CN206226325U - 一种能量回馈型变频软起动器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于三相交流异步电动机控制技术领域，具体涉及一种能量回馈型变频软起动器及其控制方法。现有的电子软起动器存在起动转矩低、变频器用作软起动器又不能同步切换的难题。本实用新型提供一种能量回馈型变频软起动器，该起动器包括三相交流输入电源Ua、Ub、Uc、六只二级管D1~D6构成的正向整流桥、六只二极管VD1~VD6构成的反向整流桥、六只绝缘栅双极型晶体管VT1~VT6构成的正向逆变桥、六只绝缘栅双极型晶体管VT7~VT12构成的反向逆变桥。本实用新型取消变频器中间环节大容量电解电容，用小容量薄膜电容吸收逆变器开关产生的尖峰电压，用反向逆变器把电动机产生的回馈能量逆变送入电网，减小设备体积、提高能量转换效率。
Description
技术领域
本实用新型属于三相交流异步电动机控制技术领域，具体涉及一种能量回馈型变频软起动器。
背景技术
三相交流异步电动机定子绕组接额定电压直接起动时产生的冲击电流不仅在定子线圈和转子笼条上产生很大的冲击力，破坏绕阻绝缘，造成笼条断裂，引起电机故障，而且还会加速绕阻绝缘老化，缩短电机寿命。因此需要采取软起动措施。
三相交流异步电动机软起动技术从调速原理上分主要有降压软起动、离散变频软起动和连续变压变频软起动。
(1)降压软起动技术
三相晶闸管移相触发降压软起动(即电子式软起动)是目前软起动器市场主流产品。它是通过改变串联在三相交流异步电动机定子每相绕组上的晶闸管的触发角，来改变施加在三相交流异步电动机定子绕组上的电压波形，从而达到降压调速目的，能有效降低起动电流。受交流电机调速理论限制，在降低电源电压不改变电源频率时，交流电机起动转矩成平方倍降低。因此三相晶闸管移相触发降压软起动不适合重载起动。
(2)离散变频软起动技术
为了提高起动转矩、降低起动电流，有人提出了采用离散变频软起动的控制方法。离散变频调压软起动技术利用晶闸管移相触发，对三相工频交流电源有选择的导通，从而形成50/n Hz的电压(n＝1,2,3...)波形。它在原理上属于变频调速，虽然能够提高起动转矩，但由于谐波转矩大、震动大使电流减小、转矩提升的效果受到影响。
在此基础上，也有人提出了基于空间电压矢量的软起动技术，能有效降低谐波含量，而且在完成软起动后旁路切换到工频电源操作简单。但这种技术依然属于离散变频软起动技术。离散变频软起动只能在50/n Hz(n＝1,2,3...)等频率点逐步切换直至50Hz。每相临的两个频率点间距较大，频率切换与电压变化同时进行，由此带来的冲击电流、转矩也较大，造成软起动过程震荡剧烈。
(3)变频器用于三相交流异步电动机软起动控制
20世纪80年代发展起来的变频调速技术，除可控制电机的调速运行外，也完美的解决了异步电机软起动问题。但是变频器输出电压与输入电压在相位上不同步，在软起动完成后旁路切换到工频电源时存在切换时的电流突变现象，最坏情况下切换电流可达电机直接起动冲击电流的2倍，到目前为止难以有效解决变频到工频的同步切换问题。此外，变频器用于整流输出滤波和三相交流异步电动机回馈能量吸收的大容量电解电容，造成变频器体积增大、成本增加、电能使用效率降低、使用寿命短等缺点。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种能量回馈型变频软起动器。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：一种能量回馈型变频软起动器，该起动器包括三相交流输入电源Ua、Ub、Uc、六只二级管D1～D6构成的正向整流桥、六只二极管VD1～VD6构成的反向整流桥、六只绝缘栅双极型晶体管VT1～VT6构成的正向逆变桥、六只绝缘栅双极型晶体管VT7～VT12构成的反向逆变桥；
所述三相交流输入电源Ua、Ub、Uc，一路用于输出三相交流输入电压，另一路经独立开关K21、K22、K23与三相交流异步电动机连接完成电网电压向负载供电的控制；
所述正向整流桥，用于将三相交流输入电压变换为具有六脉波波形的脉动直流电压；
所述反向整流桥，用于在三相交流异步电动机绕组端电压高于直流母线电压时，将三相交流异步电动机能量反馈到直流环节；
所述正向逆变桥，用于将直流环节电压逆变输出为三相交流电压UA、UB、UC，输出到三相交流异步电动机；
所述反向逆变桥，用于将直流环节能量逆变送入电网，确保直流环节电压为期望的六脉波波形电压。
所述正向整流桥和反向整流桥之间或者正向逆变桥和反向逆变桥之间串联有直流母线电流检测电路IM。
所述正向整流桥和反向整流桥之间或者正向逆变桥和反向逆变桥之间并联有用于滤除IGBT开关动作产生的尖峰电压的小容量薄膜电容C。
所述正向整流桥和反向整流桥之间或者正向逆变桥和反向逆变桥之间并联有电阻R1、R2构成的分压电路。
所述正向逆变桥与三相交流异步电动机之间设置有用于变频软起动器向负载供电的切换控制的独立开关K11、K12、K13。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
本实用新型能够解决现有电子软起动器起动转矩低、变频器用作软起动器又不能同步切换的难题，同时可实现三相交流异步电动机能量回馈的目的；本实用新型取消变频器中间环节大容量电解电容，用小容量薄膜电容吸收逆变器开关产生的尖峰电压，用反向逆变器把电动机产生的回馈能量逆变送入电网，减小设备体积、提高能量转换效率。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供一种能量回馈型变频软起动器的主电路结构图；
图2为变频软起动器三相输入电压和中间环节电压波形图；
图3为空间电压矢量图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型实施例提供一种能量回馈型变频软起动器，如图1所示，该起动器包括三相交流输入电源Ua、Ub、Uc、六只二级管D1～D6构成的正向整流桥、六只二极管VD1～VD6构成的反向整流桥、六只绝缘栅双极型晶体管VT1～VT6构成的正向逆变桥、六只绝缘栅双极型晶体管VT7～VT12构成的反向逆变桥；
所述三相交流输入电源Ua、Ub、Uc，一路用于输出三相交流输入电压，另一路经独立开关K21、K22、K23与三相交流异步电动机连接完成电网电压向负载供电的控制；
所述正向整流桥，用于将三相交流输入电压变换为具有六脉波波形的脉动直流电压；
所述反向整流桥，用于在三相交流异步电动机绕组端电压高于直流母线电压时，将三相交流异步电动机能量反馈到直流环节；
所述正向逆变桥，用于将直流环节电压逆变输出为三相交流电压UA、UB、UC，输出到三相交流异步电动机；
所述反向逆变桥，用于将直流环节能量逆变送入电网，确保直流环节电压为期望的六脉波波形电压。
所述正向整流桥和反向整流桥之间或者正向逆变桥和反向逆变桥之间串联有直流母线电路检测电路IM。
所述正向整流桥和反向整流桥之间或者正向逆变桥和反向逆变桥之间并联有用于滤除IGBT开关动作产生的尖峰电压的小容量薄膜电容C。
所述正向整流桥和反向整流桥之间或者正向逆变桥和反向逆变桥之间并联有电阻R1、R2构成的分压电路。
所述正向逆变桥与三相交流异步电动机之间设置有用于变频软起动器向负载供电的切换控制的独立开关K11、K12、K13。
本实用新型取消变频器中间环节大容量电解电容，用小容量薄膜电容吸收逆变器开关产生的尖峰电压，用反向逆变桥把电动机产生的回馈能量逆变送入电网。
本实用新型的的控制过程，在三相交流异步电动机起动时，电网电压(Ua、Ub、Uc)首先经正向整流桥(D1～D6)整流，把输入的三相正弦交流电压转换为中间环节的脉动直流电压，如图2所示。正向逆变器(VT1～VT6)采用基于空间矢量脉冲宽度调制技术(SpaceVectorPulseWidthModulation，简称SVPWM)，把中间环节脉动直流电压逆变为脉冲电压(UA、UB、UC)输出，脉冲电压基波为频率和幅值可变的正弦交流电压，逐步改变正向逆变器输出电压的频率和幅值，完成三相交流异步电动机的软起动控制。当正向逆变器输出电压频率达到50Hz且三相交流异步电动机运行稳定后，需要将K11、K12、K13断开，同时闭合K21、K22、K23完成三相交流异步电动机由变频软起动器供电向电网供电的旁路切换。如果切换前后施加在三相交流异步电动机定子绕组端电压大小不同，将造成切换冲击电流，最坏情况下可达三相交流异步电动机全压直接起动冲击电流的两倍。理想切换条件为切换前后三相交流异步电动机定子绕组端电压大小不变，可称之为同步切换。
本实用新型根据输入线电压Uab的相位及逆变器开关状态S依次判别三相绕组是否满足同步切换条件。首先定义如图1所示正向逆变器(VT1～VT6)上桥臂开关状态变量为S。若S＝1，表示上桥臂导通，下桥臂关断；若S＝0，表示上桥臂关断，下桥臂导通。定义正向逆变器三相开关组合向量为(SASBSC)。正向逆变器输出电压用空间矢量表示为vi(i＝0,1,2…6,7),其中，v0、v7为零矢量，其余为有效矢量，有效矢量如图3所示。同步切换具体判别方法为：当时且逆变器开关状态S＝v1(100)时,三相交流异步电动机B相定子绕组可切换，切换操作断开K12闭合K22；当且逆变器开关状态S＝v2(110)时,三相交流异步电动机A相定子绕组可切换，切换操作断开K11闭合K21；当且逆变器开关状态S＝v3(010)时,三相交流异步电动机C相定子绕组可切换，切换操作断开K13闭合K23；当且逆变器开关状态S＝v4(011)时,三相交流异步电动机B相定子绕组可切换，切换操作断开K12闭合K22；当且逆变器开关状态S＝v5(001)时,三相交流异步电动机A相定子绕组可切换，切换操作断开K11闭合K21；当且逆变器开关状态S＝v6(101)时,三相交流异步电动机C相定子绕组可切换，切换操作断开K13闭合K23。
能量回馈控制方法
当三相交流异步电动机定子绕组端电压高于中间环节脉动电压，直流母线电流IM为负值，三相交流异步电动机向薄膜电容充电，三相交流异步电动机能量发生回馈。若没有反向逆变器控制，回馈能量将导致薄膜电容电压急速上升进而破坏中间环节电压的六脉波波形并损坏薄膜电容。此时，反向逆变器控制方法是：首先判别并选取输入电网线电压Uab、Ubc、Uca、Uba、Ucb、Uac的最大值，其次，按最大电压对应的正向整流桥导通的桥臂选取反向逆变器桥臂进行触发。详细过程为：当直流母线电流IM<0且Uab最大时，触发导通VT7和VT10；当直流母线电流IM<0且Ubc最大时，触发导通VT9和VT12；当直流母线电流IM<0且Uca最大时，触发导通VT11和VT8；当直流母线电流IM<0且Uba最大时，触发导通VT9和VT8；当直流母线电流IM<0且Ucb最大时，触发导通VT11和VT10；当直流母线电流IM<0且Uac最大时，触发导通VT7和VT12。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种能量回馈型变频软起动器，其特征在于，该起动器包括三相交流输入电源Ua、Ub、Uc、六只二级管D1～D6构成的正向整流桥、六只二极管VD1～VD6构成的反向整流桥、六只绝缘栅双极型晶体管VT1～VT6构成的正向逆变桥、六只绝缘栅双极型晶体管VT7～VT12构成的反向逆变桥；
所述三相交流输入电源Ua、Ub、Uc，一路用于输出三相交流输入电压，另一路经独立开关K21、K22、K23与三相交流异步电动机连接完成电网电压向负载供电的控制；
所述正向整流桥，用于将三相交流输入电压变换为具有六脉波波形的脉动直流电压；
所述反向整流桥，用于在三相交流异步电动机绕组端电压高于直流母线电压时，将三相交流异步电动机能量反馈到直流环节；
所述正向逆变桥，用于将直流环节电压逆变输出为三相交流电压UA、UB、UC，输出到三相交流异步电动机；
所述反向逆变桥，用于将直流环节能量逆变送入电网，确保直流环节电压为期望的六脉波波形电压。
2.根据权利要求1所述的能量回馈型变频软起动器，其特征在于：所述正向整流桥和反向整流桥之间或者正向逆变桥和反向逆变桥之间串联有直流母线电流检测电路IM。
3.根据权利要求1或2所述的能量回馈型变频软起动器，其特征在于：所述正向整流桥和反向整流桥之间或者正向逆变桥和反向逆变桥之间并联有用于滤除IGBT开关动作产生的尖峰电压的小容量薄膜电容C。
4.根据权利要求3所述的能量回馈型变频软起动器，其特征在于：所述正向整流桥和反向整流桥之间或者正向逆变桥和反向逆变桥之间并联有电阻R1、R2构成的分压电路。
5.根据权利要求4所述的能量回馈型变频软起动器，其特征在于：所述正向逆变桥与三相交流异步电动机之间设置有用于变频软起动器向负载供电的切换控制的独立开关K11、K12、K13。
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| CN106374781A (zh) * | 2016-11-18 | 2017-02-01 | 陕西科技大学 | 能量回馈型变频软起动器及其控制方法 |
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2016
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