CN210839403U - 一种高速永磁同步发电机回馈控制系统 - Google Patents

Abstract

一种高速永磁同步发电机回馈控制系统，包括高速永磁同步发电机、整流模块、制动单元、逆变模块Ⅰ、升压变换模块、滤波柜Ⅰ、变压器、交流电网、逆变模块Ⅱ、滤波柜Ⅱ，高速永磁同步发电机与整流模块的输入端相连，整流模块的输出端与制动单元、逆变模块Ⅰ的输入端、升压变换模块的输入端相连，逆变模块Ⅰ的输出端与滤波柜Ⅰ的输入端相连，滤波柜Ⅰ的输出端与变压器的低压侧相连，本实用新型包括逆变变压支路与升压逆变支路，将逆变变压回馈型并网方式与升压逆变回馈型并网方式相结合，既能满足高速发电机低速低压时的回馈需求，又能满足高速发电机中高速中高频时的回馈需求，两种状态自动切换，实现平稳过渡及功率的精准控制。

Description

一种高速永磁同步发电机回馈控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种控制系统，尤其涉及一种高速永磁同步发电机回馈控制系统。

背景技术

目前随着技术的发展，高速电机(转速不低于10000rmp)越来越广泛应用于航空航天、舰船、新能源汽车、机器人、空压机、压缩机、制冷、污水处理、余热回收等行业。为了获取高速发电机的设计性能，如何对一台高速永磁同步发电机进行加载测试，以及如何实现高速永磁同步发电机发电能量的并网回馈控制显得尤为重要。常用的电机加载方式以及并网回馈控制方式分为四象限回馈型、逆变变压回馈型和升压逆变回馈型。四象限回馈型是通过变频器与逆变器将电机发出的电能回馈至交流电网，其中变频器可以实现对电机的转矩控制，控制性能较为优越，但是高速电机的输出频率往往高达上千赫兹，这对变频器的控制性能提出了非常严苛的要求，目前市面上能满足如此高速的通用产品少之又少，仅有的产品不仅价格昂贵、控制性能如何也不得而知。逆变变压回馈型是通过逆变器与升压变压器将电能回馈至交流电网，但是该方案所能适应的电机输出电压范围有限，低频与中高频无法兼容。升压逆变回馈型是通过升压变换与逆变回馈将电能回馈至交流电网，由于升压变换的电压变比有限，因此该方案不能完全覆盖电机整个运行频率范围，尤其在低速低压发电状态时显得异常被动。

因此，亟需一种装置，要求其方案成熟、稳定可靠、技术风险低、便于推广应用，既能满足高速发电机的全频率输出范围，又能满足高速发电机的全电压输出范围，实现对高速发电机的并网回馈控制，同时控制性能优越，设备的体积和成本均在合理接受范围内。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种高速永磁同步发电机回馈控制系统，包括高速永磁同步发电机、整流模块、制动单元、逆变模块Ⅰ、升压变换模块、滤波柜Ⅰ、变压器、交流电网、逆变模块Ⅱ、滤波柜Ⅱ，所述高速永磁同步发电机与所述整流模块的输入端相连，整流模块的输出端与制动单元、逆变模块Ⅰ的输入端、升压变换模块的输入端相连，所述逆变模块Ⅰ的输出端与滤波柜Ⅰ的输入端相连，所述滤波柜Ⅰ的输出端与变压器的低压侧相连，所述变压器的高压侧与交流电网相连，所述升压变换模块的输出端与逆变模块Ⅱ的输入端相连，所述逆变模块Ⅱ的输出端与滤波柜Ⅱ的输入端相连，所述滤波柜Ⅱ的输出端与交流电网相连，控制盒分别与逆变模块Ⅰ、升压变换模块、逆变模块Ⅱ相连。

优选地，所述整流模块采用由第一至第六二极管构成的三相整流桥，三相整流桥具有正输出端和负输出端。

优选地，所述升压变换模块包括第一电容、第七二极管、第一电感、第一IGBT管，所述第一电容的一端、第一电感的一端连接在一起作为升压变换模块的输入端并接至三相整流桥的正输出端，第一 IGBT管的栅极接控制盒，第一IGBT管的漏极接第一电感的另一端、第七二极管的正极，第一电容的另一端、第一IGBT管的源极接三相整流桥的负输出端，第七二极管的负极作为升压变换模块的输出端。

优选地，所述制动单元包括电阻、第二IGBT管、第八二极管，所述电阻一端与三相整流桥的正输出端连接，电阻另一端与第二 IGBT管的漏极相连，第二IGBT管的栅极接控制盒，第二IGBT管的源极接三相整流桥的负输出端，所述第八二极管并接在第二IGBT 管的漏极与源极之间。

优选地，还包括人机交互接口HMI，人机交互接口HMI与控制盒连接。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型包括由逆变模块Ⅰ、变压器构成的逆变变压支路与由升压变换模块、逆变模块Ⅱ构成的升压逆变支路，将逆变变压回馈型并网方式与升压逆变回馈型并网方式相结合，在充分考虑设备体积、成本、技术可行性、性能、便于推广等一系列因素的制约下，既能满足高速发电机低速低压时的回馈需求，又能满足高速发电机中高速中高频时的回馈需求，两种状态自动切换，实现平稳过渡及功率的精准控制；系统还带有制动单元，防止发电机飞车时产生高压损坏设备，故而提高了系统的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为本实用新型的电路图。

图3为图2中整流模块的电路图。

图4为图2中升压变换模块的电路图。

图5为本实用新型逆变模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步说明。

如图1、图2所示，一种高速永磁同步发电机回馈控制系统，包括整流模块1、逆变模块Ⅰ3、滤波柜Ⅰ4、升压变换模块6、逆变模块Ⅱ7、滤波柜Ⅱ8、变压器5、控制盒、制动单元2、人机交互接口 HMI，所述整流模块1的输入端与高速永磁同步发电机M相连，整流模块1的输出端与制动单元2、逆变模块Ⅰ3的输入端、升压变换模块6的输入端相连，所述逆变模块Ⅰ3的输出端与滤波柜Ⅰ4的输入端相连，所述滤波柜Ⅰ4的输出端与变压器5的低压侧相连，所述变压器5的高压侧与交流电网相连，所述升压变换模块6的输出端与逆变模块Ⅱ7的输入端相连，所述逆变模块Ⅱ7的输出端与滤波柜Ⅱ8 的输入端相连，所述滤波柜Ⅱ8的输出端与交流电网相连，所述控制盒分别与逆变模块Ⅰ3、升压变换模块6、逆变模块Ⅱ7、人机交互接口HMI相连，所述控制盒为市场上常见的DSP，且控制盒与所述逆变模块Ⅰ、升压变换模块、逆变模块Ⅱ，HMI的连接方式为常见连接方式在此不再赘述。

如图3所示，所述整流模块1采用由第一至第六二极管 VT11-VT16构成的三相整流桥，三相整流桥具有正输出端和负输出端，充分满足高频输入的特殊工况。

所述升压变换模块6包括第一电容C61、第七二极管VD61、第一电感L61、第一IGBT管VT61，所述第一电容C61的一端、第一电感L61的一端连接在一起作为升压变换模块6的输入端并接至三相整流桥的正输出端，第一IGBT管VT61的栅极接控制盒，第一IGBT 管VT61的漏极接第一电感L61的另一端、第七二极管VD61的正极，第一电容C61的另一端、第一IGBT管VT61的源极接三相整流桥的负输出端，第七二极管VD61的负极作为升压变换模块6的输出端。升压变换模块6作为Boost升压电路，当高速永磁同步发电机处于中高频工作段时投入工作，对升压变换模块6进行直流电流控制即可实现升压逆变回馈的功率控制。

图5为本实用新型中逆变模块Ⅰ3与逆变模块Ⅱ7的原理图。逆变变压回馈模式下，直流侧母线电压不可控，逆变模块Ⅰ3进行恒流控制，实现该模式下的功率回馈；升压逆变回馈模式下，逆变模块Ⅱ 7进行恒压控制，充分保持该模式下直流母线电压的稳定。

所述制动单元包括电阻R1、第二IGBT管V1、第八二极管D1，所述电阻R1一端与三相整流桥的正输出端连接，电阻R1另一端与第二IGBT管V1的漏极相连，第二IGBT管V1的栅极接控制盒，第二IGBT管V1的源极接三相整流桥的负输出端，所述第八二极管D1 并接在第二IGBT管V1的漏极与源极之间。

本实用新型的工作原理是：所述逆变模块Ⅰ与升压变换模块、逆变模块Ⅱ处于分段工作模式，当高速永磁同步发电机工作于低转速低电压状态时，逆变模块Ⅰ投入工作，当高速永磁同步发电机工作于中高转速中高频状态时，升压变换模块与逆变模块Ⅱ投入工作，两种状态自动切换，实现平稳过渡，合理配置变压器5的电压变比，使得由逆变模块Ⅰ3、变压器5构成的逆变变压支路充分满足发电机低转速低输出电压时的工况。控制盒根据检测到的反馈信号判断发电机所处的工作状态，当检测到整流模块1输出端的直流电压较低时，控制盒向逆变模块Ⅰ3发出工作指令，逆变模块Ⅰ3根据指令完成发电机相应输出功率的回馈，同时启动逆变模块Ⅱ7，为发电机升速做好准备；当发电机转速升高，输出频率增大，对应的输出电压升高时，控制盒向升压变换模块6发出工作指令，回馈方式由逆变升压回馈切换至升压逆变回馈；当转速降低，输出电压回落时，回馈方式又由升压逆变回馈切换至逆变升压回馈，为了避免两种回馈模式下的频繁切换，切换区间做叠带处理，为了避免切换时产生功率跳变，切换过程线性处理；当发电机飞车产生的电压超过正常工作范围时，制动单元自动启动，主动吸收多余的能量，保护设备安全。HMI则与控制盒进行数据交互，实现数据传递、显示与记录功能。

上述的实施例仅为本实用新型的优选实施例，不能以此来限定本实用新型的权利范围，因此，依本实用新型申请专利范围所作的修改、等同变化、改进等，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种高速永磁同步发电机回馈控制系统，其特征在于：包括高速永磁同步发电机、整流模块、制动单元、逆变模块Ⅰ、升压变换模块、滤波柜Ⅰ、变压器、交流电网、逆变模块Ⅱ、滤波柜Ⅱ，所述高速永磁同步发电机与所述整流模块的输入端相连，整流模块的输出端与制动单元、逆变模块Ⅰ的输入端、升压变换模块的输入端相连，所述逆变模块Ⅰ的输出端与滤波柜Ⅰ的输入端相连，所述滤波柜Ⅰ的输出端与变压器的低压侧相连，所述变压器的高压侧与交流电网相连，所述升压变换模块的输出端与逆变模块Ⅱ的输入端相连，所述逆变模块Ⅱ的输出端与滤波柜Ⅱ的输入端相连，所述滤波柜Ⅱ的输出端与交流电网相连，控制盒分别与逆变模块Ⅰ、升压变换模块、逆变模块Ⅱ相连。

2.根据权利要求1所述的一种高速永磁同步发电机回馈控制系统，其特征在于：所述整流模块包括由第一至第六二极管构成的三相整流桥，三相整流桥具有正输出端和负输出端。

3.根据权利要求1所述的一种高速永磁同步发电机回馈控制系统，其特征在于：所述升压变换模块包括第一电容、第七二极管、第一电感、第一IGBT管，所述第一电容的一端、第一电感的一端连接在一起作为升压变换模块的输入端并接至三相整流桥的正输出端，第一IGBT管的栅极接控制盒，第一IGBT管的漏极接第一电感的另一端、第七二极管的正极，第一电容的另一端、第一IGBT管的源极接三相整流桥的负输出端，第七二极管的负极作为升压变换模块的输出端。

4.根据权利要求1所述的一种高速永磁同步发电机回馈控制系统，其特征在于：所述制动单元包括电阻、第二IGBT管、第八二极管，所述电阻一端与三相整流桥的正输出端连接，电阻另一端与第二IGBT管的漏极相连，第二IGBT管的栅极接控制盒，第二IGBT管的源极接三相整流桥的负输出端，所述第八二极管并接在第二IGBT管的漏极与源极之间。

5.根据权利要求2所述的一种高速永磁同步发电机回馈控制系统，其特征在于：还包括人机交互接口HMI，人机交互接口HMI与控制盒连接。

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