CN1296334A - 多相电机及无谐波变频调速装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由变压器1、四象限全控整流桥2、电感3、电容4、逆变功率单元5、全控整流控制器6、逆变驱动单元7、多相电机8、故障检测单元9、多相电机变频调速控制器10、上位控制机11、光纤通讯单元12、电源13及通风散热系统14连接组成多相电机及无谐波变频调速装置,其技术特点无电网污染、宽功率范围、低电压、可四象限运行、双边无谐波,实现了多相变频电气传动,它适用于冶金、高速列车、矿山提升、大型电梯、舰船动力、电动机车的电力拖动,应用范围广,可靠性高。

Description

多相电机及无谐波变频调速装置

本发明涉及一种由变压器1、四象限全控整流桥2、电感3、电容4、逆变功率单元5、全控整流控制器6、逆变驱动单元7、多相电机8、故障检测单元9、多相电机变频调速控制器10、上位控制机11、光纤通讯单元12、电源13及通风和散热系统14连接组成了多相电机及无谐波变频调速装置。其技术特征是无电网污染，宽功率范围、低电压，可四象限运行的多相电机及无谐波变频调速装置，它实现了多相变频调速电气传动，采用统一电压调制控制，实现多相系统的闭环控制，它适用于冶金、高速列车、矿山提升、大型电梯、舰船动力、电动机车的电力拖动，应用范围广，可靠性高。

现有的技术为实现大功率变频调速，受到三相电网的限制，采用的是高压变频调速器，目前工业上普遍使用的交交变频器，由于功率器件耐压水平低而只能采用功率器件串联方式来满足高电压的要求，而且存在均压困难，网侧谐波大问题，现有大功率变频调速器，在一相或几项退出运行时，只能停机，从而可靠性较低。

本发明的目的是摆脱三相电网的限制，用普通耐压水平的功率器件实现宽功率范围变频调速器，本发明可实现电网、电机双边无谐波，而且在一相或几相退出运行时，系统不需停机，只降载运行即可，因而提高了系统的可靠性。

本发明的任务是以如下方式完成的，一种由变压器1、四象限全控整流桥2、电感3、电容4、逆变功率单元5、全控整流控制器6、逆变驱动单元7、多相电机8、故障检测单元9、多相电机变频调速控制器10、上位控制机11、光纤通讯单元12、电源13连接组成的多相电机及无谐波变频调速装置。通风和散热系统14为整个系统提供通风及散热。其特征是由变压器1、原边与三相电网连接，其副边与四象限全控整流桥2的输入端连接，四象限全控整流桥2的输出端正电位连接电感3的一端，电感3的另一端与电容4的正极连接，并与逆变功率单元5的输入端正极连接，四象限全控整流桥2的输出端负电位与电容5的负极连接并与逆变功率单元5的输入端负极连接，逆变功率单元5输出端与多相电机8定子绕组的接线端子分别依次连接。全控整流控制器6的输出控制信号与四象限全控整流桥2连接，逆变驱动单元7与逆变功率单元5连接，全控整流控制器6逆变驱动单元7分别与故障检测单元9连接，故障检测单元9与上位控制机11和多相电机变频调速控制器10分别连接，多相电机变频调速控制器10与上位控制机11和光纤通讯单元12分别双向连接，电源13与多相电机变频调速控制器10，全控整流控制器6，逆变驱动单元7，故障检测单元9，上位控制机11，光纤通调单元12分别连接(供电)，光纤通讯单元12与逆变驱动单元7连接，每绕组中充电容4正电位互相连接，通风散热系统14为整个系统提供通风散热。

变压器1、全控整流控制器6、逆变驱动单元7、故障检测单元9、多相电机变频调速控制器10、上位控制机11、光纤通讯单元12、电源13是利用现有技术设计。本发明所述多相电机及无谐波变频调速装置具有以下特征：

1、系统功率等级不大时，如600KW时变压器1可略去，四象限全控整流桥2可直接与电网连接。

2、系统功率等级较大时，采用均压变压器，变压器的副边根据系统功率等级可采用1组、2组或更多组的三相绕组，本发明可在系统功率等级较大时，变压器1副边可设置2组以上的三相绕组。每一个四象限全控整流桥2由一独立的全控整流控制器6控制。

3、根据系统功率等级不同，可采用1个、2个或更多的逆变功率单元5，其输入端通过电感器2、电容3与四象限全控整流桥2连接，构成双边无谐波脉宽调制(PWM)四象限运行变频调速系统，其输出端依次与多相电机接线端子连接。

4、多相电机相数由其定子绕组数目定义，本发明所述多相电机为交流同步或交流异步电机，其绕组形式为360/m或360/m×2相带，m为电机相数，本发明设置绕组相数3个以上(即m＞3)。

5、每一个逆变功率单元5的控制信号由多相电机变频调速控制器10发出后，经光纤通讯单元12送至逆变驱动单元7，由其控制逆变功率单元5、功率单元5根据功率等级的不同，可以由二路以上半桥构成。

6、全控整流控制器6、逆变驱动单元7的故障信号经故障检测单元9检测，并送至上位控制机11处理。

7、系统与外部的联系通过上位控制机11实现，上位控制机11将系统工作指令送达多相电机变频调速控制器10，并鉴别来自检测单元9的故障之类别控制系统的启停。上位控制机11同时负责显示系统的运行状况。

8、多相电机变频调速控制器10采用一种基于统一电压矢量调制的控制算法，实现系统的磁链环、转矩环、速度环的三闭环控制，该算法同时是一种冗余算法，即在一相或几相退出运行时，通过调整名相给定电压值，维持多相电机内部磁链的园形，这样系统只需降载运行，无须停机。

本发明的工作原理；系统上电后，四象限全控整流桥2在全控整流控制器6的控制下，通过均流电感3给电容器4充电，上位控制机11检测，确认电容器4电压正常后，在设定运行参数并给出运行指令后，多相电机变频调速控制器10采用一种基于统一电压矢量调制的控制算法，给出驱动信号，驱动信号由光纤通讯单元12进行编码，从并行信号转为串行信号后送至逆变驱动单元7，驱动信号在此被解码，恢复为并行信号后，送达逆变功率单元5控制电能向多相电机8流动，多相电机8转动做功。故障检测单元9随时检测四象限全控整流桥2、全控整流控制器6、逆变功率单元5、逆变驱动单元7、多相电机变频调速控制器10的运行情况，若发现有故障则将故障编码后经上行光纤送至上位控制机11，上位控制机11根据故障类型作出处理，并显示故障码。当电机运行在二、四象限时，电能由电机向电网流动，逆变功率单元5运行于整流状态，电容4电压升高，四象限全控整流桥2在全控整流控制器6控制下，使这部分电能回馈至电网，实现系统的四象限运行。

以下结合附图对本发明作进一步描述。

图1是本发明的结构示意图。

图2是四象限全控整流桥2的原理图。

图3是逆变功率单元5的原理示意图。

图4是多相电机的原理示意图。

参照图1，一种由变压器1、四象限全控整流桥2、电感3、电容4、逆变功率单元5、全控整流控制器6、逆变驱动单元7、多相电机8、故障检测单元9、多相电机变频调速控制器10、上位控制机11、光纤通讯单元12、电源13连接组成的多相电机及无谐波变频调速装置。本发明附图1给出了三个绕组的结构示意图。其结构特征是变压器1原边与三相电网连接，其副边与四象限全控整流桥2的输入端连接，四象限全控整流桥2的输出端正电位连接电感3的一端、电感3的另一端与电容器4的正极连接，电容器4的正级与逆变功率单元5的输入端正极连接，四象限全控整流桥2的输出端负电位与电容器4的负极和逆变功率单元5的输入端负极连接，逆变功率单元的输出端与多相电机8定子绕组分别依次连接。全控整流控制器6与四象限全控整流桥2连接，全控整流控制器6与故障检测单元9连接，逆变驱动单元7分别与逆变功率单元5和故障检测单元9连接。故障检测单元9分别与多相电机变频调速控制器10和上位控制机11连接，多相电机变频调速控制器10分别与上位控制机11和光纤通讯单元12双向连接，光纤通讯单元12与逆变驱动单元7连接，电源13与多相电机变频调速控制器10全控整流控制器6、逆变驱动单元7、故障检测单元9、上位控制机11光纤通讯12分别连接，每绕组中的充电电容4正电位互相连接，通风散热系统14为整个系统提供通风散热。

参照图2，图2是四象限全控整流桥2的原理图，它由绝缘栅双极晶体管(IGBT)和二极管连接组成一个三相全控桥，每个全控整流器半相桥，分别由IGBT管和二极管连接为一组的由两组15、16连接组成，序号15的IGBT管集电极连接二极管负端并与输出端18连接，其IGBT管的射栅接序号16的IGBT管的集电极，并与输入端17连接，其序号16的IGBT管射极与输出端19连接，IGBT管的基极与全控整流控制器连接。它的工作原理将交流电变为直流电。

参照图3。图3是逆变功率单元5的原理示意图。它由绝缘栅双极晶体管(IGBT)和二极管连接组成的逆变功率单元，图3给出5个半桥组成的逆变功率单元，每个半桥均由IGBT管和二极管连接组成序号20、21两组每个半桥由20、21连接成的，序号为20、21的IGBT管的集电极连接二极管的负端，射极连接二极管的正端，序号20的IGBT管的集电极与输入端23连接，其射极与序号21的IGBT管的集电极和输出端22连接，序号21的IGBT管射极与输入端24连接，序号20、21的IGBT管的基极与逆变驱动单元连接，它的工作原理是将直流电变为交流电。

参照图4。图4是多相电机的原理示意图。图3中a表示多相电机的定子绕组，多相电机相数由其定子绕组数定义，相数3个以上的为多相电机，绕组的接线端子是与逆变功率单元5的输出端依次连接。图3中b表示多相电机的转子，定子绕组在电机内部，空间上均匀分布。

Claims (5)

1、一种由变压器1、四象限全控整流桥2、电感3、电容4、逆变功率单元5、全控整流控制器6、逆变驱动单元7、多相电机8、故障检测单元9、多相电机变频调速控制器10、上位控制机11、光纤通讯单元12、电源13连接组成的多相电机及无谐波变频调速装置。其特征是变压器1原边与三相电网连接，副边与四象限全控整流桥2输入端连接，四象限全控整流桥2的输出端正电位连接电感3的一端，电感3的另一端与电容4的正极和逆变功率单元4的正电位连接，四象限全控整流桥2的输出端负电位与电容4的负电极和逆变功率单元5的负极连接，逆变功率单元5的输出端与多相电机8定子绕组分别依次连接，全控整流控制器6的输出控制信号线与四象限全控整流桥2连接，逆变驱动单元7的输出端与逆变功率单元5连接，全控整流控制器6和逆变驱动单元7分别与故障检测单元9连接，电容4的正电位互相连接，故障检测单元9分别与上位控制机11和多相电机变频调速控制器10连接，多相电机变频调速控制器10分别与上位控制机11和光纤通讯单元12双向连接，光纤通讯单元12与逆变驱动单元7连接，电源13与多相电机变频调速控制器10，全控整流控制器6、逆变驱动单元7、故障检测单元9、上位控制机11、光纤通讯单元12分别连接，通风散热系统14为整个系统提供通风散热。

2、根据权利要求1所述的多相电机及无谐波变频调速装置，其特征是在系统功率等级不大于600KW时，变压器1可省略，四象限全控整流桥2可直接与电网连接。

3、根据权利要求1所述的多相电机及无谐波变频调速装置，其特征是在系统功率等级大于600KW时，变压器1的副边可设置二组以上的三相绕组。

4、根据权利要求1所述的多相电机及无谐波变频调速装置，其特征是在系统功率等级大于600KW时，可设置2个以上逆变功率单元5。功率单元5可以由两个以上半桥构成。

5、根据权利要求1所述的多相电机无谐波变频调速装置，其特征是多相电机8定子绕组相数可设置3个以上。

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