CN107093964B - 具有三个全控型变流器的无刷双馈电机调速装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的具有三个全控型变流器的无刷双馈电机调速装置，包括第一、二三相交流电源、第一至第三全控型变流器、三相电感、直流母线电容和无刷双馈电机及与该无刷双馈电机转轴相连的机械负载，以及五个三相交流开关和三个直流开关。本发明还提供了该调速装置的控制方法。本发明具有三个全控型变流器的无刷双馈电机调速装置及方法的优点是：由于设置了五个三相交流开关、三个直流开关和三个全控型变流器，在任一变流器出现故障时，由另两个变流器组成完整的调速控制系统，实现了在超同步和亚同步状态的正常运行，提高和确保了无刷双馈电机运行的高可靠性。该调速系统还具有成本优势，有助于无刷双馈电机调速系统在中高压交流调速领域的应用。
Description
技术领域
本发明涉及电机调速系统领域，具体涉及一种具有三个全控型变流器的无刷双馈电机调速装置及方法。
背景技术
由于无刷双馈电机不存在电刷和滑环的维护问题，使得其工作寿命远比与其配套的三相全控型PWM变流器工作寿命长。但是，一旦变流器中某一功率器件发生故障，系统必然发生突发性停机，将导致巨大的经济损失，很难实现调速系统的高可靠性运行。为了解决这一问题，专利文献ZL 201410382239.X(可平滑切换的冗余型四象限无刷双馈电机调速系统)采用4个三相PWM整流器构成冗余型四象限无刷双馈电机调速系统，相对提高了可靠性，但是在成本上有显著的增加，这不利于推动无刷双馈电机调速系统在中高压交流调速领域的应用。专利文献ZL 201510808905.6(可柔性运行的冗余型无刷双馈电机调速系统)通过采用三相全控型PWM变流器、三相不可控整流器、交流开关和直流开关构成的具有冗余结构的变流装置，解决了三相全控型PWM第一全控型变流器或第二全控型变流器损坏时，电机亚同步调速的问题，但无法实现三相全控型PWM第一全控型变流器或第二全控型变流器损坏时，电机超同步运行的问题。
发明内容
鉴于上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有三个全控型变流器的无刷双馈电机调速装置及其方法，在任一变流器出现故障时，可以由另两个变流器组成完整的调速控制系统，实现在超同步和亚同步状态的正常运行，进一步提高和确保无刷双馈电机运行的可靠性。同时，该调速系统还以成本优势利于无刷双馈电机调速系统在中高压交流调速领域的应用。
为达上述目的，本发明一种具有三个全控型变流器的无刷双馈电机调速装置，包括第一三相交流电源、第二三相交流电源、第一全控型变流器、第二全控型变流器和无刷双馈电机及与该无刷双馈电机转轴相连的机械负载，还包括五个三相交流开关、三个直流开关和第三全控型变流器，其中：所述第一三相交流电源、第一三相交流开关与无刷双馈电机的功率绕组依次分相串联连接，所述第二三相交流电源、第二三相交流开关与第一全控型变流器的交流侧依次分相串联连接，所述第二三相交流电源、第三三相交流开关与第三全控型变流器的交流侧依次分相串联连接，所述第二三相交流电源、第三三相交流开关、第四三相交流开关与无刷双馈电机的控制绕组依次分相串联连接，所述第一全控型变流器的直流侧高电压端、第一直流开关、第二直流开关与第二全控型变流器的直流侧高电压端依次串联连接，所述第二全控型变流器的交流侧、第五三相交流开关与无刷双馈电机的控制绕组依次分相串联连接，
所述第三全控型变流器的直流侧高电压端与第三直流开关串联连接并与第一直流开关和第二直流开关的串联结点相连，三个全控型变流器各直流侧低电压端相互连接为参考地线端。
本发明具有三个全控型变流器的无刷双馈电机调速装置，还包括三相电感和直流母线电容，其中所述三相电感依次分相连接在第二三相交流电源与第二三相交流开关和第三三相交流开关两个三相交流开关的公共输入端之间，所述直流母线电容连接在第一直流开关和第二直流开关的串联结点与参考地线端之间。
本发明具有三个全控型变流器的无刷双馈电机调速装置，其中所述第一交流电源与第二交流电源为相同的交流电源。
本发明具有三个全控型变流器的无刷双馈电机调速装置，其中所述第一交流电源与第二交流电源为不相同的交流电源。
为达上述目的，本发明提供了一种具有三个全控型变流器的无刷双馈电机调速装置的控制方法，该方法包括：
1)当调速系统运行在四象限状态时，先断开第三三相交流开关、第四三相交流开关和第三直流开关，再闭合第一三相交流开关、第二三相交流开关、第五三相交流开关、第一直流开关和第二直流开关，由所述三相电感、第一全控型变流器、直流母线电容和第二全控型变流器构成无刷双馈电机的变流器系统；
2)当第一全控型变流器发生故障时，先断开第二三相交流开关和第一直流开关，再闭合第三三相交流开关和第三直流开关，由所述三相电感、第三全控型变流器、直流母线电容和第二全控型变流器构成无刷双馈电机的变流器系统；
3)当第二全控型变流器发生故障时，先断开第五三相交流开关和第二直流开关，再闭合第四三相交流开关和第三直流开关，由所述三相电感、第一全控型变流器、直流母线电容和第三全控型变流器构成无刷双馈电机的变流器系统。
本发明具有三个全控型变流器的无刷双馈电机调速装置及方法的优点和积极效果是：由于设置了五个三相交流开关、三个直流开关和第三全控型变流器，构成的无刷双馈电机调速系统在三全控型变流器中任一变流器出现故障时，实现了调速系统在超同步和亚同步状态的正常运行，进一步提高和确保了无刷双馈电机运行的高可靠性。同时，该调速系统还具有成本优势，有助于无刷双馈电机调速系统在中高压交流调速领域的应用。
附图说明
图1是本发明具有三个全控型变流器的无刷双馈电机调速装置的电路结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合参照附图对本发明进一步详细说明本发明具有三个全控型变流器的无刷双馈电机调速装置及方法的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，本发明具有三个全控型变流器的无刷双馈电机调速装置，包括第一三相交流电源1、第二三相交流电源2、第一全控型变流器3、第二全控型变流器4、第三全控型变流器5、三相电感L1、直流母线电容C和无刷双馈电机7及与该无刷双馈电机转轴相连的机械负载，以及五个三相交流开关K1-K5和三个直流开关K6-K8，其中：第一三相交流电源1、第一三相交流开关K1与无刷双馈电机的功率绕组依次分相串联连接。第二三相交流电源2、第二三相交流开关K2与第一全控型变流器3的交流侧依次分相串联连接。第二三相交流电源2、第三三相交流开关K3与第三全控型变流器5的交流侧依次分相串联连接。第二三相交流电源2、第三三相交流开关K3、第四三相交流开关K4与无刷双馈电机的控制绕组依次分相串联连接。第一全控型变流器3的直流侧高电压端、第一直流开关K6、第二直流开关K7与第二全控型变流器4的直流侧高电压端依次串联连接，第二全控型变流器4的交流侧、第五三相交流开关K5与无刷双馈电机的控制绕组依次分相串联连接。第三全控型变流器5的直流侧高电压端与第三直流开关K8串联连接并与第一直流开关K6和第二直流开关K7的串联结点相连，三个全控型变流器3、4、5各直流侧低电压端相互连接为参考地线端。三相电感L1依次分相连接在第二三相交流电源2与第二三相交流开关K2和第三三相交流开关K3两个三相交流开关的公共输入端之间，所述直流母线电容C连接在第一直流开关K6和第二直流开关K7的串联结点与参考地线端之间。
在本发明具有三个全控型变流器的无刷双馈电机调速装置不同的实施例中，第一三相交流电源1与第二三相交流电源2可以为相同的三相交流电源，也可以为不相同的三相交流电源。
本发明具有三个全控型变流器的无刷双馈电机调速装置，采用的控制方法包括：
1)当调速系统运行在四象限状态时，先断开第三三相交流开关K3、第四三相交流开关K4和第三直流开关K8，再闭合第一三相交流开关K1、第二三相交流开关K2、第五三相交流开关K5、第一直流开关K6和第二直流开关K7，由所述三相电感L1、第一全控型变流器3、直流母线电容C和第二全控型变流器4构成无刷双馈电机7的变流器系统；
2)当第一全控型变流器3发生故障时，先断开第二三相交流开关K2和第一直流开关K6，再闭合第三三相交流开关K3和第三直流开关K8，由所述三相电感L1、第三全控型变流器5、直流母线电容C和第二全控型变流器4构成无刷双馈电机7的变流器系统；
3)当第二全控型变流器4发生故障时，先断开第五三相交流开关K5和第二直流开关K7，再闭合第四三相交流开关K4和第三直流开关K8，由所述三相电感L1、第一全控型变流器3、直流母线电容C和第三全控型变流器5构成无刷双馈电机7的变流器系统。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
Claims (4)
1.一种具有三个全控型变流器的无刷双馈电机调速装置，包括第一三相交流电源（1）、第二三相交流电源（2）、第一全控型变流器（3）、第二全控型变流器（4）和无刷双馈电机（7）及与该无刷双馈电机转轴相连的机械负载，其特征在于：还包括五个三相交流开关（K1-K5）、三个直流开关（K6-K8）和第三全控型变流器（5），其中：所述第一三相交流电源（1）、第一三相交流开关（K1）与所述无刷双馈电机的功率绕组依次分相串联连接，所述第二三相交流电源（2）、第二三相交流开关（K2）与所述第一全控型变流器（3）的交流侧依次分相串联连接，所述第二三相交流电源（2）、第三三相交流开关（K3）与第三全控型变流器（5）的交流侧依次分相串联连接，所述第二三相交流电源（2）、第三三相交流开关（K3）、第四三相交流开关（K4）与所述无刷双馈电机的控制绕组依次分相串联连接，所述第一全控型变流器（3）的直流侧高电压端、第一直流开关（K6）、第二直流开关（K7）与所述第二全控型变流器（4）的直流侧高电压端依次串联连接，所述第二全控型变流器（4）的交流侧、第五三相交流开关（K5）与所述无刷双馈电机的控制绕组依次分相串联连接，所述第三全控型变流器（5）的直流侧高电压端与第三直流开关（K8）串联连接并与所述第一直流开关（K6）和第二直流开关（K7）的串联结点相连，所述三个全控型变流器（3、4 、5）各直流侧低电压端相互连接为参考地线端；
还包括三相电感（L1）和直流母线电容（C），其中所述三相电感（L1）依次分相连接在所述第二三相交流电源（2）与所述第二三相交流开关（K2）和第三三相交流开关（K3）两个三相交流开关的公共输入端之间，所述直流母线电容（C）连接在所述第一直流开关（K6）和第二直流开关（K7）的串联结点与所述参考地线端之间；当调速系统运行在四象限状态时，先断开所述第三三相交流开关（K3）、第四三相交流开关（K4）和第三直流开关（K8），再闭合所述第一三相交流开关（K1）、第二三相交流开关（K2）、第五三相交流开关（K5）、第一直流开关（K6）和第二直流开关（K7），由三相电感（L1）、第一全控型变流器（3）、直流母线电容（C）和第二全控型变流器（4）构成无刷双馈电机（7）的变流器系统。
2.根据权利要求1所述的具有三个全控型变流器的无刷双馈电机调速装置，其特征在于：其中所述第一三相交流电源（1）与所述第二三相交流电源（2）为相同的三相交流电源。
3.根据权利要求1所述的具有三个全控型变流器的无刷双馈电机调速装置，其特征在于：其中所述第一三相交流电源（1）与所述第二三相交流电源（2）为不相同的三相交流电源。
4.一种采用权利要求1-3任意一项所述具有三个全控型变流器的无刷双馈电机调速装置的控制方法，其特征在于：该方法包括：
1）当调速系统运行在四象限状态时，先断开所述第三三相交流开关（K3）、第四三相交流开关（K4）和第三直流开关（K8），再闭合所述第一三相交流开关（K1）、第二三相交流开关（K2）、第五三相交流开关（K5）、第一直流开关（K6）和第二直流开关（K7），由三相电感（L1）、第一全控型变流器（3）、直流母线电容（C）和第二全控型变流器（4）构成无刷双馈电机（7）的变流器系统；
2）当第一全控型变流器（3）发生故障时，先断开所述第二三相交流开关（K2）和第一直流开关（K6），再闭合所述第三三相交流开关（K3）和第三直流开关（K8），由三相电感（L1）、第三全控型变流器（5）、直流母线电容（C）和第二全控型变流器（4）构成无刷双馈电机（7）的变流器系统；
3）当第二全控型变流器（4）发生故障时，先断开所述第五三相交流开关（K5）和第二直流开关（K7），再闭合所述第四三相交流开关（K4）和第三直流开关（K8），由三相电感（L1）、第一全控型变流器（3）、直流母线电容（C）和第三全控型变流器（5）构成无刷双馈电机（7）的变流器系统。
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