CN2241417Y - 轮回型交流变频器 - Google Patents

Abstract

轮回型交流变频器，现有交流变频器存在电机无功损耗大，对电网产生的无功影响大等问题，本装置采用由12只晶闸管组成的两组三相逆变桥对三相独立六绕组端异步电动机进行变频调速，配用具有双重关断作用的斩波器实现对晶闸管的强制关断，并与一普通调压晶闸管构成脉宽电压调制回路。本装置在逆变轮回换流过程中可使电机电磁能量在各相间依次转移，减小了无功损耗，提高了换流性能，减少了对电网的无功影响。

Description

轮回型交流变频器

本实用新型属一种交流变频调速器。

随着变频逆变技术的广泛应用，目前国内外陆续出现了一些能改善逆变器换向性能、减少元件数量和造价、克服电感电容元件造成储能积累、过电压等问题的新技术，例如中国专利ZL88101020、ZL89200379即为前几年出现的上述新技术，其中，它们均利用了二极管等元件组成回馈通路，在换流时为无功能量提供一电流释放回路，其不足之处是无功电流的回馈限制了负载功率因数的提高，起不到充分节能的作用，ZL93106472“六相无回馈逆变技术”具有无回馈即克服感性负载无功电流的优点，但由于其直流侧必须是可调的直流电压，若用可控元件组成的整流电路调压，势必要对电网产生无功等影响，若另设置直流斩波调压环节，又会增加装置的复杂程度和成本。

本实用新型旨在提供一种既能消除感性负载无功能量的有害影响，并能利用它改善换相性能、变害为利，又能节约电能且减少对电网产生无功电流的交流变频调速器。

实现上述目的的技术解决方案是(参见实施例附图)，本装置包括由普通整流管组成的整流器I、逆变器III和接于它们之间的直流斩波器II，以及相应的触发控制器，其特征在于：

-所述的逆变器III是由采用12只晶闸管组成的两组独立的三相逆变桥N₁、N₂构成，两组逆变桥的6个输出端分别接三相电动机或三相变压器的相间分隔的三相绕组的6个端头，其中每相绕组是跨接在两组逆变桥的对应输出端之间；

-所述斩波器II的结构是：从整流器的一个输出端A依次串联有电抗器L₃₁、顺向联接的晶闸管T₆、整流管D₆和与电抗器L₃₂构成主副边绕组的电抗器L₃₂，然后将该点S分别接到两组逆变桥N₁和N₂的输入端E和H端，从整流器的另一输出端A′也分出两条支路，一条支路通过电抗器L₂₁接逆变桥N₁的另一输入端E′，一条支路通过电抗器L₁₂接逆变桥N₂的另一输入端H′，在前述电抗器L₃₁与晶闸管T₆相联点B接出分别由晶闸管T₁₀、T₉串联的支路和由晶闸管T₇、T₈串联的支路，这两条支路分别接到两组逆变桥的输入端E′和H′，换流电容C₂接在两条支路的串联晶闸管连接点之间，在前述晶闸管T₆与整流管D₆相连点M、电抗器L₃₂与逆变桥输入端相连点S处，分别与整流器输出端A′之间并联有电解电容C₃、C₄。

本实用新型的工作原理是(参见实施例进行说明)，触发控制器采用常规技术的6进制脉冲分配电路向分别位于两组逆变桥中、且连在一相绕组两端的6对晶闸管(T₁₁与T₂₁、T₁₃与T₂₃、T₁₅与T₂₅、T₂₄与T₁₄、T₂₆与T₁₆、T₂₂与T₁₂)依次间隔60度角发出触发脉冲，6对晶闸管即按6节拍循环规律依次触发并导通(120-α)度角，α角为换流时间角度。将斩波器两条支路中能与脉冲电容C₂形成串连支路的两对换流晶闸管T₁₀与T₈、T₇与T₉作为分别同步导通的控制元件，两对晶闸管在每个循环周期内分别按2节拍交错触发导通三次，导通瞬间将C₂电容上的反向电压作用于逆变桥相应的一对已导通(120-α)角的晶闸管，而这两个晶闸管之间还串联有三相电动机(或变压器)的一相绕组，所以C₂上反向电压形成的反向电流即流过这对晶闸管和与其串联的负载绕组，当该反向电流与晶闸管正向电流相等时即强行将其关断，同时也使感性负载绕组的电流瞬间降为0。

当触发导通一对晶闸管时，斩波器里的电感又能将其储藏的能量释放出来促使与该晶闸管串联的绕组电流从零快速上升，因此在电容与电感两种储能元件配合作用下，大大降低了电感性绕组电流与电压的相位差。

上述直流斩波器两对换流晶闸管及逆变桥6对晶闸管依次触发导通的须序为：(T₇、T₉)T₁₆、T₂₆--T₁₆、T₂₆、T₁₁、T₂₁--(T₈、T₁₀)T₁₁、T₂₁--T₁₁、T₂₁、T₁₂、T₂₂--(T₇、T₉)T₁₂、T₂₂--T₁₂、T₂₂、T₁₃、T₂₃--(T₈、T₁₀)T₁₃、T₂₃--T₁₃、T₂₃、T₁₄、T₂₄--(T₇、T₉)T₁₄、T₂₄--T₁₄、T₂₄、T₁₅、T₂₅--(T₈、T₁₀)T₁₅、T₂₅--T₁₅、T₂₅、T₁₆、T₂₆--(T₇、T₉)T₁₆、T₂₆，在轮回形式的换流中，斩波器晶斩管(括号内所示)的导通时间取决于换流电容C₂与感性电抗器的参数，在换流中始终有一相绕组保持通流，这是维持三相电动机(或变压器)全磁通不变及无回馈逆变的内部条件，而前述用斩波器中的换流电容反电压作用于晶闸管与绕组的串连电路强制断流则是其外部条件。

本装置整流器采用普通整流管，直流调压是通过晶闸管T6的脉宽电压调制完成，其工作原理是：斩波器换流电容C₂有双重关断作用，即在瞬间关断逆变桥晶闸管的同时，也将调压晶闸管T₆强制关断，在两组逆变桥晶闸管依次相差60度角循环导通关断的一周中，T₆也被斩波器关断6次，若随六脉动频率调节T₆管的触发导通相位，就会在逆变器直流侧得到与输出频率成比例的直流电压。T₆管被切断时，储存于L₃₁电感绕组的能量即由其副边绕组L₃₂的回路释放，电解电容C₃、C₄与L₃₂起滤波作用。

与逆变桥相联的三相异步电机(或变压器)是将接线盒内的连接片取掉，形成如图2所示的具有6个端点的三相互相独立的绕组，每相绕组两端均是分别连接在两组逆变桥的对应输出端，在逆变桥输出端的轮徊供电换流作用下，电机绕组形成了六个绕组端依次相差60度角的中性点不相连的六相星形工作状态，在任一绕组断流瞬间，总还有另一相绕组在工作，维持电动机全磁通不变，而产生的反电动势与斩波器储能元件释放能量的综合作用下，在电机各相间与电机和换路回路间产生S形循环电流，此循环电流使电机各相电磁能量依次转移，促进了换流并提高了负载的效率。

本装置在不改变异步电动机内部结构的前堤下，用轮回换流方式有效地利用了负载与换流元件的无功能量，不仅利用它改善了换流性能，而且使电机的无功能量在各相间被依次转移，克服了无功电流损耗，提高了负载的功率因数，同时本实用新型采用一个能被斩波器控制的晶闸管实现对逆变桥直流侧电压的调整，从而减少了对电网的无功影响，而且结构简单，产品造价低廉。

附图说明

图1、本实用新型实施例三相异步电机变频调速器电路原理图

I-整流器  III-直流斩波器  III-逆变桥

图2、与本实用新型变频器相连的三相异步电机内部绕组示意图

实施例说明

本实施例整流器I是由D₁₁-D₁₆六个普通二极整流管组成的三相桥式整流电路构成。

逆变桥III是由T₁₁、T₁₃、T₁₅、T₁₄、T₁₆、T₁₂组成的一组三相逆变桥N₁和由T₂₄、T₂₆、T₂₂、T₂₁、T₂₃、T₂₅组成的另一组三相逆变桥N₂构成，电动机中的三相两端分别为a₁′和a₂′、b₁′和b₂′、c₁′和c₂′的独立绕组分别跨接在位于两组逆变桥中的对应输出端a₁和a₂、b₁和b₂、c₁和c₂端。

整流器共阴极输出端A依次串联有电感L₃₁、调压晶闸管T₆、整流二极管D₆、L₃₁的副边绕组L₃₂，本例在L与N₁组逆变桥共阳极输入端E相联的支路里串联一电抗器L₁₁，在L₃₂与N₂组逆变桥的共阳极输入端H相联的支路里串联一电抗器L₂₂，整流器共阳极输出端A′通过与L₂₂形成原副边绕组的L₂₁接N₁组逆变桥共阴极输入端E′，通过与L₁₁形成原副边绕组的L₁₂接N₂组逆变桥共阴极输入端H′，从L₃₁与T₆的连接处B点连出两条支路，一条是由晶闸管T₇、T₈串连后接N₁组逆变桥共阴极端E′，另一条是由T₁₀、T₉串连后接逆变桥N₂的共阴极端H′，在两条支路的各自串联晶闸管连接点之间接有换流电容C₂，从T₆与D₆连接点M处和L₃₂与L₂₂、L₁₁连接处S点分别与整流器共阳极输出端A′之间并联有电解电容C₃、C₄。

本例在电抗器L₃₂与两逆变桥输入端E、H相联的支路里分别串联有与L₁₂、L₂₁形成原副边绕组的电抗器L₁₁、L₂₂，能大大提高改善电路换流性能的可靠性和稳定性。

本实施例在电解电容C₃两端反向并联一整流管D₅，以防止断电时电动机向C₃反向充电击穿电容。

本例用380V三相交流电源，配用45-55KW异步电动机，采用的各元件参数为：12只逆变桥晶闸管  ： KP-100A  1200V4只斩波器换流晶闸管：KP-150A  1200V1只调压晶闸管T：     KP-200A  1200V8只整流管：          ZL-150A  1000VL₁₂＝L₂₁＝3mH      L₁₁＝L₂₂＝0.8mHL₃₁＝1mH            L₃₂＝0.8mHC₂＝120μf          (1200V)C₃＝C₄＝2000μf    (600V)C₁＝200μf          (600V)

Claims (2)

1、轮回型交流变频器，本装置包括由普通整流管组成的整流器(I)、逆变器(III)和接于它们之间的直流斩波器(II)，以及相应的触发控制器，其特征在于：

-所述的逆变器III是由采用12只晶闸管组成的两组独立的三相逆变桥(N₁)、(N₂)构成，两组逆变桥的6个输出端分别接三相电动机或三相变压器的相间分隔的三相绕组的6个端头，其中每相绕组是跨接在两组逆变桥的对应输出端之间；

-所述斩波器(II)的结构是：从整流器的一个输出端(A)依次串联有电抗器(L₃₁)、顺向联接的晶闸管(T₆)、整流管(D₆)和与电抗器(L₃₁)构成主副边绕组的电抗器(L₃₂)，然后将该点(S)分别接到两组逆变桥(N₁)和(N₂)的输入端(E)和(H)端，从整流器的另一输出端(A′)也分出两条支路，一条支路通过电抗器(L₂₁)接逆变桥(N₁)的另一输入端(E′)，一条支路通过电抗器(L₁₂)接逆变桥(N₂)的另一输入端(H′)，在前述电抗器(L₃₁)与晶闸管(T₆)相联点(B)接出分别由晶闸管(T₁₀)、(T₉)串联的支路和由晶闸管(T₇)、(T₈)串联的支路，这两条支路分别接到两组逆变桥的输入端(E′)和(H′)，换流电容(C₂)接在两条支路的串联晶闸管连接点之间，在前述晶闸管(T₆)与整流管(D₆)相连点(M)、电抗器(L₃₂)与逆变桥输入端相连点(S)处，分别与整流器输出端(A′)之间并联有电解电容(C₃)、(C₄)。

2、根据权利要求1所述的轮回型交流变频器，其特征在于：在所述电抗器(L₃₂)与逆变桥(N₁)输入端(E)相连的支路里串联有与所述电抗器(L₁₂)形成原副边绕组的电抗器(L₁₁)，在所述电抗器(L₃₂)与逆变桥(N₂)输入端(H)相连的支路里串联有与所述电抗器(L₂₁)形成原副边绕组的电抗器(L₂₂)。

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