CN201118437Y

CN201118437Y - 低谐波干扰高可靠的斩波调速装置

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Publication number: CN201118437Y
Application number: CNU2007200747231U
Authority: CN
Inventors: （请求不公开姓名）
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Priority date: 2007-09-17
Filing date: 2007-09-17
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2017-09-17

Abstract

一种低谐波干扰、高可靠的斩波调速装置。它是在金属柜内，均流电抗器、二极管整流器、Boost斩波器、有源逆变器、LC滤波器顺序电连接，谐波干扰小于4％，没有“逆变颠覆”故障，不受电网瞬间故障影响的交流电动机调速装置。

Description

低谐波干扰高可靠的斩波调速装置

所属技术领域

本实用新型涉及一种低谐波干扰、高可靠的斩波调速装置，它是由整流器、四相Boost斩波器、三相固定驱动的零逆变角有源逆变器一起构成的系统，可用于电动机的内反馈斩波调速装置中，属环保节能领域。

背景技术

目前，内反馈斩波调速装置中，采用单一驱动信号的斩波器。公知的Boost斩波器构造是由电抗器、斩波器开关、二极管和滤波电容器，经适当连接组合而成。将Boost斩波器用于内反馈斩波调速装置中，通过改变斩波器驱动信号的占空比，来达到改变电动机转速的目的。但是，采用单一驱动信号的斩波器，存在斩波器工作过程中，产生谐波干扰大的缺点；

用可控硅元件制作的有源逆变器，固有一个“逆变颠覆”的问题，所以可靠性低，此外，由于它必须具有不小于30°电角的逆变角，所以也存在逆变器输出电压谐波含量高的缺点。

发明内容

为了克服现有单一驱动信号的斩波器和具有逆变角的有源逆变器，存在可靠性低、谐波干扰大的缺点，本实用新型提供一种低谐波干扰、高可靠的斩波调速装置，它是由四相驱动的Boost斩波器和零逆变角的有源逆变器配合其它电路组成。四相驱动的Boost斩波器所产生的谐波干扰的幅度小于单一驱动信号斩波器谐波干扰的1/4；零逆变角的有源逆变器的电压输出谐波含量小于4％，它没有“逆变颠覆”问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：在金属柜内安装一个冷却用的风道，在风道内安装两块铝散热器，在一块散热器的表面，安装4只斩波器开关(本方案采用IGBT元件)，4只IGBT的集电极分别与安装在金属柜底部的4只直流电抗器的一端连接，这4只电抗器的另一端则连接在一起并连接到一个整流器的输出(+)极；同时，4只IGBT的集电极又分别与4只二极管的阳极连接，而这4只二极管的阴极连接在一起，并连接到滤波电容器的一端作为斩波器的输出(+)端；4只IGBT的阴极连接在一起，并与整流器的输出(-)极及滤波电容器的另一端连接在一起作为斩波器的输出(-)端。在4只IGBT的栅极上施加相位依次相差1/4周期的驱动信号，每个驱动信号的频率为1.25KHZ，采用上述直流电抗器数据，当驱动信号的占空比为80％时，整流器输出电流的脉动率小于1％。只要同步地调节这4个驱动信号的占空比就可以实现调节电动机的转速的目的。

每一个IGBT元件被驱动信号控制导通或关断时，对应的每个直流电抗器中都流过脉动的直流电流，但这4个脉动电流在相位上依次相差1/4周期，在整流器中，是这4个直流电抗器中电流的叠加，电流的脉动的频率是5KHZ，在外部电抗值相同的情况下，总电流的脉动幅度小于各个分支电流脉动幅度的1/4。

在另一块散热器的表面，安装整流器元件和6只逆变器的IGBT元件。斩波器的直流输出(+)极加到由6只IGBT元件组成的逆变器的直流输入(+)端；斩波器的直流输出(-)极加到逆变器的直流输入(-)端。逆变器的6只IGBT元件分别由6个驱动信号控制。这6个驱动信号，在相位上依次相差60°电角，其高电平的宽度是120°电角。逆变器的输出连接到3个单相电抗器的一端，而单相电抗器的另一端并联交流电容器，然后输出三相交流电压。

同步电压直接从逆变器输出端取样。从LC滤波器的输出端提供一路操作电源接到控制回路。

本实用新型的效果是，降低了斩波器给整流源造成的谐波干扰(降低到1/N以下，N即斩波器的相数)；降低了逆变器输出电压的谐波含量(谐波含量小于4％)；不存在“逆变颠覆”问题，且有快速过电流检测控制，故可靠性高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的电路原理图。

图2是本实用新型的实施例的结构正面图。

图3是本实用新型的实施例的结构背面图。

图中：(1).直流电抗器L1、L2、L3、L4(1mH)，(2).斩波器开关(FD800R1700K)，(3).吸收电容器(941C12W1K)，(4).吸收电容器(MFO1.5/3800)，(5).储能电容器(16800uf电解电容)，(6).逆变器IGBT(FS450R17K)，(7).单相电抗器L5、L6、L7，(8).交流电容器，(9).整流器输出(-)极，(10).斩波器输出(+)极，(11).整流器输出(+)极，(12).逆变器输出端子，(13).输入端子，(14).斩波器连接母板，(15).斩波器输入连接端子，(16).逆变器连接母板，(17).吸收电容(941C12W1K)，(18).冷却风道，(19)、(20).铝散热器，(21).均流电抗器，(22).整流二极管MDC800-20W76，(23).输出端子，(24)控制回路

具体实施方式

在图1中，4只IGBT(2)的集电极分别与4只直流电抗器(1)的一端连接在一起，4只IGBT的二极管的阴极连接在一起、并与吸收电容(4)、储能电容(5)的一端连接在一起作为斩波器的输出(+)极(10)。每只IGBT元件的发射极与二极管阴极间并接一只吸收电容(3)。4只直流电抗器的另一端与整流器的正极输出端(11)连接在一起。逆变器的直流输入(+)极与斩波器的(10)连接，逆变器的(-)极输入端与整流器(-)极输出端、电容器(4)、(5)的另一端连接。逆变器IGBT(6)的输出端与3只单相交流电抗器的一端连接，单相交流电抗器的另一端并联连接交流电容器再连接到输出端。每个直流电抗器中的电流都被检测，并且与总的斩波器电流的1/4进行比较，其差值被用来控制各自驱动信号的脉冲宽度，由此保证4只电抗器中的电流的大小一致。与控制回路连接的有：外部操作电源输入(24-1)、第二操作电源输入(24-2)与输出端子(23)连接、来自PLC(24-3)、同步信号(24-4)与端子(12)连接、斩波器驱动信号(24-5)、逆变器驱动信号(24-6)、去PLC信号。同步变压器的输入端连接到逆变器的输出端(12)，同步变压器采用EI结构的铁心及王字型的线圈骨架，功率为40VA。

在图2中，散热器(19)表面上安装4只IGBT元件，斩波器的IGBT元件的二极管都连接到母板(14)的(+)极板上，并且与吸收电容(4)、储能电容(5)的一端连接在一起，而IGBT元件的发射极都连接到母板(14)的(-)极板上，并且与吸收电容(4)、储能电容(5)的另一端连接在一起，斩波器IGBT元件(2)的集电极与二极管的阳极连接在一起(15)再连接到直流电抗器的一端。母板(14)是两块互相绝缘的铜板，铜板的厚度为2mm，它们之间的绝缘材料采用复合电工绝缘纸，耐压强度为工频2KV/1分钟；吸收电容(3)则必须紧靠IGBT元件(2)的连接端子安装，IGBT集电极的电压尖峰小于额定运行值的20％。

在图3中，散热器(20)表面上安装6只整流器二极管和6只逆变器的IGBT元件。来自外部电动机转子回路的电缆连接到输入端子(13)，再连接到均流电抗器，均流电抗器L8-L10的输出端依次连接到二极管D1-D6的交流输入端子。整流器的输出(+)极与4只直流电抗器的(11)端连接。逆变器的正极输入端与母板(16)的(+)极板连接，逆变器的负极输入端与母板(16)的(-)极板连接。母板(16)的(+)极板用母排与母板(14)的(+)极板连接，母板(16)的(-)极板用母排与母板(14)的(-)极板连接。母板(16)也是两块互相绝缘的铜板，铜板的厚度为2mm，它们之间的绝缘材料采用复合电工绝缘纸，耐压强度为工频2KV/1分钟。吸收电容(17)则必须紧靠IGBT元件(6)的连接端子安装。逆变器的输出端子(12)与单相交流电抗器(7)的一端连接，单相交流电抗器的另一端与电容器(8)连接，然后连接到输出端子(23)，经过输出端子连接到外部电动机的反馈绕组。单相电抗器电感量为0.4mH，交流电容器每相电容量为大于600uf，由电抗器与电容器组成的LC滤波器对于6次谐波(300HZ)的衰减系数大于6.15。逆变器输出过电流检测电路动作值是：输出电流大于最大工作电流的200％，过流动作时，封锁逆变器驱动信号的时间是1秒钟，同时封锁斩波器的驱动信号的时间是1.2秒钟。

Claims

1. 一种斩波调速装置，在金属柜内，整流器、四相Boost斩波器、有源逆变器、LC滤波器、控制回路(24)顺序电连接，其特征是：输入端(13)经均流电抗器(21)与二极管(22)的交流端电连接，整流器输出(+)极与4只直流电抗器(1)的一端电连接，直流电抗器的另一端与4只IGBT(2)的集电极(15)分别电连接，4只IGBT的二极管阴极与吸收电容(4)、储能电容(5)的一端及逆变器正极输入端电连接，整流器输出(-)极、4只IGBT(2)的发射极、吸收电容(4)、储能电容(5)的另一端及逆变器负极输入端电连接，逆变器的IGBT的输出端(12)分别与3只单相电抗器(7)的一端电连接，单相电抗器的另一端、交流电容器(8)及输出端子(23)并联连接。

2. 根据权利要求1所述的斩波调速装置，其特征是：Boost斩波器是四相的，4个驱动信号相位依次相差1/4周期，四只直流电抗器分别与4只IGBT的集电极(15)电连接，每只直流电抗器的电感量是1mH，允许工作频率是2KHZ，实际工作频率是1.25KHZ，允许工作电流是250A。

3. 根据权利要求1所述的斩波调速装置，其特征是：斩波器的IGBT元件(2)的二极管阴极都连接到母板(14)的(+)极板上，并且与吸收电容(4)、储能电容(5)的一端连接在一起，而IGBT元件(2)的发射极都连接到母板(14)的(-)极板上，并且与吸收电容(4)、储能电容(5)的另一端连接在一起，母板(14)是两块互相绝缘的铜板，铜板的厚度为2mm，它们之间的绝缘材料采用复合电工绝缘纸，耐压强度为工频2KV/1分钟。