CN202168026U - 多脉波整流的大功率直流电机调速装置 - Google Patents

多脉波整流的大功率直流电机调速装置 Download PDF

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张永平
姚建青
徐峻涛
路茂增
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Abstract

本实用新型提出一种多脉波整流的大功率直流电机调速装置，移相变压器的每组副边上各接一套三相晶闸管桥式整流装置，每套整流装置的输出端经过一个平衡电抗器，形成的具有脉波数为18或24或30的电压信号经滤波电抗器滤波向大功率直流电机供电，通过霍尔传感器、测速发电机，将检测到的转速信号、电流信号经滤波电路、调理电路，分别输入到单片机，经计算，得到当前晶闸管触发角α，同时产生多路触发信号，实现多脉波整流的直流电机转、电流双闭环控制；大大减小了对电网的谐波危害，电机运行更平稳，电机使用寿命增加，减小了每套整流装置的容量，利于其成套生产。

Description

多脉波整流的大功率直流电机调速装置
所属技术领域
本实用新型涉及一种直流电机机辅助装置，尤其是一种多脉波整流的直流电机调速装置，属于拖动控制技术领域。
背景技术
现有技术采用六脉波整流装置对大功率直流电机供电，该脉波的整流控制系统对电网仍有5、7、11次谐波污染，其幅值分别为基波的16.91％、4.11％及5.28％。国家规定在0.38KV电网电压畸变率限值4％，而实测电网电压畸变率达11.65％，远超过国家电网的要求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对上述存在的缺陷，提出一种多脉波整流的大功率直流电机调速装置，通过增加整流电路相数，来达到减小系统谐波的目的。
本实用新型所采用的技术方案为：多脉波整流的大功率直流电机调速装置，移相变压器的每组副边上各接一套三相晶闸管桥式整流装置，每套整流装置的输出端经过一个平衡电抗器，形成的具有脉波数为18或24或30的电压信号经滤波电抗器滤波向大功率直流电机供电，并通过霍尔传感器、测速发电机，检测电机的转速、电流，将检测到的转速信号、电流信号经滤波电路、调理电路，分别输入到单片机，在单片机中经过转速调节器及电流调节器计算，得到当前晶闸管触发角α，同时产生多路触发信号，实现多脉波整流的直流电机转速、电流双闭环控制。
本实用新型所采用的技术方案还包括：
对于18脉波整流装置，移相变压器采用延边三角形的移相方式输出移相为+20°、0°及-20°的三组三相电压信号，使副边对应绕组的各相邻电压间依次相差20°；对于24脉波的整流装置，移相变压器采用延边三角形的移相方式输出移相为+22.5°、+7.5°、-7.5°及-22.5°的四组三相电压信号，使副边对应绕组的各相邻电压间依次相差15°；对于30脉波整流装置，移相变压器采用延边三角形的移相方式输出移相为+24°、+12°、0°、-12°、-24°的五组三相电压信号，使副边对应绕组的各相邻电压间依次相差12°。
移相变压器的原边三相电压采集后，经过电压调理电路、过零检测电路后，输入到单片机，利用软件锁相技术计算出三相电压信号的过零点，经过延时运算将每相电压的过零点分别移相，以得多脉波整流系统中各整流装置输入相电压的过零点。
各移向电压的过零点与晶闸管触发角α相结合，在单片机内经运算生成与移向电压组数相同的多组pwm信号，然后经过光电隔离单元、功率放大电路驱动脉冲变压器组，同时形成多路晶闸管触发脉冲输入到对应整流装置的晶闸管门极，控制晶闸管的导通与关断。
单片机内部外设与单片机通信得当前转速给定值，显示当前的转速信息；同时利用霍尔传感器检测电枢电流、测速发电机检测转速，将测得的转速、电流信号经过滤波、调理后，输入到单片机的指定管脚，经A/D转换后，与电压、电流给定值比较，经过双闭环运算得到当前整流装置的触发角α。
与现有技术相比，本实用新型的优点是：大大减小了对电网的谐波危害，以24脉波为例，系统最低次谐波电流为23次、25次，仅占基波电流的2.25％及2.02％，总电流畸变率3.23％；最低次谐波电压为23次、25次，总电压畸变率为2.5％。将传统的6脉波扩大到1824或30脉波，电机运行更平稳，电机使用寿命增加。减小了每套整流装置的容量，利于其成套生产。移相变压器设计简单，运行稳定。采用本专利不用在网侧设计无功补偿及滤波装置，节省了补偿及滤波设备的成本及运行费用。
附图说明
图1是18脉波整流的大功率直流电机调速装置电路框图。
图2是24脉波整流的大功率直流电机调速装置电路框图。
图3是30脉波整流的大功率直流电机调速装置电路框图。
图4是电压采样电路图。
图5是电压信号调理电路图。
图6是相电压过零检测电路图。
图7是三相晶闸管整流装置示意图。
图1、图2、图3中的SW1、SW2-高压开关，PSTa、PSTb1、PSTb2、PSTc1、PSTc2-移相变压器，BRIG1、BRIG2、BRIG3、BRIG4、BRIG5-晶闸管整流装置，L1A～L5A、L1B～L5B-平衡电抗器，L-滤波电抗器，M-大功率直流电机，TG-测速发电机，HS-霍尔传感器，TLP521-3(TLP521-4或TLP521-5)-具有指定个数3或4或5光电耦合器的单元模块，P-3P-4或P-5-多个整理装置中晶闸管触发脉冲信号，P1～P5-单个整流装置中晶闸管触发脉冲信号。
具体实施方式
本实用新型是多脉波整流的大功率直流电机调速装置，移相变压器PSTa或PSTb1、PSTb2或PSTc1、PSTc2的每组副边上各接一套三相晶闸管桥式整流装置BRIG1、BRIG2、BRIG3或BRIG1～BRIG4或BRIG1～BRIG5，每套整流装置的输出端经过一个平衡电抗器L1A～L3A、L1B～L3B或L1A～L5A、L1B～L5B，形成的具有规定脉波数18或24或30的电压信号经滤波电抗器L滤波向大功率直流电机M供电，并通过霍尔传感器HS、测速发电机TG检测电机的转速、电流，将检测到的转速信号n、电流信号i经相关滤波电路、调理电路，分别输入到单片机，在单片机中经过转速调节器及电流调节器相应计算，得到当前晶闸管触发角α，同时产生多路触发信号，实现多脉波整流的直流电机转速、电流双闭环控制。
对于18脉波整流系统，移相变压器PSTa采用延边三角形的移相方式输出移相+20°、0°及-20°的三组三相电压信号，使副边对应绕组的各相邻电压间依次相差20°；对于24脉波的整流系统，移相变压器PSTb1、PSTb2采用延边三角形的移相方式输出移相+22.5°、+7.5°、-7.5°及-22.5°的四组三相电压信号，使副边对应绕组的各相邻电压间依次相差15°；对于30脉波整流系统，移相变压器PSTc1、PSTc2采用延边三角形的移相方式输出移相+24°、+12°、0°、-12°、-24°的五组三相电压信号，使副边对应绕组的各相邻电压间依次相差12°，在相位及相序上满足多脉波18、24、30脉波整流要求。
对一台移相变压器PSTa或PSTb1或PSTc1的原边三相电压进行采集，并经过电压调理电路、过零检测电路后，输入到单片机，在其内部利用软件锁相技术计算出三相电压信号的过零点，并经过延时运算将每相电压的过零点分别移相+20°、0°、-20°或+22.5°、+7.5°、-7.5°、-22.5°或+24°、+12°、-12°、-24°，以得到多脉波18或24或30脉波整流系统中各整流装置输入相电压的过零点。
将各移向电压的过零点与晶闸管触发角α相结合，在单片机内经运算生成与移向电压组数相同的多组pwm信号，然后经过光电隔离单元TLP521-3或TLP521-4或TLP521-5、功率放大电路驱动脉冲变压器组，同时形成多路晶闸管触发脉冲P-3或P-4或P-5输入到对应整流装置的晶闸管门极，控制晶闸管的导通与关断。
利用单片机内部外设与单片机通信得到当前转速给定值，利用单片机内部的资源驱动LCD显示当前的转速信息；同时利用霍尔传感器检测电枢电流I、测速发电机检测转速n，将测得的转速、电流信号经过滤波、调理后，输入到单片机的指定管脚，经A/D转换后，与电压、电流给定值比较，经过双闭环运算得到当前整流装置的触发角α。
对照附图2，移相变压器PSTb1的两副边接三相晶闸管整流装置BRIG1～BRIG2，移相变压器PSTb2的两副边接三相晶闸管整流装置BRIG3～BRIG4，整流装置BRIG1～BRIG4的输出端分别接平衡电抗器，将电流整合成具有24脉波后经滤波电抗器L向直流电机M供电；同时配有霍尔传感器HS及测速电机TG检测电机的电流及转速。
工作过程：将经平衡电抗器均流控制后的具有24脉波的电压信号向大功率直流电机供电，将霍尔传感器及测速发电机测得的转速信号经过滤波、调理后，输入到MSP430F2612的P6.0及P6.1管脚，在单片机内部经A/D转换后与由上位机得到的给定值比较运算后得到当前晶闸管的触发角α；同时采集到的三相电压信号经过滤波、放大后输入到单片机内部，利用软件锁相得到三相电压的过零点，进而移相得到多路整流装置输入电压的过零点；结合触发角α及各移相电压的过零点，形成晶闸管的触发脉冲，对晶闸管进行控制，实现直流电机转速、电流双闭环控制。

Claims (4)

1.多脉波整流的大功率直流电机调速装置，其特征在于移相变压器的每组副边上各接一套三相晶闸管桥式整流装置，每套整流装置的输出端经过一个平衡电抗器，形成的具有脉波数为18或24或30的电压信号经滤波电抗器滤波向大功率直流电机供电，并通过霍尔传感器、测速发电机，检测电机的转速、电流，将检测到的转速信号、电流信号经滤波电路、调理电路，分别输入到单片机，在单片机中经过转速调节器及电流调节器计算，得到当前晶闸管触发角α，同时产生多路触发信号，实现多脉波整流的直流电机转速、电流双闭环控制。
2.根据权利要求1所述的多脉波整流的大功率直流电机调速装置，其特征在于对于18脉波整流装置，移相变压器采用延边三角形的移相方式输出移相为+20°、0°及-20°的三组三相电压信号，使副边对应绕组的各相邻电压间依次相差20°；对于24脉波的整流装置，移相变压器采用延边三角形的移相方式输出移相为+22.5°、+7.5°、-7.5°及-22.5°的四组三相电压信号，使副边对应绕组的各相邻电压间依次相差15°；对于30脉波整流装置，移相变压器采用延边三角形的移相方式输出移相为+24°、+12°、0°、-12°、-24°的五组三相电压信号，使副边对应绕组的各相邻电压间依次相差12°。
3.根据权利要求1所述的多脉波整流的大功率直流电机调速装置，其特征在于各移向电压的过零点与晶闸管触发角α相结合，在单片机内经运算生成与移向电压组数相同的多组pwm信号，然后经过光电隔离单元、功率放大电路驱动脉冲变压器组，同时形成多路晶闸管触发脉冲输入到对应整流装置的晶闸管门极，控制晶闸管的导通与关断。
4.根据权利要求1所述的多脉波整流的大功率直流电机调速装置，其特征在于单片机内部外设与单片机通信得当前转速给定值，显示当前的转速信息；同时利用霍尔传感器检测电枢电流、测速发电机检测转速，将测得的转速、电流信号经过滤波、调理后，输入到单片机的指定管脚，经A/D转换后，与电压、电流给定值比较，经过双闭环运算得到当前整流装置的触发角α。 
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Cited By (4)

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