CN2882115Y

CN2882115Y - 无源无损耗软开关斩波电动机调速控制装置

Info

Publication number: CN2882115Y
Application number: CNU2005201281259U
Authority: CN
Inventors: 葛运周; 葛音
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2007-03-21
Anticipated expiration: 2015-10-28

Abstract

本实用新型公开了一种无源无损耗软开关斩波电动机调速控制装置。它包括启动电路2、整流电路3、软开关斩波电路4、有源逆变电路5、控制检测保护电路7、就地操作电路8、远程操作电路9、通讯接口电路10；软开关斩波电路4包括平波电抗器L1、根据被控电动机的容量需要由1至n只IGBT器件VS1至VSn并联组成的斩波开关VS，由谐振电感Lr、谐振电容Cr、缓冲电容Cb、续流二极管Do、辅助二极管D1、D2、D3组成的谐振电路和输出电容Co。本实用新型实现了无源无损耗的软开关斩波，电路简化，开关损耗小，装置的性能可靠，实现了大容量电机调速控制不受器件本身容量的限制。

Description

无损耗软开关斩波电动机调速控制装置

一、所属技术领域：

本实用新型属于一种交流电动机调速控制装置。

二、背景技术：

电动机调速不仅能更好地满足生产需要，而且能节约大量能源。目前，在交流电动机调速领域应用较多的是变频调速。但在高压电动机的某些领域，在转子侧实施控制的串级调速仍有很大优势。串级调速是交流电动机传统的调速方法之一，其主电路由启动电路、三相整流电路、三相有源逆变电路和逆变变压器等组成。在传统的串级调速系统中，有源逆变电路常采用移相触发控制，这种控制方式的缺点是功率因数低。近些年出现的斩波控制的串级调速使功率因数大有提高。但是，目前斩波控制的串级调速均为硬开关斩波，且均采用RC或RCD耗能型的吸收电路，存在着开关损耗大和吸收电路耗能严重的缺陷，特别是随着斩波频率的提高，这些损耗就更加明显。

三、发明内容：

本实用新型就是解决现用技术中存在的上述问题，提供一种能实现软开关斩波、耗能小的无源无损耗软开关斩波电动机调速控制装置。

为解决上述问题，本实用新型的技术解决方案是：一种无源无损耗软开关斩波电动机调速控制装置，它包括启动电路2、整流电路3、软开关斩波电路4、有源逆变电路5、控制检测保护电路7、就地操作电路8、远程操作电路9、通讯接口电路10；启动电路2、整流电路3接在电动机的转子绕组1上；软开关斩波电路4包括平波电抗器L1、斩波开关VS、谐振电路和输出电容Co，平波电抗器L1的一端接整流电路3的阳极a，另一端接谐振电路的输入端b，根据被控电动机的容量需要确定斩波开关VS由1至n只IGBT器件VS1至VSn并联组成，即VS1至VSn的集电极和发射极分别连接在一起；斩波开关VS的发射极e极连接整流电路3的阴极k，集电极c极连接谐振电路中二极管D1的正极，谐振电路的输出端连接输出电容Co的1端，输出电容Co的2端接在整流电路3的阴极k，Co的1端还连接有源逆变电路5的输入端；谐振电路由谐振电感Lr、谐振电容Cr、缓冲电容Cb、续流二极管Do、辅助二极管D1、D2、D3组成的，谐振电路的输入端b一路连接谐振电感Lr的一端，另一路连接辅助二极管D1的正极，谐振电感Lr的另一端一路连接续流二极管Do的正极，一路连接缓冲电容Cb的一端，续流二极管Do的负极连接到谐振电路的输出端d，二极管D1的负极一路连接辅助二极管D2的正极，一路连接谐振电容Cr的一端，D2的负极一路连接缓冲电容Cb的另一端，一路连接辅助二极管D3的正极，辅助二极管D3的负极接谐振电路的输出端d，谐振电容Cr的另一端接在整流电路3的阳极a，也可接在整流电路3的阴极k，也可接在谐振电路的输出端d。

本实用新型所述的软开关斩波电路4中的谐振电路的另一种连接方式是：谐振电路的输入端b一路连接谐振电感Lr的一端，另一路连接续流二极管Do的正极，第三路连接缓冲电容Cb的一端，谐振电感Lr的另一端连接辅助二极管D1的正极，续流二极管Do的负极连接到谐振电路的输出端d，辅助二极管D1的负极一路连接辅助二极管D2的正极，一路连接谐振电容Cr的一端，辅助二极管D2的负极一路连接缓冲电容Cb的另一端，一路连接辅助二极管D3的正极，辅助二极管D3的负极接谐振电路的输出端d，谐振电容Cr的另一端接在整流电路3的阳极a，也可接在整流电路3的阴极k，也可接在谐振电路的输出端d。

本实用新型的软开关斩波电路采用了绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为斩波开关，采用一组小电感、电容元件及辅助二极管作为其无源无损耗缓冲电路。这组小电感、电容在斩波开关转换期间产生谐振并进行能量交换，用以实现斩波开关的零电流导通和零电压关断，同时使续流二极管也工作在零转换状态下，即实现了无源无损耗的软开关斩波。取消了常规的RCD吸收电路、晶闸管斩波电路和和晶闸管桥式关断电路，使电路得以简化，使开关损耗得以减少，装置的性能获得提高。斩波开关采用IGBT器件并联设计，使大容量电机调速控制可以不受器件本身容量的限制。总之，本实用新型实现了无源无损耗的软开关斩波，电路简化，开关损耗小，装置的性能可靠，实现了大容量电机调速控制不受器件本身容量的限制。

四、附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型的结构框图；

图2为本实用新型中电路2、3、4、5的一种结构原理图；

图3为本实用新型中电路2、3、4、5的另一种结构原理图。

五、具体实施方式：

如图1所示，本实施例是由启动电路2、整流电路3、软开关斩波电路4、有源逆变电路5、控制检测和保护电路7、就地操作电路8、远程操作电路9和通讯接口电路10组成的。其中1为电动机转子绕组、6为逆变电源。

如图2所示，启动电路2、整流电路3接在电动机的转子绕组1上；启动电路2由接触器KM1、KM2和频敏变阻器RF构成；整流电路3是由二极管VZ1、VZ2、VZ3、VZ4、VZ5、VZ6，电阻R31、R32、R33、R34、R35、R36和电容C31、C32、C33、C34、C35、C36组成的常规三相桥式整流电路。软开关斩波电路4包括平波电抗器L1、斩波开关VS、谐振电路和输出电容Co，平波电抗器L1的一端接整流电路3的阳极a，另一端接谐振电路的输入端b，根据被控电动机的容量需要确定斩波开关VS由1至n只IGBT器件VS1至VSn并联组成，即VS1至VSn的集电极和发射极分别连接在一起；斩波开关VS的发射极e极连接整流电路3的阴极k，集电极c极连接谐振电路中二极管D1的正极，谐振电路的输出端连接输出电容Co的1端，输出电容Co的2端接在整流电路3的阴极k，Co的1端连接有源逆变电路5的输入端；谐振电路由谐振电感Lr、谐振电容Cr、缓冲电容Cb、续流二极管Do、辅助二极管D1、D2、D3组成的，谐振电路的输入端b一路连接谐振电感Lr的一端，另一路连接辅助二极管D1的正极，谐振电感Lr的另一端一路连接续流二极管Do的正极，一路连接缓冲电容Cb的一端，续流二极管Do的负极连接到谐振电路的输出端d，二极管D1的负极一路连接辅助二极管D2的正极，一路连接谐振电容Cr的一端，D2的负极一路连接缓冲电容Cb的另一端，一路连接辅助二极管D3的正极，辅助二极管D3的负极接谐振电路的输出端d，谐振电容Cr的另一端接在整流电路3的阳极a，也可接在整流电路3的阴极k，也可接在谐振电路的输出端d。由限流电抗器L2、晶闸管VN1、VN2、VN3、VN4、VN5和VN6，电容C51、C52、C53、C54、C55和C56，电阻R51、R52、R53、R54、R55和R56组成的有源逆变电路5采用常规的晶闸管有源逆变技术，逆变电源6采用常规的逆变电源技术。控制检测保护电路7、就地操作电路8、远程操作电路9、通讯接口电路10也采用常规技术和常规接线方式，控制电路由单片机、可编程控制器PLC、传感器、检测电路、隔离电路、取样电路、智能保护电路、LCD显示等电路组成以实现装置的整体功能，由于是常规技术在此不再进行详细叙述。

如图3所示，其电路构成和图2的电路构成相同，只是其中软开关斩波电路4中的谐振电路中谐振电感Lr的连结方式不同，其连接在谐振电路的输入端b和辅助二极管D1的正极，这样，续流二极管Do的正极和缓冲电容Cb的一端就直接连接在谐振电路的输入端b。

Claims

1、一种无源无损耗软开关斩波电动机调速控制装置，它包括启动电路(2)、整流电路(3)、软开关斩波电路(4)、有源逆变电路(5)、控制检测保护电路(7)、就地操作电路(8)、远程操作电路(9)、通讯接口电路(10)；启动电路(2)、整流电路(3)接在电动机的转子绕组(1)上；其特征是：软开关斩波电路(4)包括平波电抗器L1、斩波开关VS、谐振电路和输出电容Co，平波电抗器L1的一端接整流电路(3)的阳极a，另一端接谐振电路的输入端b，根据被控电动机的容量需要确定斩波开关VS由1至n只IGBT器件VS1至VSn并联组成，即VS1至VSn的集电极和发射极分别连接在一起；斩波开关VS的发射极e极连接整流电路(3)的阴极k，集电极c极连接谐振电路中二极管D1的正极，谐振电路的输出端d连接输出电容Co的1端，输出电容Co的2端接在整流电路(3)的阴极k，输出电容Co的1端还连接有源逆变电路(5)的输入端；谐振电路由谐振电感Lr、谐振电容Cr、缓冲电容Cb、续流二极管Do、辅助二极管D1、D2、D3组成的。

2、根据权利要求1所述的无源无损耗软开关斩波电动机调速控制装置，其特征所述谐振电路的输入端b一路连接谐振电感Lr的一端，另一路连接辅助二极管D1的正极，谐振电感Lr的另一端一路连接续流二极管Do的正极，一路连接缓冲电容Cb的一端，续流二极管Do的负极连接到谐振电路的输出端d，二极管D1的负极一路连接辅助二极管D2的正极，一路连接谐振电容Cr的一端，D2的负极一路连接缓冲电容Cb的另一端，一路连接辅助二极管D3的正极，辅助二极管D3的负极接谐振电路的输出端d，谐振电容Cr的另一端接在整流电路(3)的阳极a。

3、根据权利要求1所述的无源无损耗软开关斩波电动机调速控制装置，其特征是：所述谐振电路的输入端b一路连接谐振电感Lr的一端，另一路连接辅助二极管D1的正极，谐振电感Lr的另一端一路连接续流二极管Do的正极，一路连接缓冲电容Cb的一端，续流二极管Do的负极连接到谐振电路的输出端d，二极管D1的负极一路连接辅助二极管D2的正极，一路连接谐振电容Cr的一端，D2的负极一路连接缓冲电容Cb的另一端，一路连接辅助二极管D3的正极，辅助二极管D3的负极接所述谐振电路的输出端d，谐振电容Cr的另一端接在整流电路(3)的阴极k。

4、根据权利要求1所述的无源无损耗软开关斩波电动机调速控制装置，其特征所述谐振电路的输入端b一路连接谐振电感Lr的一端，另一路连接辅助二极管D1的正极，谐振电感Lr的另一端一路连接续流二极管Do的正极，一路连接缓冲电容Cb的一端，续流二极管Do的负极连接到谐振电路的输出端d，二极管D1的负极一路连接辅助二极管D2的正极，一路连接谐振电容Cr的一端，D2的负极一路连接缓冲电容Cb的另一端，一路连接辅助二极管D3的正极，辅助二极管D3的负极接谐振电路的输出端d，谐振电容Cr的另一端接在谐振电路的输出端d。

5、根据权利要求1所述的无源无损耗软开关斩波电动机调速控制装置，其特征所述谐振电路的输入端b一路连接谐振电感Lr的一端，另一路连接续流二极管Do的正极，第三路连接缓冲电容Cb的一端，谐振电感Lr的另一端连接辅助二极管D1的正极，续流二极管Do的负极连接到谐振电路的输出端d，辅助二极管D1的负极一路连接辅助二极管D2的正极，一路连接谐振电容Cr的一端，辅助二极管D2的负极一路连接缓冲电容Cb的另一端，一路连接辅助二极管D3的正极，辅助二极管D3的负极接谐振电路的输出端d，谐振电容Cr的另一端接在整流电路(3)的阳极a。

6、根据权利要求1所述的无源无损耗软开关斩波电动机调速控制装置，其特征是所述谐振电路的输入端b一路连接谐振电感Lr的一端，另一路连接续流二极管Do的正极，第三路连接缓冲电容Cb的一端，谐振电感Lr的另一端连接辅助二极管D1的正极，续流二极管Do的负极连接到谐振电路的输出端d，辅助二极管D1的负极一路连接辅助二极管D2的正极，一路连接谐振电容Cr的一端，辅助二极管D2的负极一路连接缓冲电容Cb的另一端，一路连接辅助二极管D3的正极，辅助二极管D3的负极接谐振电路的输出端d，谐振电容Cr的另一端接在整流电路(3)的阴极k。

7、根据权利要求1所述的无源无损耗软开关斩波电动机调速控制装置，其特征是所述谐振电路的输入端b一路连接谐振电感Lr的一端，另一路连接续流二极管Do的正极，第三路连接缓冲电容Cb的一端，谐振电感Lr的另一端连接辅助二极管D1的正极，续流二极管Do的负极连接到谐振电路的输出端d，辅助二极管D1的负极一路连接辅助二极管D2的正极，一路连接谐振电容Cr的一端，辅助二极管D2的负极一路连接缓冲电容Cb的另一端，一路连接辅助二极管D3的正极，辅助二极管D3的负极接谐振电路的输出端d，谐振电容Cr的另一端接在谐振电路的输出端d。