CN202103626U - 转子变频软开关斩波异步电动机调速控制装置 - Google Patents

Abstract

一种转子变频软开关斩波异步电动机调速控制装置，其主电路包括：转子绕组电路、起动电路、整流电、软开关斩波电路、有源逆变电路、逆变电源；起动电路、整流电路接在电动机转子绕组电路上；软开关斩波电路包括平波电抗器Ll、斩波开关VS、谐振电路和输出电容Co,平波电抗器Ll的一端接整流电路的正极a，另一端接谐振电路的输入端b，根据被控电动机的容量需要确定斩波开关VS由1至10只逆导型IGBT器件VS1至VS10并联组成。本实用新型结构简单实用，适用于交流异步电动机的调速控制。

Description

转子变频软开关斩波异步电动机调速控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种交流异步电动机调速控制装置。

背景技术

  风机、水泵等平方转矩负载的电动机采用调速的方法，不仅能更好地满足生产需要，而且能节约大量能源。目前，在交流电动机调速领域应用较多的主要是定子变频调速和转子变频调速两大类。但在高压电动机的某些领域，在转子侧实施控制的转子变频调速有着很大优势。转子变频调速能很方便地将调速产生的转差功率从转子绕组取出，并能将频率随转速不断变化的转差功率逆变成频率固定的工频送回电网或电动机内部进行重复利用，所以它是一种高效调速系统。由于转子变频调速系统的控制电压低，控制功率小，成本低，可靠性高，操作简便，从而在各行业领域获得广泛应用。但是，目前转子变频调速系统中均采用硬开关斩波，电路中的di/dt、du/dt大，电压尖峰高，并均采用RC或RCD耗能型的吸收电路，存在着斩波电路开关损耗大、吸收电路耗能严重等缺陷，特别是随着斩波频率的提高，这些损耗就更加明显。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，解决现有的交流异步电动机调速控制装置电压尖峰高，斩波电路开关损耗大、吸收电路耗能严重的问题。本实用新型之目的是提供一种能实现软开关斩波、损耗小的转子变频软开关斩波异步电动机调速控制装置。

为解决上述问题，本实用新型采用的解决方案是:

一种转子变频软开关斩波异步电动机调速控制装置，它的主电路包括：转子绕组电路、起动电路、整流电路、软开关斩波电路、有源逆变电路、逆变电源；起动电路、整流电路接在电动机转子绕组电路上；软开关斩波电路包括平波电抗器Ll、斩波开关VS、谐振电路和输出电容Co,平波电抗器Ll的一端接整流电路的正极a，另一端接谐振电路的输入端b，根据被控电动机的容量需要确定斩波开关VS由1至10只逆导型IGBT器件VS1至VS10并联组成，即VS1至VS10的集电极和发射极分别连接在一起；斩波开关VS的发射极e极连接整流电路的负极k，集电极c极连接谐振电路中二极管D1的正极，谐振电路的输出端d连接输出电容Co的1端，输出电容Co的2端接在整流电路的负极k，输出电容Co的1端还连接有源逆变电路的输入端；谐振电路由谐振电感Lr、谐振电容Cr、缓冲电容Cb、续流二极管Do、辅助二极管Dl, D2, D3组成。谐振电路的输入端b一路连接谐振电感Lr的一端，另一路连接辅助二极管D1的正极，谐振电感Lr的另一端一路连接续流二极管Do的正极，一路连接缓冲电容Cb的一端，续流二极管Do的负极连接到谐振电路的输出端d，二极管D1的负极一路连接辅助二极管D2的正极，一路连接谐振电容Cr的一端，D2的负极一路连接缓冲电容Cb的另一端，一路连接辅助二极管D3的正极，辅助二极管D3的负极接谐振电路的输出端d，谐振电容Cr的另一端接在整流电路的正极a，也可接在整流电路的负极k，也可接在谐振电路的输出端d。

  上述转子变频软开关斩波电动机调速控制装置，所述谐振电路的输入端b一路连接谐振电感Lr的一端，另一路连接续流二极管Do的正极，第三路连接缓冲电容Cb的一端，谐振电感Lr的另一端连接辅助二极管Dl的正极，续流二极管Do的负极连接到谐振电路的输出端d，辅助二极管D1的负极一路连接辅助二极管D2的正极，一路连接谐振电容Cr的一端，辅助二极管D2的负极一路连接缓冲电容Cb的另一端，一路连接辅助二极管D3的正极，辅助二极管D3的负极接谐振电路的输出端d，谐振电容Cr的另一端接在整流电路3的正极a，也可接在整流电路3的负极k，也可接在谐振电路的输出端d。

  上述转子变频软开关斩波电动机调速控制装置中的软开关斩波电路采用了逆导型绝缘栅双极晶体管(IGBT )作为斩波开关，采用一组小电感、电容元件及辅助二极管作为其无源无损耗的缓冲电路。这组小电感、电容在斩波开关转换期间产生谐振并进行能量交换，用以实现斩波开关VS的零电流导通和零电压关断，同时使续流二极管也工作在零转换状态下，即实现了转子变频的无损耗软开关斩波。取消了常规的RC或RCD吸收电路、晶闸管斩波电路和和晶闸管桥式关断电路，使电路得以简化，使开关损耗得以减少，装置的性能获得提高。斩波开关采用逆导型IGBT器件并联设计，使大容量电机调速控制可以不受器件本身容量的限制。总之，本实用新型实现了转子变频调速系统的软开关斩波，电路简化，开关损耗小，装置的性能可靠，实现了大容量电机调速控制不受器件本身容量的限制。

本实用新型使用时，与现有的交流异步电动机调速控制装置一样，装连在交流异步电动机即可进行调速控制。

由于本实用新型设计采用了上述技术方案，有效地解决了现有的交流异步电动机调速控制装置电压尖峰高，斩波电路开关损耗大、吸收电路耗能严重的问题。亦经过数次试验试用结果表明，它与现有技术相比，具有结构简单实用，能实现软开关斩波、损耗小等有益效果，适用于交流异步电动机的调速控制。

附图说明

  下面结合附图对本实用新型作进一步描述：

   图1为本实用新型中主电路的一种结构原理图；

   图2为本实用新型中主电路的另一种结构原理图。

    附图中各标号为：1转子绕组电路；2起动电路；3整流电路；4整流电路软开关斩波电路；5有源逆变电路；6逆变电源。

具体实施方式

  如图1所示实施例，本实用新型的主电路是由转子绕组电路1、起动电路2、整流电路3、整流电路软开关斩波电路4、有源逆变电路5、逆变电源6连接所组成；起动电路2、整流电路3接在电动机的转子绕组电路1上；起动电路2可以由频敏变阻器和真空接触器组成，也可以由液阻起动柜构成；整流电路3是由功率二极管VZ1, VZ2, VZ3, VZ4, VZS, VZ6和吸收兼滤波电容C31组成的三相桥式整流电路。软开关斩波电路4包括平波电抗器L1、斩波开关VS、谐振电路和输出电容Co；平波电抗器L1的一端接整流电路3的正极a，另一端接谐振电路的输入端b，根据被控电动机的容量需要确定斩波开关VS由1至10只逆导型IGBT器件VS1至VS10并联组成，即VS1至VS10的集电极和发射极分别连接在一起；斩波开关VS的发射极e极连接整流电路3的负极k，集电极c极连接谐振电路中二极管D1的正极，谐振电路的输出端连接输出电容Co的1端，输出电容Co的2端接在整流电路3的负极k，输出电容Co的1端连接有源逆变电路5的输入端；谐振电路由谐振电感Lr、谐振电容Cr、缓冲电容Cb，续流二极管Do、辅助二极管Dl、 D2、D3组成；谐振电路的输入端b一路连接谐振电感Lr的一端，另一路连接辅助二极管D1的正极，谐振电感Lr的另一端一路连接续流二极管Do的正极，一路连接缓冲电容Cb的一端，续流二极管Do的负极连接到谐振电路的输出端d，二极管Dl的负极一路连接辅助二极管D2的正极，一路连接谐振电容Cr的一端，D2的负极一路连接缓冲电容Cb的另一端，一路连接辅助二极管D3的正极，辅助二极管D3的负极接谐振电路的输出端d，谐振电容Cr的另一端接在整流电路3的正极a，也可接在整流电路3的负极k，也可接在谐振电路的输出端d。由限流电抗器L2，晶闸管VN1、VN2、 VN3、VN4、VN5和VN6，电容C51、C52、C53、 C54、C55和C56，电阻R51、R52、 R53、 R54、R55和R56组成的有源逆变电路5采用常规的晶闸管有源逆变技术，逆变电源6采用常规的逆变电源技术。本实用新型中的控制检测保护电路、就地操作电路、DCS远程控制电路、通讯接口电路也采用常规技术和常规接线方式。控制电路由单片机、可编程控制器PLC、触摸屏人机界面、电压变送器、电流变送器、检测电路、隔离电路、取样电路、智能保护电路、LCD显示等电路组成以实现装置的整体功能。

  如图2所示实施例，本实用新型的主电路和图1实施例的电路构成相同，只是其中的软开关斩波电路4中的谐振电路中谐振电感Lr的连结方式是连接在谐振电路的输入端b和辅助二极管Dl的正极，这样，续流二极管Do的正极和缓冲电容Cb的一端就直接连接在谐振电路的输入端b。

Claims (8)

1.一种转子变频软开关斩波异步电动机调速控制装置，它的主电路包括转子绕组电路(1)、起动电路(2)、整流电路(3)、软开关斩波电路(4)、有源逆变电路(5)、逆变电源(6)；起动电路(2)、整流电路(3)接在电动机转子绕组电路(1)上；其特征是，软开关斩波电路(4)包括平波电抗器(Ll)、斩波开关(VS)、谐振电路和输出电容(Co)，平波电抗器(Ll)的一端接整流电路(3)的正极a，另一端接谐振电路的输入端b，根据被控电动机的容量需要确定斩波开关(VS)由1至10只逆导型IGBT器件(VS1-10) 即（VS1-10）并联组成，逆导型IGBT器件(VS1-10)的集电极和发射极分别连接在一起；斩波开关（VS）的发射极e极连接整流电路（3）的负极k，集电极c极连接谐振电路中二极管（D1）的正极，谐振电路的输出端d连接输出电容（Co）的1端，输出电容（Co）的2端接在整流电路（3）的负极k，输出电容（Co）的1端还连接有源逆变电路（5）的输入端；谐振电路由谐振电感（Lr）、谐振电容（Cr）、缓冲电容（Cb）、续流二极管（Do）、辅助二极管（Dl-3）组成。

2.根据权利要求1所述的转子变频软开关斩波异步电动机调速控制装置，其特征是，所述谐振电路的输入端b一路连接谐振电感（Lr）的一端，另一路连接辅助二极管（D1）的正极，谐振电感（Lr）的另一端一路连接续流二极管（Do）的正极，一路连接缓冲电容（Cb）的一端，续流二极管（Do）的负极连接到谐振电路的输出端d，二极管（Dl）的负极一路连接辅助二极管（D2）的正极，一路连接谐振电容（Cr）的一端，辅助二极管（D2）的负极一路连接缓冲电容（Cb）的另一端，一路连接辅助二极管（D3）的正极，辅助二极管（D3）的负极接谐振电路的输出端d，谐振电容（Cr）的另一端接在整流电路（3）的正极a。

3.根据权利要求2所述的转子变频软开关斩波异步电动机调速控制装置，其特征是，所述谐振电路的输入端b一路连接谐振电感（Lr）的一端，另一路连接辅助二极管（Dl）的正极、另一端一路连接续流二极管（Do）的正极，一路连接缓冲电容（Cb）的一端，续流二极管（Do）的负极连接到谐振电路的输出端d，二极管（Dl）的负极一路连接辅助二极管（D2）的正极，一路连接谐振电容（Cr）的一端，辅助二极管（D2）的负极一路连接缓冲电容（Cb）的另一端，一路连接辅助二极管（D3）的正极，辅助二极管（D3）的负极接所述谐振电路的输出端d，谐振电容（Cr）的另一端接在整流电路（3）的负极k。

4.根据权利要求3所述的转子变频软开关斩波异步电动机调速控制装置，其特征是，所述谐振电路的输入端b一路连接谐振电感（Lr）的一端，另一路连接辅助二极管（D1）的正极，谐振电感（Lr）的另一端一路连接续流二极管（Do）的正极，一路连接缓冲电容（Cb）的一端，续流二极管（Do）的负极连接到谐振电路的输出端d，二极管（Dl）的负极一路连接辅助二极管（D2）的正极，一路连接谐振电容(Cr)的一端，辅助二极管（D2）的负极一路连接缓冲电容(Cb)的另一端，一路连接辅助二极管（D3）的正极，辅助二极管（D3）的负极接所述谐振电路的输出端d，谐振电容（Cr）的另一端接所述谐振电路的输出端d。

5.根据权利要求4所述的转子变频软开关斩波异步电动机调速控制装置，其特征是，所述谐振电路的输入端b一路连接谐振电感（Lr）的一端，另一路连接续流二极管（Do）的正极，第三路连接缓冲电容（Cb）的一端，谐振电感（Lr）的另一端连接辅助二极管（D1）的正极，续流二极管（Do）的负极连接到谐振电路的输出端d，辅助二极管(D1)的负极一路连接辅助二极管(D2)的正极，一路连接谐振电容(Cr)的一端，辅助二极管(D2)的负极一路连接缓冲电容(Cb)的另一端，一路连接辅助二极管(D3)的正极，辅助二极管（D3）的负极接谐振电路的输出端d，谐振电容（Cr）的另一端接在整流电路（3）的正极a。

6.根据权利要求5所述的转子变频软开关斩波异步电动机调速控制装置，其特征是，所述谐振电路的输入端b一路连接谐振电感（Lr）的一端，另一路连接续流二极管（Do）的正极，第三路连接缓冲电容（Cb）的一端，谐振电感（Lr）的另一端连接辅助二极管（D1）的正极，续流二极管（Do）的负极连接到谐振电路的输出端d，辅助二极管（D1）的负极一路连接辅助二极管(D2)的正极，一路连接谐振电容(Cr)的一端，辅助二极管(D2)的负极一路连接缓冲电容(Cb)的另一端，一路连接辅助二极管（D3）的正极，辅助二极管（D3）的负极接谐振电路的输出端d，谐振电容（Cr）的另一端接在整流电路（3）的负极k。

7.根据权利要求6所述的转子变频软开关斩波异步电动机调速控制装置，其特征是，所述谐振电路的输入端b一路连接谐振电感（Lr）的一端，另一路连接续流二极管（Do）的正极，第三路连接缓冲电容（Cb）的一端，谐振电感（Lr）的另一端连接辅助二极管（Dl）的正极，续流二极管（Do）的负极连接到谐振电路的输出端d，辅助二极管（D1）的负极一路连接辅助二极管（D2）的正极，一路连接谐振电容（Cr）的一端，辅助二极管(D2)的负极一路连接缓冲电容(Cb)的另一端，一路连接辅助二极管(D3)的正极，辅助二极管(D3)的负极接谐振电路的输出端d，谐振电容(Cr)的另一端接在谐振电路的输出端d。

8.根据权利要求7所述的转子变频软开关斩波异步电动机调速控制装置，其特征是，所述整流电路(3)的吸收兼滤波电容(C31)的一端接在整流电路(3)的正极a，吸收兼滤波电容(C31)的另一端接在整流电路(3)的负极k。

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