CN202334435U - 新型的开关磁阻电机调速装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型的开关磁阻电机调速装置，包括通过正负母线连接的回馈单元、逆变单元和制动单元，正负母线间跨接有滤波电容，其中回馈单元，进行整流和能量回馈，其回馈电源功率电路通过回馈电抗器和接触器连接电网；其控制电路通过电网状态检测电路和第一变压器连接电网；逆变单元，连接电机，驱动电机电动或发电运行；制动单元，在电网断电或回馈单元故障情况下对母线进行能量释放；其中回馈单元的控制电源、逆变单元的控制电源和制动单元的控制电源通过第二变压器连接至回馈电抗器与接触器之间。本实用新型有效地解决了在电网突然断电状况下的各单元的控制电源的供电问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及开关磁阻电机技术领域，具体地说是一种新型的开关磁阻电机调速装置。
背景技术
目前常用的开关磁阻电机调速装置主要由整流桥和逆变单元构成。或者在此基础上增加制动单元或能量回馈单元。但上述的开关磁阻电机调速装置在电机制动运行或电机从制动运行转变为自由滑行等方面仍有诸多不足。为此一种新型的开关磁阻电机调速装置被开发出来，其由回馈电抗器、回馈单元、逆变单元和制动单元组合而成，驱动开关磁阻电机可以实现四象限运行，并且能够实现在电网断电状态下的制动减速停机。具体如图1所示，图1为该开关磁阻电机调速装置的结构示说明图。各单元的功率电路通过正负母线连接，正负母线间跨接滤波电容。其中回馈单元通过回馈电抗器连接电网，具备整流和回馈功能；逆变单元连接电机，驱动电机电动或发电运行；制动单元在电网断电或回馈单元故障情况下可以对母线进行能量释放。
三个单元的控制电源供电可以取自直流母线或交流电源，或储能装置，但均具有局限性。
矿用皮带或提升运输系统一般为中压(660V～3300V)产品，当控制电源取自直流母线时，中压的DC/DC变换器市场上没有现成的产品，需要定制开发，且器件选型难度较大，可靠性低。
若控制电源取自交流电源(与主回路不同的电源)，全部或局部电网断电，控制电源也可能断电，这样就无法实现断电制动停机功能。
当控制电源取自储能装置时，一般有电池和电容两种。若采用蓄电池等储能器件需要单独的隔爆结构才能符合矿用国家安标要求，技术复杂，实现难度大。当采用电容储能，所需数量太多，有限的空间难于实现放置。
可见上述的开关磁阻电机调速装置均具有不足之处。为消除上述技术中存在的缺陷，本设计人继续积极加以研究和创设，以得到一种新型的开关磁阻电机调速装置。
实用新型内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种新型的开关磁阻电机调速装置，有效地解决了在电网突然断电状况下的各单元的控制电源的供电问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下技术方案：
新型的开关磁阻电机调速装置，包括通过正负母线连接的回馈单元、逆变单元和制动单元，正负母线间跨接有滤波电容，其中
回馈单元，进行整流和能量回馈，包括回馈单元功率电路、控制电路、推动电路和控制电源，回馈电源功率电路连接回馈电抗器，回馈电抗器连接接触器，接触器连接电网；控制电路连接电网状态检测电路，电网状态检测电路连接第一变压器，第一变压器连接电网；
逆变单元，连接电机，驱动电机电动或发电运行；
制动单元，在电网断电或回馈单元故障情况下对母线进行能量释放；
其中回馈单元的控制电源、逆变单元的控制电源和制动单元的控制电源通过第二变压器连接至回馈电抗器与接触器之间。
进一步，所述电网状态检测电路由正弦波/方波转换电路、单片机电路和正弦波脉冲宽度调制(PWM)发生电路依次连接构成，正弦波/方波转换电路将电网的正弦信号转换为同频率和相位的方波信号，送入单片机电路，单片机电路对频率和相位信号进行采集，转换为数据写入正弦波脉冲宽度调制(PWM)发生电路，正弦波脉冲宽度调制(PWM)发生电路根据写入的数据产生三相脉冲宽度调制(PWM)信号，经滤波还原后产生与电网同频率同相位的三相正弦信号，当电网突然断电或缺相时，单片机不再对正弦波脉冲宽度调制(PWM)发生电路更新数据，正弦波脉冲宽度调制(PWM)发生电路根据最后一次写入的数据，维持其输出。
进一步，所述正弦波/方波转换电路由比较器及其外围电路或运算放大器及其外围电路构成。
进一步，所述单片机电路由下述任一电路构成：DSP芯片及其外围辅助电路、ARM处理器及其外围辅助电路、AVR单片机及其外围辅助电路或51系列单片机及其外围辅助电路。
进一步，所述正弦波脉冲宽度调制(PWM)发生电路由SA4828芯片及其外围电路或SA828芯片及外围电路构成。
进一步，所述回馈单元功率电路采用绝缘栅双极型晶体管构成桥式结构。
进一步，所述逆变单元由逆变单元功率电路、推动电路、控制电路和控制电源构成。
进一步，所述制动单元由制动电阻、制动单元功率电路、推动电路和控制电路构成，制动单元功率电路采用绝缘栅双极型晶体管构成，制动单元功率电路的一端连接正母线，另一端通过制动电阻连接负母线。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
本实用新型充分利用了回馈单元的硬件资源，通过增加电网状态检测电路来实现电网断电情况下控制电源的供给。本实用新型的新型的开关磁阻电机调速装置具有体积小，成本低，可靠性高的特点。回馈电能不但可以满足控制电源的需要，同时还可以为系统中的其它交流设备供电。
附图说明
图1为现有的四象限开关磁阻电机调速装置的原理图；
图2为本实用新型的新型的开关磁阻电机调速装置的原理图；
图3为本实用新型的新型的开关磁阻电机调速装置的电网状态检测电路的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细描述，但不作为对本实用新型的限定。
图2为本实用新型的新型的开关磁阻电机调速装置的原理图。如图2所示，新型的开关磁阻电机调速装置，包括通过正负母线连接的回馈单元、逆变单元和制动单元，正负母线间跨接有滤波电容，其中，回馈单元，进行整流和能量回馈，包括回馈单元功率电路、控制电路、推动电路和控制电源，回馈电源功率电路连接回馈电抗器，回馈电抗器连接接触器，接触器连接电网；控制电路连接电网状态检测电路，电网状态检测电路连接第一变压器，第一变压器连接电网；逆变单元，连接电机，驱动电机电动或发电运行；制动单元，在电网断电或回馈单元故障情况下对母线进行能量释放；其中回馈单元的控制电源、逆变单元的控制电源和制动单元的控制电源通过第二变压器连接至回馈电抗器与接触器之间。
回馈单元由回馈单元功率电路、推动电路、控制电路和控制电源构成，回馈单元功率电路采用绝缘栅双极型晶体管构成桥式结构，根据所接电源类型可以是单相或多相。电机电动运行时，与绝缘栅双极型晶体管并联的二极管起整流桥的作用；电机制动运行时，控制电路检测到母线电压升高，发出回馈驱动信号，经推动电路变换后驱动回馈单元功率电路工作，将母线上的直流电流按照进线交流电网电压相序逆变成交流电流回馈电网。
逆变单元由逆变单元功率电路、推动电路、控制电路和控制电源构成，根据驱动开关磁阻电机类型逆变单元功率电路可以是单相或多相结构。电机电动运行时，控制电路通过检测开关磁阻电机的定转子相对位置产生电动控制信号，在电机电感上升区间通过推动电路驱动逆变单元功率电路对电机绕组供电，电能转换为机械能；电机制动运行时，控制电路通过检测开关磁阻电机的定转子相对位置产生制动控制信号，在电机电感下降区间通过推动电路驱动逆变单元功率电路对电机绕组励磁，机械能转换为电能，逆变单元将电机发电转换为直流电能向直流母线充电。
制动单元由制动电阻、制动单元功率电路、推动电路、控制电路和控制电源构成，制动单元功率电路采用绝缘栅双极型晶体管构成，一端连接正母线，另一端通过制动电阻连接负母线。当控制电路检测到母线电压升高同时发生电源断电或回馈单元故障时，产生制动控制信号，驱动绝缘栅双极型晶体管导通，将母线上多余的能量消耗到制动电阻上。
回馈电抗器在电机电动运行时起到降低谐波作用，在电机制动运行时对回馈电流进行滤波。
各单元的控制电源通过第二变压器连接于回馈电抗器的前端，通过接触器与电网连接。当电网正常时，接触器闭合，各单元的控制电源均由电网通过第二变压器供电，电网电压信号通过第一变压器降压后送入到电网状态检测电路，电网状态检测电路将电网电压的相序和频率信号如实送给回馈单元的控制电路；当电网突然断电时，电网状态检测电路的输入信号消失，接触器断开。但电网状态检测电路的输出仍延续电网断电前的状态，将相序和频率信号继续发送给回馈单元的控制电路，维持其正常工作，回馈单元的控制电路通过回馈单元的推动电路驱动回馈单元功率电路将直流母线上的电能逆变为交流，经第二变压器变压后向各单元的控制电源和系统内的其它交流设备供电或直接向系统内的其它交流设备供电，实现电网断电后的制动停机处理。
图3为本实用新型的新型的开关磁阻电机调速装置的电网状态检测电路的原理图。如图3所示。电网状态检测电路主要由正弦波/方波转换电路、单片机电路和正弦波脉冲宽度调制(PWM)发生电路依次连接构成。正弦波/方波转换电路将电网的正弦信号转换为同频率和相位的方波信号，送入单片机电路，单片机电路对频率和相位信号进行采集，转换为数据，写入正弦波脉冲宽度调制发生电路，正弦波脉冲宽度调制发生电路根据写入的数据产生三相脉冲宽度调制(PWM)信号，经滤波还原后产生与电网同频率同相位的三相正弦信号。当电网突然断电或缺相时，单片机不再对正弦波脉冲宽度调制发生电路更新数据，这样正弦波脉冲宽度调制发生电路根据最后一次写入的数据，维持其输出。
正弦波/方波转换电路可以由比较器及其外围电路构成或由运算放大器及其外围电路构成。单片机电路可以由DSP芯片及其外围辅助电路构成或由ARM处理器及其外围辅助电路构成或由AVR单片机及其外围辅助电路构成或由51系列单片机及其外围辅助电路构成。正弦波脉冲宽度调制发生电路可以由SA4828芯片及其外围电路构成或由SA828芯片及其外围电路构成。
电网正常时，接触器闭合，回馈单元的控制电路和功率电路的电源均由电网提供，电网电压信号通过第一变压器降压后送入到电网状态检测电路，电网状态检测电路将电网电压的相序和频率信号如实送给回馈单元的控制电路；当电网突然断电或缺相时，电网状态检测电路的输入信号消失，接触器断开。但电网状态检测电路的输出仍延续电网断电前的状态，将相序和频率信号继续发送给回馈单元的控制电路，维持其正常工作，回馈单元的控制电路通过回馈单元的推动电路驱动回馈单元的功率电路将直流母线上的电能逆变为交流，向各单元的控制电源和系统内的其它交流设备供电，实现电网断电或缺相后的制动停机处理。
以上实施例仅为本实用新型的示例性实施例，不用于限制本实用新型，本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本实用新型的保护范围内。
Claims (8)
1.新型的开关磁阻电机调速装置，其特征在于，包括通过正负母线连接的回馈单元、逆变单元和制动单元，正负母线间跨接有滤波电容，其中
回馈单元，进行整流和能量回馈，包括回馈单元功率电路、控制电路、推动电路和控制电源，回馈电源功率电路连接回馈电抗器，回馈电抗器连接接触器，接触器连接电网；控制电路连接电网状态检测电路，电网状态检测电路连接第一变压器，第一变压器连接电网；
逆变单元，连接电机，驱动电机电动或发电运行；
制动单元，在电网断电或回馈单元故障情况下对母线进行能量释放；
其中回馈单元的控制电源、逆变单元的控制电源和制动单元的控制电源通过第二变压器连接至回馈电抗器与接触器之间。
2.根据权利要求1所述的新型的开关磁阻电机调速装置，其特征在于，所述电网状态检测电路由正弦波/方波转换电路、单片机电路和正弦波脉冲宽度调制发生电路依次连接构成，正弦波/方波转换电路将电网的正弦信号转换为同频率和相位的方波信号，送入单片机电路，单片机电路对频率和相位信号进行采集，转换为数据写入正弦波脉冲宽度调制发生电路，正弦波脉冲宽度调制发生电路根据写入的数据产生三相脉冲宽度调制信号，经滤波还原后产生与电网同频率同相位的三相正弦信号，当电网突然断电或缺相时，单片机不再对正弦波脉冲宽度调制发生电路更新数据，正弦波脉冲宽度调制发生电路根据最后一次写入的数据，维持其输出。
3.根据权利要求2所述的新型的开关磁阻电机调速装置，其特征在于，所述正弦波/方波转换电路由比较器及其外围电路或运算放大器及其外围电路构成。
4.根据权利要求2所述的新型的开关磁阻电机调速装置，其特征在于，所述单片机电路由下述任一电路构成：DSP芯片及其外围辅助电路、ARM处理器及其外围辅助电路、AVR单片机及其外围辅助电路或51系列单片机及其外围辅助电路。
5.根据权利要求2所述的新型的开关磁阻电机调速装置，其特征在于，所述正弦波脉冲宽度调制发生电路由SA4828芯片及其外围电路或SA828芯片及外围电路构成。
6.根据权利要求1所述的新型的开关磁阻电机调速装置，其特征在于，所述回馈单元功率电路采用绝缘栅双极型晶体管构成桥式结构。
7.根据权利要求1所述的新型的开关磁阻电机调速装置，其特征在于，所述逆变单元由逆变单元功率电路、推动电路、控制电路和控制电源构成。
8.根据权利要求1所述的新型的开关磁阻电机调速装置，其特征在于，所述制动单元由制动电阻、制动单元功率电路、推动电路和控制电路构成，制动单元功率电路采用绝缘栅双极型晶体管构成，制动单元功率电路的一端连接正母线，另一端通过制动电阻连接负母线。
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| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
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| TR01 | Transfer of patent right |
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