CN206585488U - 一种基于igbt的高压电动机软起动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于IGBT的高压电动机软起动装置，包括电源，以及与电源电连接的电动机，所述电源与电动机之间设置有电源开关，所述电源开关与电动机之间设置有软起动机构以及与软起动机构并联的旁路开关，该基于IGBT的高压电动机软起动装置，在电动机起动时采用软起动机构进行供电，在稳定工作后，转换为常规电源供电，大大降低输入变压器的采购成本。

Description

一种基于IGBT的高压电动机软起动装置

技术领域

本实用新型属于电机软起动技术领域，具体涉及一种基于IGBT的高压电动机软起动装置。

背景技术

电动机软起动的作用：电机在起动瞬间，因为转子转速N＝0，滑差率 S＝1，转子与旋转磁场之间的相对转速最大，所以它在转子导体上感应电动势和电流也最大，此时的定子电流相对较大，一般为额定电流的5-7倍，过大的起动电流危害如下：

a.过大的起动转矩产生机械冲击，对被带动的设备造成大的冲击力，缩短使用寿命，影响精确度。如使联轴器损坏、皮带撕裂等。

b.产生较大的线路压降，使电网电波波动变大，影响其他电气设备的正常运行。

c.过大的起动电流将使电机绕组绝缘过热而老化，使用寿命降低。

现阶段，国内主流软起动产品均为降压起动的范畴，无论水阻、磁控、晶闸管型式，均以降低起动转矩为代价，降低起动电流，所以对于大型或重载起动的电动机用普通的软起动设备是不能满足工况要求的。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中所采用的电机软起动技术无法满足大型或重载起动的电动机用普通的软起动设备起动需求得问题。

为达上述目的，本实用新型提供了一种基于IGBT的高压电动机软起动装置，包括电源，以及与电源电连接的电动机，所述电源与电动机之间设置有电源开关，所述电源开关与电动机之间设置有软起动机构以及与软起动机构并联的旁路开关。

所述软起动机构包括顺次串接的进线变压器、整流晶闸管阀组、平波电抗器、IGBT逆变器、以及输出电抗器。

所述软起动机构还连接有控制系统；所述有控制系统包括控制单元、第一信号调理器、第二信号调理器、整流控制器、逆变控制器、第三信号调理器；

所述的第一信号调理器接收旁路开关与电源开关之间的电网电流幅值检测信号和电源开关与进线变压器的电网电压幅值及过零点检测信号，并将接收到的信号进行处理后传送给整流控制器；

所述的第二信号调理器接收整流晶闸管阀组与IGBT逆变器之间的母线电流信号，并对接收到的信号进行处理，然后将处理后的信号传送给整流控制器；

所述的第三信号调理器接收电动机与输出电抗器之间的电网电压幅值及过零点检测信号，并对接收到的信号进行处理，将处理后的信号传送给逆变控制器；

所述的整流控制器通过通信总线与控制单元电连接，与控制单元进行信息传输，所述整流控制器还与整流晶闸管阀组电连接，用于对整流晶闸管阀组进行现控制；

所述的逆变控制器通过通信总线与控制单元电连接，与控制单元进行信息传输，所述的逆变控制器还与控制IGBT逆变器电连接，用于对IGBT逆变器进行控制。

所述控制单元包括上位机、DSP、PLC中的一种或多种的组合。

本实用新型的优点如下：本实用新型提供的这种基于IGBT的高压电动机软起动装置，通过IGBT功率单元串联的软起动机构，电源输入侧设计可供电动机起动3分钟所需的进线输入变压器容量，并可有效消除变频过程多电网的谐波污染，且大大降低输入变压器的采购成本，因为变频软起动设备短时使用，所以IGBT模块的规格可采取降容处理，但串联实现高压输出的模块个数完全按照10KV/6KV等级设计，由于采用多电平正弦PWM技术，使其适合应用各工况交流电动机的起动；采用模块化设计，功率模块出现故障时，可用抽屉式结构对功率单元进行方便快捷的更换，但某个功率器件出现问题时，控制系统会主动实施故障退出功能，其余单元可以继续保证电动机的正常起动；电动机起动前DSP+PLC的智能控制单元可以通过相应的检测模块来判断整个电动机工作系统的其他设备就绪情况，并作出完善的起动前系统检测保护；当电动机起动至工频范围且电流、电压、温度数据正常的情况下，主控系统会发出旁路合闸指令，电动机进入工频运行生产状态，装置的功率单元退出主回路，而散热系统还会工作至功率单元将至室温左右才停止工作。且主控系统的保护子程序进入工作状态。

下面结合附图和实施例对本实用新型做详细说明。

附图说明

图1是本实用新型的装置原理图。

图2是本实用新型的控制结构示意图。

图3是本实用新型的通讯结构框图。

图中：1、电源；2、电动机；3、电源开关；4、进线变压器；5、整流晶闸管阀组；6、IGBT逆变器；7、旁路开关；8、平波电抗器；9、第一信号调理器；10、第二信号调理器；11、整流控制器；12、逆变控制器；13、第三信号调理器；14、输出电抗器。

具体实施方式

实施例1

为了克服现有技术中所采用的电机软起动技术存在的不足，无法满足起动需求得问题,本实施例提供了一种如图1所示的基于IGBT的高压电动机软起动装置，这种软起动装置是采用电力电子功率器件，同时调节各器件的频率和电压来进行调整电动机的起动特性，其工作原理是通过功率器件的高速响应开关，产生可变频率的脉宽调制波形。这样的变频电压施加于电动机的定子侧，电机频率按照设置参数进行大小及步长的调整，稳定电动机的起动电流小于1.5倍额定电流，同时电动机转速稳定上升，且电动机的起动转矩保持恒定，当电机转速达到额定后，装于软起动装置中的旁路开关闭合，短接功率单元，电动机进入额定运转状态，且该装置在电动机的运行过程中会实时监测电动机的运行数据，及电网数据，来形成完善的运行保护及监控系统。

具体的说，该基于IGBT的高压电动机软起动装置，包括电源1，以及与电源1电连接的电动机2，电源1与电动机2之间设置有电源开关3，电源开关3与电动机2之间设置有软起动机构以及与软起动机构并联的旁路开关7。

上述软起动机构包括顺次串接的进线变压器4、整流晶闸管阀组5、平波电抗器8、IGBT逆变器6、以及输出电抗器14。

电动机开始起动时，先在额定转速0-8％范围内工作在断续换流状态，在换相时刻到来时，逆变侧撤掉触发脉冲，并通知整流断续，整流侧将整流角α变为135°，使其工作在有源逆变状态，直流母线电流迅速降为零，此时整流向逆变发出换相指令，逆变进行换相，整流回到断续前的运行状态。当转速高于8％额定转速时，进入负载换流阶段，在换相时刻母线电流不需要断续。当转速达到95％额定转速时，进入转速微调阶段，接近额定转速时，完成合旁路操作，切除起动装置。

对于散热系统，在合理配备IGBT逆变器的情况下，进行柜内小型散热风机的风冷设计，柜体预留散热风道即可，无需进行大规模的散热系统设计。

通过IGBT功率单元串联的变频软起结构，电源输入侧设计可供电动机起动3分钟所需的进线输入变压器容量，并可有效消除变频过程多电网的谐波污染，且大大降低输入变压器的采购成本，因为变频软起动设备短时使用，所以IGBT模块的规格可采取降容处理，但串联实现高压输出的模块个数完全按照10KV/6KV等级设计，由于采用多电平正弦PWM技术，使其适合应用各工况交流电动机的起动；采用模块化设计，功率模块出现故障时，可用抽屉式结构对功率单元进行方便快捷的更换，但某个功率器件出现问题时，控制系统会主动实施故障退出功能，其余单元可以继续保证电动机的正常起动。

实施例2

如图2、图3所示，上述软起动机构还连接有控制系统；所述有控制系统包括控制单元、第一信号调理器9、第二信号调理器10、整流控制器11、逆变控制器12、第三信号调理器13；本控制单元共包括2个DSP，一个上位机ARM，一个PLC外扩系统，起动过程中各个控制板同时接入通信总线，如图3所示，如果通信不可靠，可能会导致起动失败，因此起动前必须对通信进行软件校验，以确保通信正常。对于实时性要求高，但对于重要的通信数据，均采用两次对接校验。

所述的第一信号调理器9接收旁路开关7与电源开关3之间的电网电流幅值检测信号和电源开关3与进线变压器4的电网电压幅值及过零点检测信号，并将接收到的信号进行处理后传送给整流控制器11；

所述的第二信号调理器10接收整流晶闸管阀组5与IGBT逆变器6之间的母线电流信号，并对接收到的信号进行处理，然后将处理后的信号传送给整流控制器11；

所述的第三信号调理器13接收电动机2与输出电抗器14之间的电网电压幅值及过零点检测信号，并对接收到的信号进行处理，将处理后的信号传送给逆变控制器12；

所述的整流控制器11通过通信总线与控制单元电连接，与控制单元进行信息传输，所述整流控制器11还与整流晶闸管阀组5电连接，用于对整流晶闸管阀组5进行现控制；

所述的逆变控制器12通过通信总线与控制单元电连接，与控制单元进行信息传输，所述的逆变控制器12还与控制IGBT逆变器6电连接，用于对 IGBT逆变器6进行控制。

所述控制单元包括上位机、DSP、PLC中的一种或多种的组合。

具体的是高压变频软起动装置在硬件上由主电路和控制电路组成。主电路单元包括进线变压器、输出电抗器、整流晶闸管阀组、三相多单元IGBT 逆变回路。

晶闸管单管的耐压无法满足6-10KV的要求，实际应用中需要进行晶闸管串联构成阀组进行工作

对于多阀组的晶闸管系统，设计时需要考虑动态均压和稳态均压问题，研究出工作稳定的晶闸管阀组。

软起动装置的性能指标取决于控制单元的结构及相应软件算法。

本实用新型主控芯片采用TI公司TMS320F2812，并将控制单元分为整流、逆变、状态量监测，晶闸管管及IGBT组件保护、电动机保护等功能区域划分，并经过MODBUS总线进行数据传输，实现各功能区协同控制。

在高压整流及高压逆变环节，由于耐压受限，装置采用光耦及光电隔离的模式进行驱动触发回路信号传输。

对于控制系统的电路具体电路，在现有技术中是比较成熟的电路控制技术，本实施例不进行列举，具体实施的时候，可查阅TI公司控制芯片的使用说明及其他控制芯片的使用说明，进行具体电路的搭建。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于IGBT的高压电动机软起动装置，包括电源(1)，以及与电源(1)电连接的电动机(2)，所述电源(1)与电动机(2)之间设置有电源开关(3)，其特征在于：所述电源开关(3)与电动机(2)之间设置有软起动机构以及与软起动机构并联的旁路开关(7)所述软起动机构包括顺次串接的进线变压器(4)、整流晶闸管阀组(5)、平波电抗器(8)、IGBT逆变器(6)、以及输出电抗器(14)。

2.如权利要求1所述的基于IGBT的高压电动机软起动装置，其特征在于：所述软起动机构还连接有控制系统；所述有控制系统包括控制单元、第一信号调理器(9)、第二信号调理器(10)、整流控制器(11)、逆变控制器(12)、第三信号调理器(13)；

所述的第一信号调理器(9)接收旁路开关(7)与电源开关(3)之间的电网电流幅值检测信号和电源开关(3)与进线变压器(4)的电网电压幅值及过零点检测信号，并将接收到的信号进行处理后传送给整流控制器(11)；

所述的第二信号调理器(10)接收整流晶闸管阀组(5)与IGBT逆变器(6)之间的母线电流信号，并对接收到的信号进行处理，然后将处理后的信号传送给整流控制器(11)；

所述的第三信号调理器(13)接收电动机(2)与输出电抗器(14)之间的电网电压幅值及过零点检测信号，并对接收到的信号进行处理，将处理后的信号传送给逆变控制器(12)；

所述的整流控制器(11)通过通信总线与控制单元电连接，与控制单元进行信息传输，所述整流控制器(11)还与整流晶闸管阀组(5)电连接，用于对整流晶闸管阀组(5)进行现控制；

所述的逆变控制器(12)通过通信总线与控制单元电连接，与控制单元进行信息传输，所述的逆变控制器(12)还与控制IGBT逆变器(6)电连接，用于对IGBT逆变器(6)进行控制。

3.如权利要求2所述基于IGBT的高压电动机软起动装置，其特征在于：所述控制单元包括上位机、DSP、PLC中的一种或多种的组合。