北调的“重载”起动而调速范囲不宽的高压大容量调速系统，现列举几个实例说明具体实施方式。

[例1]：小型农田排-灌站超/低同步调速装置(图13)——零式变频器应用

我国是一个农业大国，中小型农田排-灌采用低压鼠笼型电动机拖动，常年“单速”运行，水泵扬程和所需流量不能按需调节，采用图13可使中小型低压鼠笼型电动机实现变速拖动。主电路由三个功率单元ZL1、ZL2、ZL3组成，每相包含一个功率单元，单元选用功率集成三相整流模块组装，直流正负极直接“短路”连通，交流侧由三相四线制(A-B-C-0)380/220V工频电网供电、单元直流“短路”线分别与电动机三相定子绕组(a、b、c)连接、星点0’与电网中点0连接，各相按三相工频电源的相电压产生“三脉波”为循环、以f₂为重复频率的正/逆相序连续移相电压，对电机三相绕组进行“轮换”移相供电，三相绕组按相序相互滞后一个脉波输入、形成三脉波轮换移相“旋转”供电的交-交变频拓扑结构。

控制部汾采用调频/调压双通道开环控制，输入信号f^* ₂从给定积分器进入压/频变换器(V/F)，经三相期望正弦波发生器(HEF4752V)与“近似余弦曲线”比较，完成三相零式“三脉波”交迭调制后，其输出的移相控制脉冲(α)分别送至功率单元触发板CF1、CF2、CF3输入端，经无环流逻辑(LK)、相序生成与切换环节输入P/N组晶闸管、实现移相旋转变频。变频的同时，经同步信号(Us)和函数发生器(低频段定子电压补偿)形成移相控制信号(Uk)，以改变晶闸管控制角α、调节输出电压，使电机U/F比保持协调恒定控制。在电机主电路中还接有分路开关KM，在开关K置“中”位时、中间继电器J带电、接通分路开关KM，变频器被旁路，P/N组晶闸管被“封锁”，而电动机直接由三相工频电源供电、电机转速等于额定转速(Ne)；在开关K向“上”时、电机转速低于额定转速(Ne)、各相绕组馈入正相序三脉波移相电压(A→B→C→A)，a、b、c三相P/N组晶闸管的导通次序是1→3→5→1/4→6→2→4、3→5→1→3/6→2→4→6、5→1→3→5/2→4→6→2；在开关K向“下”时、电机转速高于额定转速(Ne)，各相绕组馈入逆相序三脉波移相电压(A→C→B→A)，a、b、c三相P/N组晶闸管的导通次序为1→5→3→1/4→2→6→4、5→3→1→5/2→6→4→2、3→1→5→3/6→4→2→6。

[例2]：移相旋转变频电动汽车驱动装置(图14)——六脉波桥式变频器应用

图14是移相旋转变频器在电动汽车驱动的应用电路。必须利用高能直流蓄电池配制一套逆变式380/220V/50HZ三相UPS电源，对四台盘式、与汽车四轮组成“直驱”系统的的三相永磁同步电机(M1-M4)供电，四套M＝1的移相旋转变频器、连接在UPS电源与每台永磁电机定子绕组之间，变频器由六个直流侧正负极直接“短路”连通的功率单元(ZL1-ZL6)组成、功率单元选用三相功率集成智能控制整流模块组装，每台电机三相定子绕组有六根引线，每相绕组的两根引线分别与交流侧并联供电的二功率单元直流“短路”连通线相接，其中“连通桥”ZL1、ZL3、ZL5的“短路”连通线分别与定子三相绕组的首端a、b、c连接，“连通桥”ZL2、ZL4、ZL6的“短路”连通线分别与定子三相绕组的末端a’、b’、c’连接，各相按工频电源的线电压产生“六脉波”为循环、以f₂为重复频率的正/逆相序连续移相电压，对电机三相绕组进行“轮换”移相供电，三相绕组按相序相互滞后二个脉波输入、形成六脉波轮换移相“旋转”供电的变频调速系统。

控制部份采用调频/调压双通道开环控制，输入信号f^* ₂从给定积分器进入压/频变换器(V/F)，经三相期望正弦波与桥式“近似余弦曲线”比较、完成三相桥式“六脉波”交迭调制后，其输出的三对正/反桥调制脉冲(α)分别送至a相触发器的CF1-CF2板、b相触发器的CF3-CF4板和C相触发器的CF5-CF6板输入端，经无环流逻辑LK和相序生成与切换环节后输入正/反桥晶闸管、实现移相旋转变频，变频的同时，经同步信号(Us)和函数发生器(低频段定子电压补偿)形成移相控制信号(Uk)，以改变晶闸管控制角α、调节输出电压，使电机U/F比保持协调恒定控制。四台电机运转状态按上述控制原理由高速微处理器进行独立或同步控制，独立控制可灵活完成左-右转向、沿地旋转-倒车等操作，同步控制可高效完成升-降速运行、逆变停机-回馈制动等操作。在电机主电路中还接有分路开关KM，在开关K置“中”位时、中间继电器J带电、常开分路开关KM吸合，变频器被旁路，正/反桥晶闸管被“封锁”，电动机直接由三相逆变电源供电、汽车以中速恒速)运行，电机转速等于同步转速(No)；在开关(k)向“上”时、电机三相绕组按顺时针方向跳动两个脉波馈入正相序六脉波移相电压(AB→AC→BC→BA→CA→CB→AB)，汽车进入低速运行区，电机转速低于同步速(＜No)，a、b、c相正/反桥晶闸管的开通次序分别是：6→1→2→3→4→5→6、2→3→4→5→6→1→2、4→5→6→1→2→3；在开关(k)向“下”时、电机三相绕组按反时针方句跳动两个脉波馈入逆相序六脉波移相电压(AC→AB→CB→CA→BA→BC→AC)时，汽车进入高速运行区，电机转速高于同步速(＞No)，a、b、c三相正/反桥晶闸管的开通次序分别是：2→1→6→5→4→3→2、6→5→4→3→2→1→6、4→3→2→1→6→5→4。

[例3]：风机-水泵-压缩机降速节流节能系统(图15)——M＝1桥式变频器应用

风机、水泵、压缩机流量与转速成正比，转矩近似随电动机转速的平方变化，而功率约按转速立方变化。现有由鼠笼型电动机拖动的风机、水泵、压缩机以全速(即额定转速)运行，如果通过下调转速使流量减少到额定流量的80％，电动机轴功率将下降到额定值的51.2％，同理如果流量减少60％、则轴功率将下降到21.6％。这类负载采用移相旋转变频调速，具有≥20-50％的节电效果，还可进行“重载”软起动/软停机。

图15是由三相隔离电源供电的“六脉波”桥式移相旋转变频器，交流电网3KV、变频器重数M＝1、由六个直流侧正负极直接“短路”连通的功率单元(ZL1-ZL6)组成、选用三相功率集成智能控制整流模块组装，6个单元卦装在一个变频柜中，交流侧两两并联分别由一台隔离电源变压器二次绕组供电，ZL1、ZL3、ZL5的“短路”连通线分别与定子三相绕组a、b、c连接，ZL2、ZL4、ZL6的“短路”连通线连接在一起成为系统公共点定(0’)，各相按工频电源的线电压产生“六脉波”为循环、以f₂为重复频率的正/逆相序连续移相电压，对电机三相绕组进行“轮换”移相供电，三相绕组按相序相互滞后二个脉波输入、形成六脉波轮换移相“旋转”供电的变频调速拓扑结构。

控制部份组成及各相晶闸管开通次序与图14基本相同，不同的是分路开关为中压3KV、操作回路采用直流电源，开关(K)只向“上”、“中”置位、电机只工作在低同步调速区、转速≤额定转速。

[例4]：农用“排-灌结合型”泵站调速装置(图16)——M＝2桥式变频器应用、

我国农田排灌事业的发展已有二千多年的历史，大中型农田灌-排站星罗棋布。自从“直流投励-牵入同步”并网运行技术推广应用以来，这里集中了一大批为电力网提供无功功率的“恒速”运行3-6-10KV高压大容量同步电动机。“排-灌结合型”泵站担负《高速排水》与《低速灌溉》的双重任务，“恒速”拖动与水泵站的经济运行方式相矛盾。2011年中央一号文件指出要关注民生水利工程，对大中型泵站设备要进行技术改造，建立节电节水型社会。采用本专利技术可使高压大容量同步电动机在保持无功可调的情况下实现以同步速为“基速”的超/低同步变频调速，在灌溉时能进行“低同步调速”使电机“降速”运行、取得显著的节电节水效益；而在洪涝高水位时可进行“超同步调速”使电机“提速”运行、在提高水泵扬程的同时，加大流量和流速排除渍水渍雨，具有巨大经济和社会效益。

图16是采用二重化移相旋转变频器组成的高压同步电动机独立变频调速系统，变频器由十二个功率单元(ZL1-ZL12)组成，一个单相变频器包含四个功率单元、选用高压大电流晶闸管整流模块组装，ZL1-ZL4组成a相变频器、ZL5-ZL8组成b相变频器、ZL9-ZL12组成c相变频器，每个单相变频器由一台Y-Δ联结的双绕组移相变压器供电，三个单相变频器的接线及性能完全一样，a相变频器的接线是：ZL1-ZL2和ZL3-ZL4的交流侧两两并联、分别由移相30度的变压器Y/Δ联结两组三相低压绕组供电(A-B-C和A’-B’-C’)，ZL1和ZL4的直流侧直接“短路”连通、并分别与电动机a相定子绕组和三相系统公共端0’连接，ZL2和ZL3的正负极“顺极性”连通，形成一个二串反并联桥、通过交叉重组P/N整流结组成无环流二串反并联正-反桥。各单相变频器产生“十二脉波”为循环、以f₂为重复频率的正/逆相序连续移相电压，对电机相应绕组进行“轮换”移相供电，三相绕组按相序相互滞后四个脉波输入，形成十二脉波轮换移相“旋转”供电的变频调速系统。

控制系统与图14基本相同，不同的是对应主电路的二重串联桥各相触发器由四个功率单元对应的四块触发板组成，并相应二串二重桥采用了两套(①套和②套)三相桥式交迭调制电路，各套交迭调制电路输出的三对正/反桥触发脉冲分别送至交流电压与调制电路同步信号相位一致的a-b-c三相功率单元对应的4块触发板输入端。当开关K向“上”时、电机转速低于同步速(＜No)，电机绕组馈入正相序12脉波移相电压(AB→A’B’→AC→A’C’→BC→B’C’→BA→B’A’→CA→C’A’→CB→C’B→AB)，a、b、c三相正/反组中的二串桥晶闸管导通次序分别是6→6’→1→1’→2→2’→3→3’→4→4’→5→5’→6、2→2’→3→3’→4→4’→5→5’→6→6’→1→1’→2、4→4’→5→5’→6→6’→1→1’→2→2’→3→3’→4；当开关K向“下”时、电机转速高于同步速(＞No)，电机绕组馈入逆相序12脉波移相电压(AC→A’C’→AB→A’B’→CB→C’B’→CA→C’A’→BA→B’A’→BC→B’C’→AC)，a、b、c正/反组二串桥晶闸管导通次序分别是6→6’→5→5’→4→4’→3→3’→2→2’→1→1’→6、4→4’→3→3’→2→2’→1→1’→6→6’→5→5’→4、2→2’→1→1’→6→6’→5→5’→4→4’→3→3’→2；当开关K置“中”位时、电机转速等于同步速(No)。分路开关KM的连接与图15相同。

[例5]：“防洪排涝”泵站提速排水调速装置(图17)——M＝3桥式变频器应用

我国重点防洪排涝区和城市供-排水泵站由高压大容量同步电动机拖动，拖动系统按历史最高水位和最大洪峰选择电机容量和转速，现有泵站只负责排涝和排除渍水渍雨，电机在“高速区”运行。由于转速不能调节、在低水位排水时容易造成“大马拉小车”现象，浪费大量电能。多年来，我国排水泵站技术改造只对电机进行增容提速，日常“排水”工作存在较大的降速调节范围和升速运行储备容量。采用本专利技术加入变频器后，可将升频升速调节区从单一的超同步升速调速区转移到“低-中-超”调速区、既可使高速区排水的工作频率接近额定工作频率50HZ、吩防止电机发热、提高工作可靠性，又可挖掘这部份潜在电能。

图17是采用三重化三相/三相变频器组成的高压同步电动机独立变频调速电路。变频器由十八个功率单元(ZL1-ZL18)组成，一个单相变频器包含六个功率单元，选用高压大电流晶闸管元件组装，分装在三个单相变频柜中，其中ZL1-ZL6组成a相变频柜、ZL7-ZL12组成b相变频柜、ZL13-ZL18组成c相变频柜，三个单相变频柜的接线和性能完全一样，其中a相变频柜的连接是：ZL1-ZL2、ZL3-ZL4和ZL5-ZL6的交流侧两两并联、分别由移相角δ＝π/3M＝20的曲析联结三绕组移相变压器(A-B-C、A’-B’-C’和A”-B”-C”)供电，ZL1和ZL6的直流侧直接“短路”连通、并分别与电动机a相定子绕组和三相系统公共端0’连接，ZL2-ZL3、ZL4-ZL5的正负极“顺极性”连通，通过交叉重组P/N整流结组成无环流反并联三串正-反桥。各单相变频器产生“十八脉波”为循环、以f₂为重复频率的正/逆相序连续移相电压，对电机三相绕组进行“轮换”移相供电，三相绕组按相序相互滞后六个脉波输入、形成十八脉波轮换移相“旋转”供电的变频调速电路。当开关K向“下”时、电机转速高于同步速(＞No)，当开关K置“中”位时、电机转速等于同步速(No)。

控制原理与图14基本相同，不同的是对应主电路的三重串联桥采用了三套三相桥式“六脉波”交迭调制电路，各相触发器由六个功率单元对应的六块触发板组成，各套交迭调制电路输出的三对正/反桥触发脉冲分别送至交流电压与交迭电路同步信号相位一致的a-b-c三相功率单元对应的6块触发板输入端；另外按水泵防洪排涝最高速确定电机同步转速，将排水高速区选择在横跨“低同步-同步-超同步”三调速区，使电机工作频率始终低于或接近50HZ。分路开关KM的连接与图15相同。

[例6]蓄能水电站M/G“软起-软停”控制(图18)——M＝4桥式变频器应用

电力系统“削峰填谷”自动调节是现代智能电网建设重要配套工程，带有可逆式水泵-水轮机的抽水蓄能水电站“电动/发电(M/G)”机组的“软起-软停-反转”控制已成为一种跨世纪工程正引起人们重视。目前世界上单台M/G的容量已达到300-500万KW，我国蓄能水电站的单机容量也已达到100-300万KW。M/G机组与可逆式水泵-水轮机同轴联结，同一机组两种工况：“电动-水泵”抽水和“水轮机-并网”发电交替工作，并需根据电力负荷变化情况频繁进行“软起-软停-反转”自动控制。

《移相旋转变频调速电机》既然可作“电动”运行”，根据电机的可逆运行原理，它也应当可作“发电”运行”。可见，我国现有常规直流励磁“恒速”运行的M/G机组可利用本专利技术改造成为可随上下水库水位的变化实现“变速恒频”电动/发电运行的机组，即在电机作“电动机-水泵”抽水运行时，组成同步电动机独立变频调速系统、进行超/低同步调速“电动”运行；在电机作“水轮机-并网”发电运行时，组成同步发电机“变速恒频”发电系统、进行超/低同步变速“发电”运行，这时应将开环控制系统改用矢量变换闭环控制系统。

图17是采用四重化三相/三相变频器组成的M/G机组“软起-软停-反转”控制主-控电路框图，变频器由24个功率单元组成(ZL1-ZL24)，一个单相变频器包含8个功率单元，选用直流输电平台高压整流桥组装，其中ZL1-ZL8组成a相变频器、ZL9-ZL16组成b相变频器、ZL17-ZL24组成c相变频器，每个单相变频器由一台四绕组移相变压器供电，三个单相变频器的接线完全一样，如a相：ZL1-ZL2、ZL3-ZL4、ZL5-ZL6和ZL7-ZL8的交流侧两两并联、分别由移相角δ＝π/3M＝15度的曲析联结四绕组移相变压器供电(A-B-C、A’-B’-C’和A”-B”-C”和A”’-B”’-C”’)，ZL1和ZL8的直流侧直接“短路”连通、并分别与电动机a相定子绕组和三相系统公共端0’连接，ZL2-ZL3、ZL4-ZL5、ZL6-ZL7的正负极“顺极性”连通，通过交叉重组P/N整流结组成无环流四串反并联正-反桥。各单相变频器产生“二十四脉波”为循环、以f₂为重复频率的正/逆相序连续移相电压，对电机相应绕组进行“轮换”移相供电，三相绕组按相序相互滞后8个脉波输入、形成二十四脉波轮换移相“旋转”供电的变频调速系统。这时网侧电流具有14级阶梯波，电路功率因数可达0.9971，为电机提供的连续移相电压的等效开关频率达到7.2KHZ。

控制部份采用了四套“桥式余弦交迭调制电路”、各相触发器由八个功率单元对应的八块触发板组成：a相F1-CF8、b相F9-CF16、c相F17-CF24，各套交迭调制电路输出的a-b-c相正/反桥三对触发脉冲分别送至交流电压与交迭电路同步信号相位一致的一二三四重电路功率单元对应的触发板输入端。另外与电动-水泵“正转”运行相比，放水发电，机组在水轮机带动下需“反转”运行，系统进入“反转”超/低同步“变速恒频”发电运行状态。分路开关KM的连接与图15相同。

Claims (10)

1.一种主要由三相380/220V工频电网(A-B-C-O)、低压旁路开关(km)、“连通桥”功率单元(ZL)、三相零式余弦交迭调制电路、三脉波旋转供电触发板(CF)、零电流检测与极性识别器(CT)、转向控制开关(S)、转速分档同步切换开关(K)和交流电动机定/转子绕组及磁路組成的《零式移相旋转变频器及其调速系统》，其特征在于：变频器由三个功率单元(ZL)组成、功率单元是由共阴极整流联结(P)和共阳极整流联结(N)构成的晶闸管三相全波全控整流桥，选用功率集成智能控制三相整流模块组装，直流侧正负极“短路”连通，连通线分别与电机定子三相绕组(a、b、c)连接、绕组星点0’与电源中点0连接，交流侧接工频电源，组成由三组三相工频电源、经3×3＝9个晶闸管双向开关分别向电机三相定子各单相绕组供电的拓扑结构，控制部份具有一套三相零式余弦交迭调制电路、三块“三脉波”旋转供电触发板(CF1-3)、三套转速分档同步切换开关(K)、一个“正-负”相序转向控制开关(S)、和一台连接在A-a、B-b、C-c之间的常开分路开关(KM)，从三相零式余弦交迭调制电路输出的a-b-c相P/N组三对正弦调制单脉冲分别从三块触发板输入，经正/负向单脉冲通道(+1/-1)、零电流检测逻辑(LK)和开关(K)至三个功率单元P/N组晶闸管，使P/N组直流侧输出3脉波正弦形正/逆相序移相电压，按三相相互滞后一个脉波输入电机定子绕组，当开关(K)向“上”时P/N组输出正相序移相电压、电机转速低于额定速、a-b-c三相晶闸管轮换导通的次序是：p组为1→3→5→1、3→5→1→3/、5→1→3→5，N组为4→6→2→4、6→2→4→6、2→4→6→2，当开关(K)向“下”时P/N组输出逆相序移相电压、电机转速高于额定速、a-b-c三相晶闸管轮换导通的次序是：p组为1→5→3→1、5→3→1→5、3→1→5→3，N组为4→2→6→4、2→6→4→2、6→4→2→6，当开关(K)置“中”时电机转速等于额定速。

2.权利1所述《零式移相旋转变频器及其调速系统》用于中小功率交流可逆传动“四象限”调速的特征是：被控电机为鼠笼型电动机，可进行“重载”变频软起动/软停机，开关(S)为“正相序”时、置开关(K)于“下”档或“上”档、电机可分别进行“正转”超/低同步升-降速调节，开关(S)为“负相序”时、置开关(K)于“下”档或“上”档、电机可分别进行“反转”超/低同步升-降速调节，置开关(K)于“中”档、电机可沿任一方向以额定转速作“恒速”运转。

3.权利1或2所述《零式移相旋转变频器及其调速系统》用于绕线电动机拖动的桥式起重机技术改造的特征是：主-副吊和大-小车四台线绕型异步电动机的转子回路短接作鼠笼型电动机用，定子分别由一套《零式移相旋转变频器》供电，每一套变频器组装成一台变频柜、用于取代原有调速电阻及继电-接触器电磁盘，，四台电机运转状态及主-副钩和大-小车电动机的联动控制通过余弦交迭调制电路、旋转供电触发板(CF)、零电流检测与极性识别器(CT)、转向控制开关(S)及转速分档开关(K)等环节由高速微处理器进行统一操作与调控。

4.权利1所述《零式移相旋转变频器及其调速系统》用于中小型农田水泵站实现排-灌调速的特征是：水泵电机是380/220V鼠笼型电动机或线绕型异步电动机，可进行“重载”变频软起动/软停机，“排水”时可从额定转速向上调节，“灌溉”时可从额定转速向下调节，变频器故障时仍可以额定转速作恒速运转。

5.一种主要由工频电网(A-B-C)、旁路开关(KM)、三相移相变压器、“连通桥”功率单元(ZL)、三相桥式余弦交迭调制电路、六脉波旋转供电触发板(CF)、零电流检侧与极性识别器(CT)、转向控制开关(S)、分档切换开关(K)和交流电机定/转子绕组及磁路組成的《多重化桥式移相旋转变频器及其调速系统》，其特征在于：变频器多重联结电路的重数M≥1-4，由6M个功率单元(ZL)组成，功率单元是由共阴极整流联结(P)和共阳极整流联结(N)构成的晶闸管三相全波全控整流桥，选用三单元或六单元三相整流模块、或高压大电流晶闸管元件、或直流输电平台高压阀组装，这些单元从左至右分装在相同的a、b、c三个单相变频柜中，其中a相变频柜的接线是：相邻功率单元交流侧两两并联由一台移相角为δ＝π/3M度的M组(A-B-C、A’-B’-C’、A”-B”-C和A”’-B”’-C”’…)三相绕组移相变压器供电，首末两个单元的直流侧正负极直接“短路”连通、分别与电机a相定子绕组和系统公共点(O’)连接、中间各相邻单元的直流侧正负极顺极性“短路”连通，通过双窄脉冲触发软件对各对正/反组桥中的P/N整流联结进行交叉触发和“互锁”重组，控制部份具有M套三相桥式余弦交迭调制电路、6M块六脉波旋转供电触发板(CF)、6M套转速分档同步切换开关(K)、三套零电流检测与极性识别器(CT)、一套“正-负相序”转向控制开关(S)和一台连接在电网和定子绕组A-a、B-b、C-c之间的旁路开关(KM)，从同步信号(Us)获得近似余弦曲线、并与三相期望正弦波进行交迭比较，输出M套、每套a-b-c相正/反桥三对经正弦调制的相控六脉冲(±1)，分别从相应相、相应工频交流供电电压的触发板输入，经正/负向单脉冲通道(1-6/6-1)及双窄脉冲、零电流检测逻辑(LK)和开关(K)至相应功率单元晶闸管，使M串反并联正/反组桥交替工作、正-负半波组合、形成周期为1/f₂的6M脉波正/逆相序移相电压，按三相互差2M个脉波输入电机三相定子绕组，当开关K向“上”时输入正相序移相电压，系统低速运行，当开关K向“下”时输入逆相序移相电压，系统高速运行，在一般情况或变频器故障状态下开关(k)置“中”位，电机直接由工频电网供电，系统以电机额定速或同步速运行。

6.权利5所述《多重化桥式移相旋转变频器及其调速系统》用于组成电动汽车驱动装置的特征是：装置配有一套三相工频380/220V逆变车载电源，具有四套重数M＝1的移相旋转变频器，每套由6个功率单元组成、选用功率集成智能控制三相整流模块组装、直流侧“短路”连通、交流侧两两并联由三相逆变电源供电，每个车轮上装有一台盘式三相永磁同步电机，分别由一套变频器驱动，电机三相定子绕组有六根引线，每相绕组的两根引线分别与二相邻功率单元“短路”连通线连接，四台电机运转状态通过一套余弦交迭调制电路、6块六脉波旋转供电触发板、6套分档同步切换开关、3套零电流检测与极性识别器、一套转向控制开关及一台分路开关等环节由高速微处理器进行统一联动与调控，从余弦交迭调制电路输出的三对经正弦调制的相控六脉冲(±1)、分别送至a-b-c三相与功率单元对应的触发板输入端，使正/反桥直流侧输出六脉波正弦形正/逆相序移相电压，按三相互差2个脉波将六脉波移相电压输入电机三相绕组，开关(k)向“上”时、汽车低速前行，变频器输出“六脉波”正相序移相电压(AB→AC→BC→BA→CA→CB→AB)，a、b、c正/反组桥晶闸管的导通次序是6→1→2→3→4→5→6、2→3→4→5→6→1→2、4→5→6→1→2→3，开关(k)向“下”时、汽车高速前行，变频器输出逆相序移相电压(AC→AB→CB→CA→BA→BC→AC)，a、b、c三相正/反桥晶闸管的导通次序是2→1→6→5→4→3→2、6→5→4→3→2→1→6、4→3→2→1→6→5→4，开关(k)置“中”位时、汽车以中速恒速前行。

7.权利5所述《多重化桥式移相旋转变频器及其调速系统》用于组成风机-水泵降速节能流量调节系统的特征是：工频电源为3KV电网，被控电机为3KV中压鼠笼型电动机或绕线型电动机，可实现“重载”变频软起动/软停机，变频器重数M＝1，由6个功率单元(ZL1-ZL6)组成、选用直流侧“短路”的六单元晶闸管智能控制整流模块组装、这些单元从左至右安装在一个变频柜中、交流侧两两并联由一台三相隔离电源变压器三组低压绕组供电，其中ZL1、ZL3、ZL5的“短路”线分别与电机定子绕组(a-b-c)连接，ZL2、ZL4、ZL6的“短路”线与系统公共点(0’)连接，控制部份有1套余弦交迭调制电路、6块六脉波旋转供电触发板、6套分档同步切换开关、3套零电流检测与极性识别器、一套转向控制开关及一台分路开关，从余弦交迭调制电路输出的三对经正弦调制的相控六脉冲(±1)、分别送至a-b-c三相与功率单元对应的触发板输入端，使正/反桥直流侧输出六脉波正弦形正/逆相序移相电压，按三相互差2个脉波将六脉波移相电压输入电机三相绕组，欲减少流量、置开关(K)向“上”、电机低同步降速运行(＜No)，变频器输出“六脉波”正相序移相电压(AB→AC→BC→BA→CA→CB→AB)，a、b、c正/反组桥晶闸管的导通次序是6→1→2→3→4→5→6、2→3→4→5→6→1→2、4→5→6→1→2→3，正常情况下开关(k)置“中”，电机按额定转速作“恒速”运行。

8.权利5所述《多重化桥式移相旋转变频器及其调速系统》用作大中型“排-灌结合型”泵站电机调速的特征是：工频电网为6-10KV，被控电机为中-高压大容量同步电动机或鼠笼型电动机，可进行“重载”变频软起动/软停机，变频器的重数M＝2，由12个功率单元组成、选用三相六单元晶闸管整流模块组装、这些单元分装在三个单相变频器柜中，a相变频柜由ZL1-ZL4组成，交流侧两两并联由一台移相角为δ＝π/3M＝30度的Y-Δ联结双绕组(A-B-C、A’-B’-C’)移相变压器供电，控制部份有二套余弦交迭调制电路、12块六脉波旋转供电触发板、12套分档同步切换开关、3套零电流检测与极性识别器、一套转向控制开关及一台分路开关，从余弦交迭调制电路①输出的三对经正弦调制的相控六脉冲(±1)、分别送至交流电压A-B-C供电的一重电路功率单元相对应的触发板输入端，从余弦交迭调制电路②输出的三对经正弦调制的相控六脉冲(±1)、分别送至交流电压A’-B’-C’供电的二重电路功率单元相对应的触发板输入端，使二串桥直流侧输出12脉波正弦形正/逆相序移相电压，按三相互差4个脉波将12脉波移相电压输入电机三相绕组，六对正弦调制的正/反桥6路双窄触发脉冲分别送至a-b-c触发板输入端，灌溉时开关(K)向“上”、电机降速运行(＜No)，电机绕组馈入正相序12脉波移相电压(AB→A’B’→AC→A’C’→BC→B’C’→BA→B’A’→CA→C’A’→CB→C’B→AB)，a、b、c三相正/反组中的二串桥晶闸管导通次序分别是6→6’→1→1’→2→2’→3→3’→4→4’→5→5’→6、2→2’→3→3’→4→4’→5→5’→6→6’→1→1’→2、4→4’→5→5’→6→6’→1→1’→2→2’→3→3’→4；排水时开关(K)向“下”、电机升速运行(＞No)，电机绕组馈入逆相序12脉波移相电压(AC→A’C’→AB→A’B’→CB→C’B’→CA→C’A’→BA→B’A’→BC→B’C’→AC)，a、b、c正/反组二串桥晶闸管导通次序分别是6→6’→5→5’→4→4’→3→3’→2→2’→1→1’→6、4→4’→3→3’→2→2’→1→1’→6→6’→5→5’→4、2→2’→1→1’→6→6’→5→5’→4→4’→3→3’→2；一般情况或变频器故障状态下、开关(K)置“中”位、电机转速等于同步速(No)。

9.权利5所述《多重化桥式移相旋转变频器及其调速系统》用作大中型“防洪排涝”泵站电机调速的特征是：工频电网为6-10KV，被控电机为中-高压大容量同步电动机，可进行“重载”变频软起动/软停机，按历史最高水位确定电机最大容量和最高转速，变频器重数M＝3，由18个功率单元组成、选用高压大电流晶闸管元件组装、分装在三个单相变频器柜中，a相变频柜由ZL1-ZL6组成，交流侧两两并联由一台移相角为δ＝π/3M＝20度的曲折联结三绕组(A-B-C、A’-B’-C’、A”-B”-C”)移相变压器供电，控制部份有三套余弦交迭调制电路、18块六脉波旋转供电触发板、18套分档同步切换开关、3套零电流检测与极性识别器、一套转向控制开关及一台分路开关，从余弦交迭调制电路①输出的三对经正弦调制的相控六脉冲(±1)、分别送至交流电压A-B-C供电的一重电路功率单元相对应的触发板输入端，从余弦交迭调制电路②输出的三对经正弦调制的相控六脉冲(±1)、分别送至交流电压A’-B’-C’供电的二重电路功率单元相对应的触发板输入端，从余弦交迭调制电路③输出的三对经正弦调制的相控六脉冲(±1)、分别送至交流电压A”-B”-C”供电的三重电路功率单元相对应的触发板输入端，使三串桥直流侧输出18脉波正弦形正/逆相序移相电压，按三相互差6个脉波将18脉波移相电压输入电机三相绕组，9对正弦调制的正/反桥6路双窄触发脉冲分别送至a-b-c触发板输入端，洪涝排水按下列次序进行操作：①启动电机：开关K向“上”、按重载变频软启动程序使电机加速、并在与合成旋转磁场频率为40HZ左右相对应的低同步调速区运行，②升频提速调节：在低同步调速区进行升频提速，使电机转速升到与额定频率50HZ相对应的同步转速(这时可将开关K置“中”，电机可长期工作于提速排水状态)，③欲需再憎加排水量、可将开关K向“下”，使电机运行在超同步调速区，并在超同步调速区将合成旋转磁场频率升至55HZ左右。

10.权利5所述《多重化桥式移相旋转变频器及其调速系统》用作蓄能水电站电动/发电(M/G)机组对电力系统进行“削峰填谷”软起-软停-反转控制的特征是，工频电网为10-150KV，被控电机是高压大容量直流励磁型同步电动机/发电机，变频器重数M＝4，可进行“重载”变频软起动/软停止，系统采用定子磁通定向、按水位和水压参数进行矢量变換转速闭环控制，由24个功率单元组成、选用直流输电平台高压阀组装、分装在三个单相变频器柜中，a相变频柜由ZL1-ZL8组成，交流侧两两并联由一台移相角为δ＝π/3M＝15度的四绕组(A-B-C、A’-B’-C’、A”-B”-C”和A”’-B”’-C”’)移相变压器供电，ZL1和ZL8单元的直流侧正负极直接“短路”连通、并分别与电机a相定子绕组和系统公共点(0’)连接、ZL2-ZL3、ZL4-ZL5、ZL6-ZL7单元的直流侧正负极顺极性“短路”连通，控制部份有四套余弦交迭调制电路、24块六脉波旋转控制触发板、24套分档同步切换开关、3套零电流检测与极性识别器、一套转向控制开关及一台分路开关，从余弦交迭调制电路①输出的三对经正弦调制的相控六脉冲(±1)、分别送至交流电压A-B-C供电的一重电路功率单元相对应的触发板输入端，从余弦交迭调制电路②输出的三对经正弦调制的相控六脉冲(±1)、分别送至交流电压A’-B’-C’供电的二重电路功率单元相对应的触发板输入端，从余弦交迭调制电路③输出的三对经正弦调制的相控六脉冲(±1)、分别送至交流电压A”-B”-C”供电的三重电路功率单元相对应的触发板输入端，从余弦交迭调制电路④输出的三对经正弦调制的相控六脉冲(±1)、分别送至交流电压A”’-B”’-C”’供电的四重电路功率单元相对应的触发板输入端，使4串桥直流侧输出24脉波正弦形正/逆相序移相电压，按三相互差8个脉波输入电机三相定子绕组，“填谷”运行时，开关S置“正相序”、在“重载变频软启动”程序操作下启动电机，M/G机组正转工作于“电动-水泵”抽水状态，当转速达到调速区最低速时、系统按上/下水池水位或压力为自动控制在超-低同步调速区工作，停机时、将给定频率(f*₂)置于50HZ(或51-52HZ)、系统转换到低同步调速区工作后、自动按“软停机”操作程序进行减速、直至减速至零停机，当电力系统需要蓄能水电站从“填谷”转换到“削峰”运行时，先将开关S置“负相序”，再将上水池储水阀门打开、放水使电机进入“反转发电”运行状态，通过移相旋转及定子磁通定向矢量变換闭环控制，使系统进入超/低同步“变速恒频”发电运行。

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