CN2689584Y

CN2689584Y - 感应型交流变频器

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Publication number: CN2689584Y
Application number: CN 200420005244
Authority: CN
Inventors: 刘建平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2005-03-30
Anticipated expiration: 2014-02-18

Abstract

本实用新型由具有主绕组与组合接线副绕组的变流变压器、整流器和六相逆变器等组成。采用对各微小时间段内的工频输入与变频输出电压量进行取样，并用其差值量控制六只电力电子器件进行脉宽调制，使其副绕组形成频率近于恒定而电压幅值随时变化的轮徊式转动，从而感应于主绕组以随时调压方式实现交－交型的变压与变频。本装置具有输出波形好、便于能置回馈和可靠性高的优点，尤其在高电压及工频以下频率的变频调速领域有较突出的优势。

Description

感应型交流变频器

一、技术领域

本实用新型属电子工程技术领域，特别涉及一种感应型交流变频器。

二、背景技术

在目前的交流变频调速技术领域，其装置的主回路是采用交—直—交变流型式为主，并用可关断电力电子器件及其脉宽调制(PWM)方式而构成性能较优的变频调速装置。由于该型装置经由整流器与逆变器的电子器件直接向负载提供电能，因此也往往影响到装置的可靠性。其次，在需要四象限运行时还要增加装置的复杂性。尤其在高压变频调速领域，常规的输入降压和输出升压的变频方式，不可避免地存在结构复杂和造价较高的问题。中国专利ZL98219580.X，双回型交流变频器具有对感性负载在逆变换流中不回馈无功电流的优点，但存在输出电压的波形较差和装置的可靠性较低的问题。

三、发明内容

本实用新型旨在提供一种在主回路中串联主绕组，其组合接线的副绕组利用逆变器形成电压幅值变化并近于工频的旋转，经电磁感应使其主绕组的电压变化而构成动态的补偿过程，在其输出端产生可调频调压的并可四象限运行的交—交型变频调速装置。

本实用新型的技术方案是：感应型交流变频器，包括有共同装设于变流变压器三相铁心的主绕组与副绕组，三相桥式整流器和六相逆变器，以及相应的触发控制器，其特征在于：所述的变流变压器的三相铁心上装设有三只主绕组和九只副绕组，其WA1、WB1和WC1三只主绕组分别串联于三相主回路的三个输入端与三个输出端的A1与A2、B1与B2、C1与C2之间，对应装设于三相铁心的W_B3、W_A4、W_C3、W_B4、W_A3和W_C4六只副绕组，按照依次相差π/3电压相位方式联接成六边形回路，并依次引出H、G、F、K、J和I六个接线端、还在其I、G、K三个接线端联接WA2、WB2和WC2构成的中性点为E的星形接线副绕组。感应型交流变频器的电力电子回路为：整流器是用D1、D2、D3、D4、D5和D6六只整流二极管联成三相桥式电路，并在其直流输出联接C0电容器而成；逆变器是用T₁、T₂、T₃、T₄、T₅和T₆六只可关断晶闸管GTO，依次将其正极端联接于六边形副绕组的F、G、H、I、J、K接线端，并将其副绕组的中性点E联接于整流器的正极端。

本实用新型的技术方案是：包括装设于变流变压器三相铁心的主绕组与副绕级及辅助绕组、整流器和逆变器，以及触发控制器，其特征在于：所述的三只主绕组W_A1、W_B1和W_C1联接成三相星形接线而引出A2、B2和C2三个接线端，在三个工频电源端的A1、B1、C1同A2、B2、C2三端对应的A1与A2、B1与B2、C1与C2之间，分别联接三相异步电动机的定子绕组WA、WB、WC而形成串联联接；副接组的十二只绕组联接成其电压相量图形为六边形与六星形的组合接线，也就是在其九只副绕组构成的其电压相量为六边形与三星形的接线后，再将WA5、WB5和WC5副绕组联成的三相星形接线共同组合而成，并引出F、G、H、I、J、K和中性端E七个接线端；三只辅助绕组WA6、WB6和WC6联接成三角形接线，其三个端子联接于由D₁₂、D₄₂、D₃₂、D₆₂、D₅₂和D₂₂整流二级管联成的三相辅助桥式电路的交流输入端。电力电子回路的技术方案为：辅助桥式电路同D₁、D₂、D₃、D₄、D₅和D₆整流二极管组成的主桥式电路串联联接，其三个交流输入端联接于a₁、b₁和c₁交流电源端，两个桥式整流电路串联后的直流输出端E联接于组合接线副绕组的中性端；采用电力晶体管GTR或绝缘栅晶体管IGBT的T₁、T₂、T₃、T₄、T₅和T₆，依次反向并联整流二极管D₁₁、D₂₁、D₃₁、D₄₁、D₅₁和D₆₁，其电力晶体管的正极端依次联接于组合副绕的F、G、H、I、J、K六端，对应的六只电力晶体管的负极端(e端)共同联接并联接于整流电路的D端。在用较低电压值的电力电子器件时，可采用12只电力电子器件组成六相逆变桥，其六个交流接线端对应联接于组合接线的副绕组。

本实用新型的工作原理是：采用了一种独特的调节感应电压变频方法，即对各微小时间段内的工频输入电压与调频输出电压量进行测量及取样，据此差值量进行脉宽调制，并由六只电力电子器件控制其副绕组随时产生对应的电压量，从而经由主绕组并以动态的增压或减压方式实现交—交型的交流变频。三相主绕组分别的电压差值量仍基本保持其三相的矢量和等于零的基本规律，据此可将其副绕组联接成六边形与星形的组合接线，并在其T₁～T₆六只可关断电力电子器件的依次近于导通5/6π或π电压角度的脉宽调制中，使其副绕组产生平均频率近于工频的但其幅值随时变化的轮徊式旋转。如果以频率为f₁的幅值为Um的工频电源的A1相电压

U_A1＝Umsin2πf₁t作为参考正弦量，并以f₂为变频后的频率及f₂/f₁Um为其幅值的A2相电压为

U_A2＝f₂/f₁Umsinf₂/f₁2πf₁t选择为同一起点，则三相工频电压与三相变频电压随时间t的函数的差值量分别为：

ΔUA＝Umsin2πf₁t-f₂/f₁msinf₂/f₁2πf₁t

ΔUB＝Umsin(2πf₁t-2/3π)-f₂/f₁Umsin(f₂/f₁2πf₁t-2/3π)

ΔUC＝Umsin(2πf₁t-4/3π)-f₂/f₁Umsin(f₂/f₁2πf₁t-4/3π)

用此电压差值量控制对应的可关断电子器件的导通的脉冲宽度，例如在其A相电压差值量为正且数值较大时，控制其T₁管子导通且导通间隔较宽，为负值时则控制T4管子导通。经由主绕时对应的电压量的调节，达到预设的调频与调压VVVF的目的。采用十二只电力电子器件组成六相逆变桥的变流方式，在其至少保持四个管子始终接近导通的过程中，同样可使其副绕组形成轮徊式的旋转。

本实用新型的积极效应是：利用主、副绕组的电磁感应的特点，可使副绕组与电力电子回路在高压变频中而工作于低电压；在工频电源与三相异步电动机之间串联主绕组的电路形式，具有便于实现四象限运行和耐冲击的优点；六相逆变方式与其脉宽调制形成的谐调、可经其主、副绕组的电磁感应过程而有所消减。

四、附图说明

1、本实用新型实施例1主副绕组与电力电子器件联接原理图。

2、本实用新型实施例2主副辅绕组与电力电子器件联接原理图。

五、实施例

1、实施例1

本装置设计输入电压为工频380V，输出频率为0～50HZ，输出电压为50～380V，负载为四象限运行的低压三相异步电动机。变流变压器采用三柱式叠铁心，设置有匝数相同的主绕组三只，匝数相同的副绕组W_A2、W_A3、W_A4、W_B2、W_B3、W_B4、W_C2、W_C3和W_C4九只；同相的一只主绕组和三只副绕组共同装设于某一个铁心柱上；设计其主绕组与副绕组的匝数比为1∶1或1.6∶1。电力电子回路的三相桥式整流器由D1～D6六只整流二极管组成，其URRM电压值可选为1200V；六相逆变器由T1～T6六只可关断晶闸管GTO组成，其UDSM电压值可选为1200V；C0滤波电解电容器的额定电压值可选为1200V。

依照图1的变流变压器的联接方式为：三只主绕组串联于三相主回路之中，负载电动机连接于输出端的A₂、B₂和C₂；九只副绕组采用其感应电压同相位的相对，不同相位的相连的方式而联接成六边形与三星形组合的接线。电力电子回路的接线方式为：三相低压整流器的输入端连接于工频电源的A₁、B₁和C₁三端或联接于较低电压值的电源端，其直流输出的正端E与其负端D之间连接有电解电容器C₀；六相逆变器的六只可关断晶闸管T₁、T₂、T₃、T₄、T₅和T₆的正极端依次联接于副绕组组合接线的F、G、H、I、J、K六个接线端，其六个负极端并联后接于D端；直流输出的E端联接于副绕组组合接线的中性端。

本型的电力电子器件的控制方式为：六只GTO管子按照依次间隔60度并接近民通180度的循环规律进行控制，并按照工频电源的三相信号与设定的变频信号进行比较而用其差值量转换成脉宽调制信号；依据其差值量愈大则导通角度愈宽的规律分别进行触发控制。组合副绕组在六相的始终有二个或三个GTO保持导通中形成近于工频频率的旋转，其主绕组的感应电压的幅值在0～517V之间脉动，并在其随时承担工频电压与变频电压的差值量的过程中，实现三相异步电功机从零至额定转速的速度调节。

2、实施例2

本装置设计输入电压为工频6000V，高压电动机的调节范围为10％～100％额定转速。变流变压器的结构为：在A相铁心柱上装设有W_A1高压绕组同W_A2、W_A3、W_A4、W_A5和W_A6低压绕组，在B、C相铁心柱上同样分别装设有一只高压绕组和五只低压绕组。依照图2的变压器的绕组联接方式为：三只高压绕组的末端联接成三相星形，其三个绕组首端与三个高压工频电源端之间分别串联联接高压电动机的WA、W_B和W_C三相定子绕组；在九只副绕组构成的六边形与三星形的组合接线中，将增设的W_A5、W_B5和W_C5三只副绕组以星形形式而联接于F、H、J三端，构成其电压相量为六边形与六星形的组合接线；副绕组的W_A6、W_B6和W_C6联接成三角形接线，共三端作为D₁₂～D₆₂六只整流二极管构成的辅助整流桥的交流输入端。电力电子回路的联接方式为：由D₁～D₆整流管构成的主整流桥和D₁₂～D₆₂构成的辅整流桥串联联接，C₀电容器作为二个整流桥的直流输出的滤波器而联接于E端与D端；六只或六组电力晶体管GTR或缘缘栅晶体管IGBI T₁～T₆分别反向并联反馈二极管D₁₁～D₆₁；六只GTR的正极端依次联接于组合副绕组的F、G、H、I、J和K六端，其六个负极性端联接于D端。

本例的六只电力电子器件的脉宽调制及控制规律同上例基本相同。辅助整流器具有一定量的直流电压的调节作用，在调频至50HZ时，其电压值近于零；在调频至0HZ时，其电压值升高至200V。主整流器和辅助整流器二者也可只用其一。在副绕组利用六只GTR依次的脉宽调制中，三只联接于回路末端的主绕组感应有工频电压与调频电压叠加的合成电压相量，三相独立的电机绕组在对应的频率与电压量的作用下而变速运转。

Claims

1、感应型交流变频器，包括装设于三相铁心的主绕组与副绕组、整流器和逆变器，以及触发控制器，其特征在于：

——所述的装设于三相铁心的主绕组(WA1)、(WB1)和(WC1)分别串联于三相主回路之中，其六只副绕组(WB3)、(WA4)、(WC3)、(WB4)、(WA3)和(WC4)联接成六边形回路，依次引出(H)、(G)、(F)、(K)、(J)、(I)六个接线端，在其(I)、(G)、(K)三端联接有(WA2)、(WB2)和(WC2)联成三相星形接线的中性端为(E)的三只副绕组；

——所述的整流器是用六只整流二极管(D1)、(D2)、(D3)、(D4)、(D5)和(D6)及电容器(Co)组成桥式整流电路，逆变器是用六只可关断晶闸管GTO(T1)、(T2)、(T3)、(T4)、(T5)和(T6)，依次将其正极端联接于(F)、(G)、(H)、(I)、(J)和(K)端，将其各负极端联接于(D)端，并将(E)端联接于整流器的正极端而成。

2、感应型交流变频器，包括装设于三相铁心的主绕组与副绕组及辅助绕组、整流器和逆变器，其特征在于：

——所述的主绕组(WA1)、(WB1)和(WC1)联接成三相星形接线，在其三个电源端(A1)、(B1)、(C1)与主绕组的三个首端(A2)、(B2)、(C2)之间分别联结三相异步电动机的绕组(WA)、(WB)和(WC)；

——所述的副绕组(WA5)、(WB5)和(WC5)联成三相星形接线，再与其余九只副绕组共同联接成电压相量为六边形与六星形组合的接线；

——所述的辅助绕组(WA6)、(WB6)和(WC6)联接成三角形接线，其三端作为(D12)、(D42)、(D32)、(D62)、(D52)和(D22)整流二级管组成的三相辅助桥式电路的输入端；

——所述的逆变器是用六只或十二只电力晶体管GTR或IGBT绝缘栅晶体管，并分别反向并联一只整流二极管而组成六相逆变器或六相桥式逆变器。