CN105429555A - 一种异步电动机大功率驱动系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种异步电动机的大功率驱动系统及其控制方法，解决了大功率三相异步电动机驱动困难的问题。包括电网（1）、工业控制机、三相全桥整流器（2）、储能电容（3）、IGBT模块和三相异步电动机绕组，三相异步电动机定子的A相绕组（4）、B相绕组（5）和C相绕组（6）均是开路设置的，第一IGBT模块（7）与第二IGBT模块（8）串联后组成A相绕组上桥臂，第三IGBT模块（9）与第四IGBT模块（10）串联后组成A相绕组下桥臂，每相绕组的上桥臂和下桥臂两组三相变频器IGBT模块不需要进行开关脉冲同步，有较高的可靠性，可以采用一半的开关频率，达到同等的转矩脉动，这样本质上变频器的损耗降低，功率器件可以增容使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种大功率驱动系统，特别涉及基于绕组开路的三相异步电动机的大功率驱动系统。
背景技术
在大功率（1MW以上）三相异步电动机大功率驱动系统中，三相异步电动机的绕组一般采用的是星形或三角形两种接法，驱动系统普遍采用的是传统的基于三相异步电动机或者永磁电动机的驱动系统，采用一个三相变频器进行驱动。这种方案的主要问题在于变频器的基本功率模块IGBT的单体容量是有限的，一般小于1MW，随着功率的增大，必须采用功率模块的并联或者串联的方法，如果采用并联方法，则必须保证开关脉冲的同步；如果采用串联方法，则必须保证串联功率模块实现很好的均压，两种方案在无形中都增加了驱动控制电路的技术实现难度，与此同时，由于驱动系统对于转矩脉动要求严格，一般都需要采用较高的开关频率（1kHz以上）来驱动电机，这样又增加了变频器的损耗，变频器输出普遍含有较高的脉冲尖峰，会对电动机的绝缘产生影响，并影响电动机的寿命。
发明内容
本发明提出一种异步电动机的大功率驱动系统及其控制方法，解决了大功率三相异步电动机驱动困难的技术问题。
本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：
一种异步电动机的大功率驱动系统，包括电网、工业控制机、三相全桥整流器、储能电容、IGBT模块和三相异步电动机绕组，三相异步电动机定子A相绕组、B相绕组和C相绕组均是开路设置的，第一IGBT模块与第二IGBT模块串联后组成A相绕组上桥臂，第三IGBT模块与第四IGBT模块串联后组成A相绕组下桥臂，A相绕组上桥臂和A相绕组下桥臂分别并联在三相全桥整流器的输出直流母线上，第一IGBT模块的发射级与第二IGBT模块集电极的连接点通过A相绕组上桥臂三相共模电抗器与三相异步电动机定子A相绕组的一端连接，三相异步电动机定子A相绕组4的另一端通过A相绕组下桥臂三相共模电抗器与第三IGBT模块的发射级与第四IGBT模块集电极的连接点连接在一起；第五IGBT模块与第六IGBT模块串联后组成B相绕组上桥臂，第七IGBT模块与第八IGBT模块串联后组成B相绕组下桥臂，B相绕组上桥臂和B相绕组下桥臂分别并联在三相全桥整流器的输出直流母线上，第五IGBT模块的发射级与第六IGBT模块集电极的连接点通过B相绕组上桥臂三相共模电抗器与三相异步电动机定子B相绕组的一端连接，三相异步电动机定子B相绕组的另一端通过B相绕组下桥臂三相共模电抗器与第七IGBT模块的发射级与第八IGBT模块集电极的连接点连接在一起；第九IGBT模块与第十IGBT模块串联后组成C相绕组上桥臂，第十一IGBT模块与第十二IGBT模块串联后组成C相绕组下桥臂，C相绕组上桥臂和C相绕组下桥臂分别并联在三相全桥整流器的输出直流母线上，第九IGBT模块的发射级与第十IGBT模块集电极的连接点通过C相绕组上桥臂三相共模电抗器与三相异步电动机定子C相绕组的一端连接，三相异步电动机定子C相绕组的另一端通过C相绕组下桥臂三相共模电抗器与第十一IGBT模块的发射级与第十二IGBT模块集电极的连接点连接在一起。
一种异步电动机大功率驱动系统的控制方法，包括以下步骤：
第一步、在工业控制机中设定A相标准载波,这个载波是标准三角波，频率由工业控制器设定，这个频率也是IGBT的开关频率。
第二步、在工业控制机中设置A相绕组上桥臂中的IGBT模块PMW脉宽调制开关信号的驱动电压参考信号，设置原则为：根据异步电机的A相驱动电压计算出A相驱动电压参考信号Ref_A+。
第三步、将第二步得到的A相驱动电压参考信号Ref_A+和第一步得到的A相标准载波信号CA1进行比较，当Ref_A+大于CA1时，输出SWA为1，否则为0。将SWA和SWA的取反信号分别输入死区时间发生器，最后得到实际的开关输出SWA+和SWA-，SWA+和SWA-分别驱动三相全桥逆变电路中A相上相桥臂的第一IGBT模块7与第二IGBT模块8；
第四步、将第二步得到的A相驱动电压参考信号Ref_A+取反，得到Ref_A-，即Ref_A+和Ref_A-之和为零，Ref_A-的载波CA2是CA1延时半个开关周期的结果，Ref_A-和CA2进行比较，当Ref_A-大于CA2时，输出SWa为1，否则为0，将SWa和SWa的取反信号分别输入死区时间发生器，最后得到实际的开关输出SWa+和SWa-，SWa+和SWa-分别驱动三相全桥逆变电路中A相下相桥臂的第三IGBT模块与第四IGBT模块，采用将CA1和CA2错开半个开关周期的方法，可以保证等效的系统开关频率变成了变频器实际开关频率的2倍，这样有效降低了转矩脉动，或者说在保证同样转矩脉动的前提下，变频器的实际开关频率变成了系统开关频率的1/2，这样极大降低了变频器的损耗，增加了变频器的实际容量；B相的上桥臂和下桥臂，以及C相的上桥臂和下桥臂的控制方法和A相的控制方法完全相同。
本发明的优点和效果如下，每相绕组的上桥臂和下桥臂两组三相变频器IGBT模块不需要进行开关脉冲同步，有较高的可靠性，可以采用一半的开关频率，达到同等的转矩脉动，这样本质上变频器的损耗降低，功率器件可以增容使用，等效地增加了电流输出能力，对于直流母线电压具有更高的利用率，等效地增加了电压输出能力，脉冲尖峰只有传统三相变频器的一半，因此对电动机的绝缘等级要求降低。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的A相上桥臂载波波形21、A相下桥臂载波波形22、A相上桥臂绕组参考驱动电压波形23和A相下桥臂绕组参考驱动电压波形24的波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
一种异步电动机的大功率驱动系统，包括电网1、工业控制机、三相全桥整流器2、储能电容3、IGBT模块和三相异步电动机绕组，三相异步电动机定子A相绕组4、B相绕组5和C相绕组6均是开路设置的，第一IGBT模块7与第二IGBT模块8串联后组成A相绕组上桥臂，第三IGBT模块9与第四IGBT模块10串联后组成A相绕组下桥臂，A相绕组上桥臂和A相绕组下桥臂分别并联在三相全桥整流器2的输出直流母线上，第一IGBT模块7的发射级与第二IGBT模块8集电极的连接点通过A相绕组上桥臂三相共模电抗器11与三相异步电动机定子A相绕组4的一端连接，三相异步电动机定子A相绕组4的另一端通过A相绕组下桥臂三相共模电抗器12与第三IGBT模块9的发射级与第四IGBT模块10集电极的连接点连接在一起；第五IGBT模块13与第六IGBT模块14串联后组成B相绕组上桥臂，第七IGBT模块15与第八IGBT模块16串联后组成B相绕组下桥臂，B相绕组上桥臂和B相绕组下桥臂分别并联在三相全桥整流器2的输出直流母线上，第五IGBT模块13的发射级与第六IGBT模块14集电极的连接点通过B相绕组上桥臂三相共模电抗器11与三相异步电动机定子B相绕组5的一端连接，三相异步电动机定子B相绕组5的另一端通过B相绕组下桥臂三相共模电抗器12与第七IGBT模块15的发射级与第八IGBT模块16集电极的连接点连接在一起；第九IGBT模块17与第十IGBT模块18串联后组成C相绕组上桥臂，第十一IGBT模块19与第十二IGBT模块20串联后组成C相绕组下桥臂，C相绕组上桥臂和C相绕组下桥臂分别并联在三相全桥整流器2的输出直流母线上，第九IGBT模块17的发射级与第十IGBT模块18集电极的连接点通过C相绕组上桥臂三相共模电抗器11与三相异步电动机定子C相绕组6的一端连接，三相异步电动机定子C相绕组6的另一端通过C相绕组下桥臂三相共模电抗器12与第十一IGBT模块19的发射级与第十二IGBT模块20集电极的连接点连接在一起。
一种异步电动机大功率驱动系统的控制方法，包括以下步骤：
第一步、在工业控制机中设定A相标准载波,这个载波是标准三角波，频率由工业控制器设定，这个频率也是IGBT的开关频率。
第二步、在工业控制机中设置A相绕组上桥臂中的IGBT模块PMW脉宽调制开关信号的驱动电压参考信号，设置原则为：根据异步电机的A相驱动电压计算出A相驱动电压参考信号Ref_A+。
第三步、将第二步得到的A相驱动电压参考信号Ref_A+和第一步得到的A相标准载波信号CA1进行比较，当Ref_A+大于CA1时，输出SWA为1，否则为0。将SWA和SWA的取反信号分别输入死区时间发生器，最后得到实际的开关输出SWA+和SWA-，SWA+和SWA-分别驱动三相全桥逆变电路中A相上相桥臂的第一IGBT模块7与第二IGBT模块8；
第四步、将第二步得到的A相驱动电压参考信号Ref_A+取反，得到Ref_A-，即Ref_A+和Ref_A-之和为零，Ref_A-的载波CA2是CA1延时半个开关周期的结果，Ref_A-和CA2进行比较，当Ref_A-大于CA2时，输出SWa为1，否则为0，将SWa和SWa的取反信号分别输入死区时间发生器，最后得到实际的开关输出SWa+和SWa-，SWa+和SWa-分别驱动三相全桥逆变电路中A相下相桥臂的第三IGBT模块9与第四IGBT模块10，采用将CA1和CA2错开半个开关周期的方法，可以保证等效的系统开关频率变成了变频器实际开关频率的2倍，这样有效降低了转矩脉动，或者说在保证同样转矩脉动的前提下，变频器的实际开关频率变成了系统开关频率的1/2，这样极大降低了变频器的损耗，增加了变频器的实际容量；B相的上桥臂和下桥臂，以及C相的上桥臂和下桥臂的控制方法和A相的控制方法完全相同。
本发明的驱动系统由电网1提供三相交流电输入，经过三相全桥整流器2转变成直流电压，形成直流母线，直流母线主要有储能电容3组成。直流母线分别连接两个三相全桥逆变电路的直流输入侧。三相全桥逆变电路的基本组成是一个基于IGBT和二极管并联的功率模块，异步电动机具有一个三相绕组，这个三相绕组既不是采用角接的型式，也不是采用星接的型式，而是将三相绕组的6个抽头都引出，形成A相绕组4、B相绕组5、C相绕组6。三相全桥逆变电路通过一个三相共模电抗器11与异步电动机的A相绕组4、B相绕组5、C相绕组6的上三相抽头相连接，三相全桥逆变电路通过一个三相共模电抗器12与异步电动机的A相绕组4、B相绕组5、C相绕组6的下三相抽头相连接。
图2是本发明的A相上桥臂载波波形21、A相下桥臂载波波形22、A相上桥臂绕组参考驱动电压波形23和A相下桥臂绕组参考驱动电压波形24的波形图，Ref_A+是A相上桥臂绕组参考驱动电压波形23，CA1是A相上桥臂载波波形，Ref_A+与CA1输入比较器进行比较，当Ref_A+大于CA1时，输出SWA为1，否则为0，将SWA和SWA的取反信号分别输入死区时间发生器，最后得到实际的开关输出SWA+和SWA-，SWA+和SWA-分别驱动三相全桥逆变电路中A相上桥臂的第一IGBT模块7与第二IGBT模块8，Ref_A-是将Ref_A+取反得到的A相下桥臂绕组参考驱动电压波形24，即Ref_A+和Ref_A-之和为零。CA2是Ref_A-的A相下桥臂载波波形22，CA2是CA1延时半个开关周期的结果，Ref_A-和CA2输入比较器进行比较，当Ref_A-大于CA2时，输出SWa为1，否则为0，将SWa和SWa的取反信号分别输入死区时间发生器，最后得到实际的开关输出SWa+和SWa-，SWa+和SWa-分别驱动三相全桥逆变电路中A相下桥臂的第三IGBT模块9与第四IGBT模块10，采用将CA1和CA2错开半个开关周期的方法，可以保证等效的系统开关频率变成了变频器实际开关频率的2倍，这样有效降低了转矩脉动，或者说在保证同样转矩脉动的前提下，变频器的实际开关频率变成了系统开关频率的1/2，这样极大降低了变频器的损耗，增加了变频器的实际容量，B相,以及C相的控制方法和上述描述完全相同，唯一的区别在于参考信号Ref_B+和Ref_C+分别相对Ref_A+相位差了120°和240°。
Claims (2)
1.一种异步电动机的大功率驱动系统，包括电网（1）、工业控制机、三相全桥整流器（2）、储能电容（3）、IGBT模块和三相异步电动机绕组，其特征在于，三相异步电动机定子的A相绕组（4）、三相异步电动机定子的B相绕组（5）和三相异步电动机定子的C相绕组（6）均是开路设置的，第一IGBT模块（7）与第二IGBT模块（8）串联后组成A相绕组上桥臂，第三IGBT模块（9）与第四IGBT模块（10）串联后组成A相绕组下桥臂，A相绕组上桥臂和A相绕组下桥臂分别并联在三相全桥整流器（2）的输出直流母线上，第一IGBT模块（7）的发射级与第二IGBT模块（8）集电极的连接点通过A相绕组上桥臂三相共模电抗器（11）与三相异步电动机定子A相绕组（4）的一端连接，三相异步电动机定子A相绕组（4）的另一端通过A相绕组下桥臂三相共模电抗器（12）与第三IGBT模块（9）的发射级与第四IGBT模块（10）集电极的连接点连接在一起；第五IGBT模块（13）与第六IGBT模块（14）串联后组成B相绕组上桥臂，第七IGBT模块（15）与第八IGBT模块（16）串联后组成B相绕组下桥臂，B相绕组上桥臂和B相绕组下桥臂分别并联在三相全桥整流器（2）的输出直流母线上，第五IGBT模块（13）的发射级与第六IGBT模块（14）集电极的连接点通过B相绕组上桥臂三相共模电抗器（11）与三相异步电动机定子B相绕组（5）的一端连接，三相异步电动机定子B相绕组（5）的另一端通过B相绕组下桥臂三相共模电抗器（12）与第七IGBT模块（15）的发射级与第八IGBT模块（16）集电极的连接点连接在一起；第九IGBT模块（17）与第十IGBT模块（18）串联后组成C相绕组上桥臂，第十一IGBT模块（19）与第十二IGBT模块（20）串联后组成C相绕组下桥臂，C相绕组上桥臂和C相绕组下桥臂分别并联在三相全桥整流器（2）的输出直流母线上，第九IGBT模块（17）的发射级与第十IGBT模块（18）集电极的连接点通过C相绕组上桥臂三相共模电抗器（11）与三相异步电动机定子C相绕组（6）的一端连接，三相异步电动机定子C相绕组（6）的另一端通过C相绕组下桥臂三相共模电抗器（12）与第十一IGBT模块（19）的发射级与第十二IGBT模块（20）集电极的连接点连接在一起。
2.一种异步电动机大功率驱动系统的控制方法，包括以下步骤：
第一步、在工业控制机中设定A相标准载波,这个载波是标准三角波，频率由工业控制器设定，这个频率也是IGBT的开关频率；
第二步、在工业控制机中设置A相绕组上桥臂中的IGBT模块PMW脉宽调制开关信号的驱动电压参考信号，设置原则为：根据异步电机的A相驱动电压计算出A相驱动电压参考信号Ref_A+；
第三步、将第二步得到的A相驱动电压参考信号Ref_A+和第一步得到的A相标准载波信号CA1进行比较，当Ref_A+大于CA1时，输出SWA为1，否则为0，将SWA和SWA的取反信号分别输入死区时间发生器，最后得到实际的开关输出SWA+和SWA-，SWA+和SWA-分别驱动三相全桥逆变电路中A相上相桥臂的第一IGBT模块（7）与第二IGBT模块（8）；
第四步、将第二步得到的A相驱动电压参考信号Ref_A+取反，得到Ref_A-，即Ref_A+和Ref_A-之和为零，Ref_A-的载波CA2是CA1延时半个开关周期的结果，Ref_A-和CA2进行比较，当Ref_A-大于CA2时，输出SWa为1，否则为0，将SWa和SWa的取反信号分别输入死区时间发生器，最后得到实际的开关输出SWa+和SWa-，SWa+和SWa-分别驱动三相全桥逆变电路中A相下相桥臂的第三IGBT模块（9）与第四IGBT模块（10）；
B相的上桥臂和下桥臂的控制方法，以及C相的上桥臂和下桥臂的控制方法与上述第一步到第四步的A相的控制方法完全相同。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0263060A1 (de) * | 1986-10-03 | 1988-04-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Pulsumrichtergespeiste elektrische Asynchronmaschine mit Kurzschlussläufer |
| US20120032622A1 (en) * | 2010-08-09 | 2012-02-09 | Lipo Thomas A | Single power supply dual converter open-winding machine drive |
| CN103281026A (zh) * | 2013-05-22 | 2013-09-04 | 浙江大学 | 一种混合逆变器开绕组永磁同步电机系统的控制方法 |
| CN103618491A (zh) * | 2013-11-21 | 2014-03-05 | 中国矿业大学 | 一种基于双三电平逆变器供电拓扑的svpwm策略 |
| CN104270062A (zh) * | 2014-10-22 | 2015-01-07 | 哈尔滨工业大学 | 开放式绕组感应电机3h桥驱动系统 |
| CN204408183U (zh) * | 2015-02-04 | 2015-06-17 | 中国矿业大学 | 开绕组电机双端级联式逆变器用共模滤波器 |
| CN205142070U (zh) * | 2015-11-30 | 2016-04-06 | 北京赛思亿电气科技有限公司 | 一种异步电动机大功率驱动系统 |
-
2015
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0263060A1 (de) * | 1986-10-03 | 1988-04-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Pulsumrichtergespeiste elektrische Asynchronmaschine mit Kurzschlussläufer |
| US20120032622A1 (en) * | 2010-08-09 | 2012-02-09 | Lipo Thomas A | Single power supply dual converter open-winding machine drive |
| CN103281026A (zh) * | 2013-05-22 | 2013-09-04 | 浙江大学 | 一种混合逆变器开绕组永磁同步电机系统的控制方法 |
| CN103618491A (zh) * | 2013-11-21 | 2014-03-05 | 中国矿业大学 | 一种基于双三电平逆变器供电拓扑的svpwm策略 |
| CN104270062A (zh) * | 2014-10-22 | 2015-01-07 | 哈尔滨工业大学 | 开放式绕组感应电机3h桥驱动系统 |
| CN204408183U (zh) * | 2015-02-04 | 2015-06-17 | 中国矿业大学 | 开绕组电机双端级联式逆变器用共模滤波器 |
| CN205142070U (zh) * | 2015-11-30 | 2016-04-06 | 北京赛思亿电气科技有限公司 | 一种异步电动机大功率驱动系统 |
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