CN202889264U

CN202889264U - 一种两相斩波调压软起动器

Info

Publication number: CN202889264U
Application number: CN 201220578594
Authority: CN
Inventors: 谢仕宏; 孟彦京; 高筱筱; 杨波
Original assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Current assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Priority date: 2012-11-06
Filing date: 2012-11-06
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2022-11-06

Abstract

本实用新型涉及一种两相斩波调压软起动器。本实用新型的三相交流电源的第一路经A相交流斩波调压电路与三相交流异步电动机的A相连接，第二路经B相交流斩波调压电路与三相交流异步电动机的B相连接，第三路与三相交流异步电动机的C相连接；单片机的输出第一路同时与A、B相交流斩波调压电路，第二路与三相不可控整流桥直流侧接的绝缘栅极双极性晶体管连接；三相不可控整流桥分三路分别连接在A、B相交流斩波调压电路与三相交流异步电动机的A、B相之间、三相交流电源与三相交流异步电动机的的C相之间。本实用新型可以连续，起动转矩脉动分量也大大减小，起动也更加平稳，可降低IGBT的数量，节省成本。

Description

一种两相斩波调压软起动器

技术领域

本实用新型涉及一种两相斩波调压软起动器。

背景技术

目前，普通软起动器主要采用三相晶闸管降压启动，它在电路结构上采用每相串接反并联的两只晶闸管或双向晶闸管，通过改变每相电压的导通时间来实现降压起动。该方法存在两个重要缺点。其一，起动转矩小，三相交流异步电动机起动转矩正比于起动电压的平方，当电压降低时，转矩以起动电压降低的平方倍数降低；其二，电流断续，因为晶闸管属于半控型器件，只有当它的正向导通电流下降到零时才能关断，所以用晶闸管降压软起动，电流必然断续，存在较大的脉动转矩。

变频器也有被用作软起动器的，虽然效果较好，但变频器在技术上属于交-直-交结构。它首先将三相工频电源进行三相桥式不可控整流，然后对整流输出直流电压进行滤波，最后采用脉冲宽度调制（PWM）技术输出电压频率都可调的可控交流电压。变频器结构、技术复杂，成本较高，不易于在交流电机软起动领域普及推广。

目前还存在着一种离散变频调压软起动技术，它利用晶闸管的半控特性，对三相工频交流电源，有选择的导通，从而形成50/nHz的电压（n=1,2,3...）波形。这种技术有三个重要缺点，第一，离散变频软起动器只能提供50Hz、25Hz、16.7Hz/3、12.5Hz等离散频率点的电压，属于分级离散变频软起动，每两级之间的切换依然存在冲击电流较大的情况。第二，离散变频软起动所提供电源谐波含量大，三相电压不平衡，实际上难以用于软起动。第三，离散变频软起动也存在着电流断续的缺点。

综上所示，目前软起动技术普遍采用半控型器件晶闸管来实现降压软起动，存在着电流断续、脉动转矩分量较大、启动转矩低的特点。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题是提供一种交流电机起动电流可以连续，起动转矩脉动分量也大大减小，起动也更加平稳的两相斩波调压软起动器。

为解决上述的技术问题，本实用新型采取的技术方案：

一种两相斩波调压软起动器，其特殊之处在于：包括三相交流电源、单片机、A相交流斩波调压电路、B相交流斩波调压电路、三相不可控整流桥、三相交流异步电动机，三相交流电源的第一路经A相交流斩波调压电路与三相交流异步电动机的A相连接，第二路经B相交流斩波调压电路与三相交流异步电动机的B相连接，第三路与三相交流异步电动机的C相连接；单片机的输出分三路连接，第一路同时与A相交流斩波调压电路、B相交流斩波调压电路连接，第二路与三相不可控整流桥直流侧接的绝缘栅极双极性晶体管连接，第三路与设置在A相交流斩波调压电路与三相交流异步电动机之间的电流互感器连接；三相不可控整流桥分三路分别连接在A相交流斩波调压电路与三相交流异步电动机的A相之间、B相交流斩波调压电路与三相交流异步电动机的B相之间、三相交流电源与三相交流异步电动机的的C相之间。

上述的单片机的输出与设置在A相交流斩波调压电路与三相交流异步电动机之间的电流互感器连接。

上述的A相交流斩波调压电路由绝缘栅双极性晶体管IGBT1、绝缘栅双极性晶体管IGBT2反并联构成。

上述的B相交流斩波调压电路由绝缘栅双极性晶体管IGBT3、绝缘栅双极性晶体管IGBT4反并联构成。

上述的绝缘栅双极性晶体管IGBT1、绝缘栅双极性晶体管IGBT2、绝缘栅双极性晶体管IGBT3、绝缘栅双极性晶体管IGBT4的触发脉冲相同。

上述的三相不可控整流桥包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6，二极管D1和二极管D2串联构成第一级二极管，二极管D3和二极管D4串联构成第二级二极管，二极管D5和二极管D6串联构成第三级二极管，三级二极管并联构成三相不可控整流桥。

上述的A相交流斩波调压电路上连接有并联保护电路。

上述的B相交流斩波调压电路上连接有并联保护电路。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型采用全控型器件绝缘栅极双极性晶体管（IGBT）来实现交流斩波调压技术，因为IGBT的触发脉冲周期远小于工频周期，交流电机起动电流虽然仍有较小的脉动，但是可以连续，起动转矩脉动分量也大大减小，起动也更加平稳，另外，以交流电机C相绕组端电压为参考电势点，在获得同样旋转磁通时，只需给A、B绕组提供互差60度的交流电源既可，因此只需对三相交流异步电动机的A、B两相进行斩波调压，这样可降低IGBT的数量，节省成本。

附图说明

图1为本实用新型的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

参见图1，本实用新型包括三相交流电源1、单片机2、A相交流斩波调压电路3、B相交流斩波调压电路4、三相不可控整流桥5、三相交流异步电动机9，三相交流电源1的第一路经A相交流斩波调压电路3与三相交流异步电动机9的A相连接，第二路经B相交流斩波调压电路4与三相交流异步电动机9的B相连接，第三路与三相交流异步电动机9的C相连接；单片机2的输出分3路连接，第一路同时与A相交流斩波调压电路3、B相交流斩波调压电路4连接，第二路与三相不可控整流桥5直流侧接的绝缘栅极双极性晶体管6连接，第三路与设置在A相交流斩波调压电路3与三相交流异步电动机9之间的电流互感器8连接；三相不可控整流桥5分三路分别连接在A相交流斩波调压电路3与三相交流异步电动机9的A相之间、B相交流斩波调压电路4与三相交流异步电动机9的B相之间、三相交流电源1与三相交流异步电动机9的的C相之间。

上述的A相交流斩波调压电路3由绝缘栅双极性晶体管IGBT1、绝缘栅双极性晶体管IGBT2反并联构成。

上述的B相交流斩波调压电路4由绝缘栅双极性晶体管IGBT3、绝缘栅双极性晶体管IGBT4反并联构成。

上述的三相不可控整流桥5包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6，二极管D1和二极管D2串联构成第一级二极管，二极管D3和二极管D4串联构成第二级二极管，二极管D5和二极管D6串联构成第三级二极管，三级二极管并联构成三相不可控整流桥5。

上述的A相交流斩波调压电路3上连接有并联保护电路7。

上述的B相交流斩波调压电路4上连接有并联保护电路7。

在主电路结构上，采用四只绝缘栅极双极性晶体管，每两只反并联连接，构成两组基本单相交流斩波调压电路，分别串接在三相交流异步电动机的A相、B相供电电源端。另用六只二极管，构成三相桥式不可控整流桥，将三相不可控整流桥的交流侧接交流调压电路和三相交流异步电动机定子绕组之间。三相不可控整流桥直流侧接一个绝缘栅极双极性晶体管（6）。为了检测并控制起动电流，在三相交流异步电动机侧的A相电源线上设置一个电流互感器（8），电流互感器检测的电流信号送入单片机系统。

在主电路控制上，单片机2的控制脉冲一路脉冲触发A相交流斩波调压电路3、B相交流斩波调压电路4两组交流斩波调压装置，另一路脉冲触发三相不可控整流桥5直流侧的绝缘栅极双极性晶体管6，两路脉冲正负完全相反，脉冲频率为1KHz。这样，在A相交流斩波调压电路3、B相交流斩波调压电路4触发导通时刻，绝缘栅极双极性晶体管6关断，三相交流电源给三相交流异步电动机供电，在A相交流斩波调压电路3、B相交流斩波调压电路4关断时，绝缘栅极双极性晶体管6触发导通，三相交流异步电动机定子电流通过三相整流桥续流。

在控制算法上，为了实现对三相交流异步电动机的软起动控制或软停车控制，具体有两种控制方式，其一，按预设曲线完成斜坡电压启动，也就是一种开环控制方式，这种情况可不设置电流互感器8，根据事先计算的最小电压Umin和起动时间，线性调节斩波调制脉冲的占空比α，直到α为100%，输出电压为三相交流电压的全额电压，此时，可通过另设的旁路三相交流接触器，将三相交流异步电动机切换到三相交流电源上，完成三相交流异步电动机的斜坡电压软起动；其二，恒流软起动，在单片机里预设最大允许起动电流Imax，通过电流互感器8检测当前实际电流I，在单片机系统内设置一个带限幅输出的数字PID控制器，PID控制器的输入为最大允许起动电流Imax与实际电流I的偏差，PID控制器的输出为斩波调制脉冲的占空比α，PID控制器的输出上限位100%，下限为0%。

式中，T为电流采样周期，k为第k个采样时刻，Ti为PID控制器积分时间常数，Td为PID控制器微分时间常数。

如果实现三相交流异步电动机的软停车功能，可按斜坡电压软起动的相反方向调节斩波调制脉冲的占空比α，使α由100%逐步减小，此时输出交流电压的有效值逐步降低，直到实现软停车。

将本实用新型与三相晶闸管调压软起动技术作仿真实验对比，实验对象选择额定功率15KW、额定电压400V、额定频率50Hz的三相交流异步电动机，电机负载取10Nm，实验环境，MatlabR2008a。

对比1：相同输出基波电压有效值，相同负载。

三相晶闸管调压软起动，晶闸管触发角设置为90度，对称三相纯电阻负载时，输出线电压基波有效值为175.4V，总谐波含量：60.85%，起动电流150A。

两相斩波调压软起动，触发脉冲占空比取46%，输出基波电压有效值175.4V，总谐波含量101%，起动电流100A。

由上面数据可以看出，在相同基波电压有效值下，两相斩波调制软起动的起动电流较小。虽然两相斩波调制软起动的谐波含量较大，但是其谐波主要为高次谐波（19次、21次、49次、51次等），产生的交流电流较小，对电机影响较小。

对比2：在允许最大起动电流（5倍额定电流，150A）相同情况下，两相斩波调压软起动能起动最大负载为100Nm，而三相晶闸管调压软起动能起动最大负载为85Nm。

Claims

1.一种两相斩波调压软起动器，其特征在于：包括三相交流电源（1）、单片机（2）、A相交流斩波调压电路（3）、B相交流斩波调压电路（4）、三相不可控整流桥（5）、三相交流异步电动机（9），三相交流电源（1）的第一路经A相交流斩波调压电路（3）与三相交流异步电动机（9）的A相连接，第二路经B相交流斩波调压电路（4）与三相交流异步电动机（9）的B相连接，第三路与三相交流异步电动机（9）的C相连接；单片机（2）的输出分三路连接，第一路同时与A相交流斩波调压电路（3）、B相交流斩波调压电路（4）连接，第二路与三相不可控整流桥（5）直流侧接的绝缘栅极双极性晶体管（6）连接，第三路与设置在A相交流斩波调压电路（3）与三相交流异步电动机（9）之间的电流互感器（8）连接；三相不可控整流桥（5）分三路分别连接在A相交流斩波调压电路（3）与三相交流异步电动机（9）的A相之间、B相交流斩波调压电路（4）与三相交流异步电动机（9）的B相之间、三相交流电源（1）与三相交流异步电动机（9）的的C相之间。

2.根据权利要求1所述的一种两相斩波调压软起动器，其特征在于：所述的单片机（2）的输出与设置在A相交流斩波调压电路（3）与三相交流异步电动机（9）之间的电流互感器（8）连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种两相斩波调压软起动器，其特征在于：所述的A相交流斩波调压电路（3）由绝缘栅双极性晶体管IGBT1、绝缘栅双极性晶体管IGBT2反并联构成。

4.根据权利要求3所述的一种两相斩波调压软起动器，其特征在于：所述的B相交流斩波调压电路（4）由绝缘栅双极性晶体管IGBT3、绝缘栅双极性晶体管IGBT4反并联构成。

5.根据权利要求4所述的一种两相斩波调压软起动器，其特征在于：所述的绝缘栅双极性晶体管IGBT1、绝缘栅双极性晶体管IGBT2、绝缘栅双极性晶体管IGBT3、绝缘栅双极性晶体管IGBT4的触发脉冲相同。

6.根据权利要求5所述的一种两相斩波调压软起动器，其特征在于：所述的三相不可控整流桥（5）包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6，二极管D1和二极管D2串联构成第一级二极管，二极管D3和二极管D4串联构成第二级二极管，二极管D5和二极管D6串联构成第三级二极管，三级二极管并联构成三相不可控整流桥（5）。

7.根据权利要求6所述的一种两相斩波调压软起动器，其特征在于：所述的A相交流斩波调压电路（3）上连接有并联保护电路（7）。

8.根据权利要求7所述的一种两相斩波调压软起动器，其特征在于：所述的B相交流斩波调压电路（4）上连接有并联保护电路（7）。