CN218416186U - 一种强迫换流四桥臂可控硅pwm软启动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种强迫换流四桥臂可控硅PWM软启动器，属于交直交变频器技术领域。现有的交直交变频器启动器存在启动转矩较低、功率开关器件多、成本变高的问题。本实用新型提供一种强迫换流四桥臂可控硅PWM软启动器，包括整流电路、滤波电路、逆变电路，整流电路和逆变电路分别与电源和负载相连，整流电路的输入端和电源三相A、B、C相连，输出端与滤波电路相连，滤波电路的输出端分别与逆变电路的输入端、电机的W相连接，逆变电路的输出端与电机的U、V两相连接，采用PWM信号控制可控硅进行强迫换流，可实现有级调压，变频调速，有效地减少了功率开关器件数量，降低了生产成本，提高了软启动器的控制性能。

Description

一种强迫换流四桥臂可控硅PWM软启动器

技术领域

本实用新型属于交直交变频器技术领域，具体涉及一种强迫换流四桥臂可控硅PWM软启动器。

背景技术

交直交变频器广泛应用于驱动三相交流异步电动机，一般传统的交直交变频器主要是由整流器和逆变器组成，整流部分为二极管三相桥式不可控整流，这样的整流器一般结构简单，性能可靠，易于维护。逆变器是由IGBT组成的三相桥式电路，广泛的应用于市场。由于电机直接启动时冲击电流较大，通常都要采用软启动器进行启动，这样也可以防止电机回馈电流对电网造成冲击。传统晶闸管调压软启动器的启动转矩较低，难以适用于大功率电机的带载启动，用传统交直交变频器启动又存在功率开关器件多，造成设备体积增大、成本变高、价格更贵等诸多缺点，导致交直交变频器用于大功率电机的软启动应用市场竞争力较弱。

发明内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种强迫换流四桥臂可控硅PWM软启动器。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种强迫换流四桥臂可控硅PWM软启动器，包括整流电路、滤波电路、逆变电路，所述整流电路和逆变电路分别与电源和负载相连，所述滤波电路的输入端与整流电路的输出端连接，所述滤波电路的输出端分别与逆变电路的输入端、电机的W相连接，所述逆变电路的输出端与电机的U、V两相连接。

所述整流电路为三相桥式半控整流电路，用于实现有级调压，包括可控硅T1、T2、T3和二极管D1、D2、D3，所述可控硅T1、T2、T3的阳极分别与二极管D1、D2、D3的阴极连接。

所述滤波电路包括滤波电容C₁、C₂和滤波电感L₁、L₂，所述滤波电容C₁的正极与可控硅T₁、T₂、T₃的阴极连接，所述滤波电容C₁的负极与滤波电容C₂的正极连接，所述滤波电路的输出端通过滤波电感L₁、滤波电感L₂与逆变电路连接，所述滤波电容C1和滤波电容C2的容量相同，所述滤波电容C1和滤波电容C2的中点E与电机的W相连接，所述逆变电路输出的U、W相之间的线电压和V、W相之间的线电压相位互差60°。

所述逆变电路包括主换流电路和辅助换流电路，

所述主换流电路包括可控硅T₄、可控硅T₅、可控硅T₆、可控硅T₇、二极管D₄、二极管D₅、二极管D₆和二极管D₇，所述可控硅T₄的阴极与可控硅T₇的阳极连接，所述可控硅T₄的阳极与二极管D₄的阴极连接，所述可控硅T₇的阴极与二极管D₇的阳极连接，所述可控硅T₆的阴极与可控硅T₅的阳极连接，所述可控硅T₆的阳极与二极管D₆的阴极连接，所述可控硅T₅的阴极与二极管D₅的阳极连接，

所述辅助换流电路包括可控硅T_4A、可控硅T_5A、可控硅T_6A、可控硅T_7A、电感L₃、电感L₄、电容C₃和电容C₄，

所述可控硅T₄的阳极和可控硅T_4A的阳极连接，所述可控硅T₇的阴极和可控硅T_7A的阴极连接，所述可控硅T_4A的阴极、可控硅T_7A的阳极均与电容C₃的一端连接，所述电容C₃的另一端与电感L₃连接，所述电感L₃的另一端连接电机U相，

所述可控硅T₆的阳极和可控硅T_6A的阳极连接，所述可控硅T₅的阴极和可控硅T_5A的阴极连接，所述可控硅T_6A的阴极、可控硅T_5A的阳极均与电容C₄的一端连接，所述电容C₄的另一端与电感L₄连接，所述电感L₄的另一端连接电机V相，

所述可控硅T₄、可控硅T_4A、可控硅T₇、可控硅T_7A、可控硅T₅、可控硅T_5A、可控硅T₆、可控硅T_6A的门极与控制器连接，用于接收控制信号，

所述电容C₃、电感L₃、可控硅T₄、可控硅T₇、可控硅T_4A、可控硅T_7A用于实现电机U相换流，

所述电容C₄、电感L₄、可控硅T₅、可控硅T₆、可控硅T_5A、可控硅T_6A用于实现电机V相换流。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供的一种强迫换流四桥臂可控硅PWM软启动器，采用四开关控制，用可控硅来代替IGBT等功率器件，利用可控硅来进行强迫换流，可以实现有级调压，变频调速，有效地减少了功率开关器件的数量，减小了逆变器的体积和重量，提高了软启动器的控制性能，从而提高了变频电路的工作效率，另外，可控硅的成本比IGBT要低的多，而且控制技术上相对成熟，极大地降低了生产成本。

附图说明

图1为本实用新型的强迫换流四桥臂可控硅PWM软启动器拓扑图；

图2为本实用新型的软启动器逆变电路两相相对于参考相C的输出电压波形图；

图3为本实用新型的电机达到工频50Hz时的转速波形图；

图4为本实用新型的电机稳定运行时电磁转矩波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

本实用新型实施例提供一种强迫换流四桥臂可控硅PWM软启动器，参见图1，包括整流电路、滤波电路、逆变电路，所述整流电路和逆变电路分别与电源和负载相连，所述滤波电路的输入端与整流电路的输出端连接，所述滤波电路的输出端分别与逆变电路的输入端、电机的W相连接，所述逆变电路的输出端与电机的U、V两相连接。

整流电路为三相桥式半控整流电路，用于实现有级调压，包括可控硅T₁、T₂、T₃和二极管D₁、D₂、D₃，所述可控硅T₁、T₂、T₃的阳极分别与二极管D₁、D₂、D₃的阴极连接。

滤波电路包括滤波电容C₁、C₂和滤波电感L₁、L₂，所述滤波电容C₁的正极与可控硅T₁、T₂、T₃的阴极连接，所述滤波电容C₁的负极与滤波电容C₂的正极连接，所述滤波电路的输出端通过滤波电感L₁、滤波电感L₂与逆变电路连接，所述滤波电容C1和滤波电容C2的容量相同，所述滤波电容C1和滤波电容C2的中点E与电机的W相连接，所述逆变电路输出的U、W相之间的线电压和V、W相之间的线电压相位互差60°。

所述滤波电容C1和滤波电容C2的中点E与电机的W相连接，所述逆变电路输出的U、W相之间的线电压和V、W相之间的线电压相位互差60°，相对于电机而言，实际上形成了一个对称的三相波形，产生一个旋转的磁场，从而可以驱动电机转动。

所述逆变电路包括主换流电路和辅助换流电路，

所述主换流电路包括可控硅T₄、可控硅T₅、可控硅T₆、可控硅T₇、二极管D₄、二极管D₅、二极管D₆和二极管D₇，所述可控硅T₄的阴极与可控硅T₇的阳极连接，所述可控硅T₄的阳极与二极管D₄的阴极连接，所述可控硅T₇的阴极与二极管D₇的阳极连接，所述可控硅T₆的阴极与可控硅T₅的阳极连接，所述可控硅T₆的阳极与二极管D₆的阴极连接，所述可控硅T₅的阴极与二极管D₅的阳极连接，

所述辅助换流电路包括可控硅T_4A、可控硅T_5A、可控硅T_6A、可控硅T_7A、电感L₃、电感L₄、电容C₃和电容C₄，

所述可控硅T₄的阳极和可控硅T_4A的阳极连接，所述可控硅T₇的阴极和可控硅T_7A的阴极连接，所述可控硅T_4A的阴极、可控硅T_7A的阳极均与电容C₃的一端连接，所述电容C₃的另一端与电感L₃连接，所述电感L₃的另一端连接电机U相，

所述可控硅T₆的阳极和可控硅T_6A的阳极连接，所述可控硅T₅的阴极和可控硅T_5A的阴极连接，所述可控硅T_6A的阴极、可控硅T_5A的阳极均与电容C₄的一端连接，所述电容C₄的另一端与电感L₄连接，所述电感L₄的另一端连接电机V相，

所述可控硅T₄、可控硅T_4A、可控硅T₇、可控硅T_7A、可控硅T₅、可控硅T_5A、可控硅T₆、可控硅T_6A的门极与控制器连接，用于接收控制信号，

所述电容C₃、电感L₃、可控硅T₄、可控硅T₇、可控硅T_4A、可控硅T_7A用于实现电机U相换流，

所述电容C₄、电感L₄、可控硅T₅、可控硅T₆、可控硅T_5A、可控硅T_6A用于实现电机V相换流。

本实用新型工作原理：

正弦脉宽调制的基础理论是在采样控制中，冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的同一环节上时，其效果基本相同。其中，冲量指的是窄脉冲的面积；效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。

采用PWM信号控制可控硅T₄、T₅、T₆、T₇、T_4A、T_5A、T_6A、T_7A，输出电压驱动电机转动，通过改变脉冲的宽度可以控制逆变输出电压的幅值，改变调制周期可以控制逆变输出的频率。

参见图2-图4，图2为软启动器逆变电路U、V两相相对于参考相C的输出电压波形,逆变输出电压U、V互差60°，电路采用可控硅器件作为开关器件，逆变电路的基本工作方式由传统的180°方波控制创造性的改进为用PWM控制。

图3为驱动电机运行在工频50Hz时的转速，采用PWM信号控制可控硅T₄、T₅、T₆、T₇和辅助可控硅T_4A、T_5A、T_6A、T_7A，输出电压驱动电机转动，通过改变脉冲的宽度可以控制逆变输出电压的幅值，改变调制周期可以控制逆变输出的频率。

V相换流的控制方法与U相相同。以U相为例分析，U相换流电路包括可控硅T₄、T₇、辅助可控硅T_4A、T_7A、电容C₃、电感L₃，U相换流分为前半周期换流和后半周期换流,前半周期换流采用PWM信号控制可控硅T₄、可控硅T_4A，后半周期换流采用PWM信号控制可控硅T₇、可控硅T_7A，后半周期换流过程与前半周期相同，前半周期换流过程为：最初可控硅T₄正通过全部线路电流，准备对可控硅T₄进行强迫换流，电容C₃被充电至Ud，初始充电由同时触发可控硅T₄和可控硅T_4A来建立，用可控硅T_4A来开始换流，开始谐振电流在电路T_4A-C₃-L₃-T₄中建立，并从可控硅T₄内流过的电流中将其减去，当可控硅T₄内的电流为零时，剩余的谐振电流环形流过二极管D₄，当达到峰值电流时，电容C3电压放电为零，然后开始反方向充电，在此期间二极管D₄反向压降帮助可控硅T₄关断，在前半个周期可控硅T₄要开通关断多次，与180°方波控制不同，所以换流过程在前半个周期要发生多次，以此达到PWM控制的目的。

图4为电机稳定运行时电磁转矩波形图，电容C₁和电容C₂的中点E与电机的W相连接，从而逆变电路输出的U、W相之间的线电压和V、W相之间的线电压相位互差60°，相对于电机而言，实际上形成了一个对称的三相波形，产生一个旋转的磁场，从而可以驱动电机稳定转动。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种强迫换流四桥臂可控硅PWM软启动器，其特征在于，

包括整流电路、滤波电路、逆变电路，所述整流电路和逆变电路分别与电源和负载相连，所述滤波电路的输入端与整流电路的输出端连接，所述滤波电路的输出端分别与逆变电路的输入端、电机的W相连接，所述逆变电路的输出端与电机的U、V两相连接；

所述逆变电路包括主换流电路和辅助换流电路，

所述主换流电路包括可控硅T₄、可控硅T₅、可控硅T₆、可控硅T₇、二极管D₄、二极管D₅、二极管D₆和二极管D₇，所述可控硅T₄的阴极与可控硅T₇的阳极连接，所述可控硅T₄的阳极与二极管D₄的阴极连接，所述可控硅T₇的阴极与二极管D₇的阳极连接，所述可控硅T₆的阴极与可控硅T₅的阳极连接，所述可控硅T₆的阳极与二极管D₆的阴极连接，所述可控硅T₅的阴极与二极管D₅的阳极连接；

所述辅助换流电路包括可控硅T_4A、可控硅T_5A、可控硅T_6A、可控硅T_7A、电感L₃、电感L₄、电容C₃和电容C₄；

所述可控硅T₄的阳极和可控硅T_4A的阳极连接，所述可控硅T₇的阴极和可控硅T_7A的阴极连接，所述可控硅T_4A的阴极、可控硅T_7A的阳极均与电容C₃的一端连接，所述电容C₃的另一端与电感L₃连接，所述电感L₃的另一端连接电机U相，

所述可控硅T₆的阳极和可控硅T_6A的阳极连接，所述可控硅T₅的阴极和可控硅T_5A的阴极连接，所述可控硅T_6A的阴极、可控硅T_5A的阳极均与电容C₄的一端连接，所述电容C₄的另一端与电感L₄连接，所述电感L₄的另一端连接电机V相，

所述可控硅T₄、可控硅T_4A、可控硅T₇、可控硅T_7A、可控硅T₅、可控硅T_5A、可控硅T₆、可控硅T_6A的门极与控制器连接，用于接收控制信号；

所述电容C₃、电感L₃、可控硅T₄、可控硅T₇、可控硅T_4A、可控硅T_7A用于实现电机U相换流；

所述电容C₄、电感L₄、可控硅T₅、可控硅T₆、可控硅T_5A、可控硅T_6A用于实现电机V相换流。

2.根据权利要求1所述的一种强迫换流四桥臂可控硅PWM软启动器，其特征在于，

所述整流电路为三相桥式半控整流电路，用于实现有级调压，包括可控硅T₁、T₂、T₃和二极管D₁、D₂、D₃，所述可控硅T₁、T₂、T₃的阳极分别与二极管D₁、D₂、D₃的阴极连接。

3.根据权利要求1所述的一种强迫换流四桥臂可控硅PWM软启动器，其特征在于，

所述滤波电路包括滤波电容C₁、C₂和滤波电感L₁、L₂，所述滤波电容C₁的负极与滤波电容C₂的正极连接，所述滤波电路的输出端通过滤波电感L₁、滤波电感L₂与逆变电路连接，所述滤波电容C1和滤波电容C2的容量相同，所述滤波电容C1和滤波电容C2的中点E与电机的W相连接，所述逆变电路输出的U、W相之间的线电压和V、W相之间的线电压相位互差60°。

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