採用電流型脈寬調製整流技術的無諧波靜態勵磁裝置的製作方法

2023-07-14 10:37:51

專利名稱：採用電流型脈寬調製整流技術的無諧波靜態勵磁裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於快速可調易控的無諧波的新型靜態勵磁系統裝置，具體的是將絕 緣柵雙極電晶體(IGBT)運用於勵磁系統，進行電流型脈寬調製(PWM)整流變換，從而輸出 電壓可調、電流恆定的直流電。適用於中小型發電機的靜態勵磁系統。
技術背景 當代電力電子技術、微電子技術和現代控制理論以驚人的速度向前發展，功率半 導體器件性能不斷提高，已從早期廣泛使用的半控型功率半導體開關，如普通晶閘管(SCR) 發展到如今性能各異且類型諸多的全控型功率開關，如雙極型電晶體(BJT)、門極關斷 (GTO)晶閘管、絕緣柵雙極型電晶體(IGBT)、功率場效應電晶體(MOSFET)等。功率半導體 開關器件技術的進步，促進了電力電子變流裝置技術的迅速發展，出現了各類變流裝置，在 國民經濟各領域中取得了廣泛的應用。但是，目前這些變流裝置很大一部分需要整流環節， 以獲得直流電壓，由於常規整流環節廣泛採用二極體不可控整流電路或晶間管相控整流電 路，因而對電網注入了大量的諧波及無功功率，造成了電網的嚴重「汙染」。治理這種電網 「汙染」最根本措施就是，要求變流裝置實現網側電流正弦化，並且運行於單位功率因數。其 主要思路就是，將脈寬調製(PWM)技術引入到整流器的控制之中，設計出PWM整流器，使整 流器網側電流正弦化，並且相位可調，可以運行於單位功率因數。勵磁系統作為同步發電機的一個重要組成部分，除了能夠在正常情況下維持發電 機機端電壓在給定水平、實現並聯運行發電機組之間無功功率的合理分配，還能通過調節 勵磁電流的大小提供正阻尼抑制電力系統的低頻/超低頻振蕩。傳統的勵磁系統採用的是 普通晶閘管(SCR)構成的三相半控橋式整流，如附圖圖3，在電力系統中使用非常普遍，具 有調節質量高、調整方便、造價低、維護方便等優點，在小水電發電機中得到廣泛運用。儘管 如此，它還是有其自身的缺點普通晶閘管(SCR)是半控型器件，它的開關頻率較低、關斷 電路複雜；由SCR構成的整流電路諧波較大、功率因數低、損耗較高；變壓器需要降溫系統； 電路所能提供的勵磁容量有限、在換流狀態下無法從機端吸收無功等。新型絕緣柵雙極型 電晶體(IGBT)功率器件是電壓型控制器件，它具有控制電路簡單、開關頻率很高、開關損 耗小、耐壓高等優點，由IGBT構成的電子開關在開關式靜態勵磁調節器中將逐步佔主導地 位。
發明內容技術問題本實用新型的目的是針對上述各功率半導體開關器件的問題，提供一 種採用電流型脈寬調製整流技術的無諧波靜態勵磁裝置。具有易於驅動，與勵磁同步簡單， 控制簡單，降低成本，性能高，能夠實現較好的整流，較好的保證供電質量和電網安全等優
點ο技術方案本實用新型的採用電流型脈寬調製整流技術的無諧波靜態勵磁裝置是 通過以下技術方案實現的。該裝置包括絕緣柵雙極型電晶體構成的整流電路、勵磁調節器，其特徵在於發電機的輸出端分三路，第一路通過勵磁變壓器連接整流電路的輸入端，第二 路通過電壓互感器接勵磁調節器的輸入端，第三路通過電流互感器接勵磁調節器的另一輸 入端，勵磁調節器的輸出端接整流電路中絕緣柵雙極型電晶體IGBT，整流電路的輸出端接 勵磁繞組。整流電路是由一個電感電容(LC)濾波器接由絕緣柵雙極型電晶體IGBT構成的三相全橋電流型脈衝調製整流，每個橋臂都是由一個絕緣柵雙極型電晶體IGBT串聯一個正 向連接的分壓二極體，且每個絕緣柵雙極型電晶體IGBT的發射極與集電極之間都並聯一 個反向連接的二極體。勵磁調節器輸出控制整流電路中的絕緣柵雙極型電晶體IGBT驅動電路方波的佔 空比，改變勵磁繞組兩端電壓，從而調節發電機勵磁電流，並對發電機的電壓和無功進行調 節；勵磁繞組鑑於同步發電機的勵磁繞組是一個大電感，所以等效為一個大電感和一個小 電阻的串聯，直接接在整流電路之後。通過勵磁調節器控制能在直流端得到電流恆定、電壓 可調的直流電，同時能對發電機的電壓和無功進行調節。絕緣柵雙極型電晶體IGBT的運用使得電路具有開關頻率高、控制電路簡單、損耗 小、可靠性高的特點；電流型PWM整流的運用使輸出的直流具有電流恆定、無諧波、功率因 數高的特點，同時能直接連接勵磁繞組。通過勵磁調節器控制在直流端得到的直流具有電 流恆定、無諧波、電壓可調、功率因數高的特點，同時能對發電機的電壓和無功進行調節。在 中小型的發電機的靜態勵磁系統中都有廣闊的應用前景。有益效果該裝置設有由絕緣柵雙極型電晶體IGBT構成的整流電路和勵磁調節 器。本實用新型採用的整流電路是由IGBT構成的三相全橋電流型脈寬調製(PWM)整流，勵 磁調節器控制IGBT，從而達到很好的整流效果，在直流端得到電流恆定、無諧波、電壓可調、 功率因數高的直流，且能對發電機的電壓和無功進行調節。同時電路控制簡單，降低了成 本，較好的保證了供電質量和電網安全。在中小型的發電機的靜態勵磁系統中都有廣闊的 應用前景。

圖1是發電機及勵磁系統的結構示意圖；圖2是本實用新型中的整流電路的結構示意圖；圖3是傳統勵磁系統中的晶閘管整流電路的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進一步說明。參見附圖1、附圖2，快速可調易控的無諧波的新型勵磁系統裝置，該裝置包括由 絕緣柵雙極型電晶體IGBT9構成的整流電路6、勵磁調節器7。發電機1接勵磁變壓器3後 接所述的整流電路輸入端，整流電路6採用的是由IGBT構成的三相全橋電流型的脈寬調製 (PWM)整流電路；電壓互感器3和電流互感器4並聯接在發電機1後，同時連接勵磁調節器 7輸入端，勵磁調節器7輸出端接整流電路6中的IGBT，控制IGBT的驅動電路方波的佔空 比，改變勵磁繞組兩端電壓，從而調節發電機勵磁電流，並對發電機組的電壓和無功進行調 節；勵磁繞組5鑑於同步發電機的勵磁繞組是一個大電感，所以等效為一個大電感和一個小電阻的串聯。通過控制勵磁調節器制能在直流端得到電流恆定的、電壓可調的直流電，同 時對發電機的電壓和無功進行調節。本實用新型最大的特點在於，所述的整流電路6採用的是由IGBT9構成的三相全 橋電流型脈衝調製(PWM)整流。整流電路6是由一個電感電容(LC)濾波8接由絕緣柵雙極 型電晶體(IGBT)構成的三相全橋電流型脈寬調製整流，每個橋臂都是由一個絕緣柵雙極 型電晶體IGBT串聯一個正向連接的分壓二極體，且每個絕緣柵雙極型電晶體IGBT的發射 極與集電極之間都並聯一個反向連接的二極體。全控型電力電子器件IGBT的運用使得電 路具有開關頻率高、控制電路簡單、損耗小、可靠性高的特點；電流型PWM整流的運用使輸 出的直流具有電流恆定、無諧波、功率因數高的特點，同時能直接連接勵磁繞組。通過勵磁 調節器控制在直流端得到的直流具有電流恆定、無諧波、電壓可調、功率因數高的特點。在 中小型的發電機的靜態勵磁系統中都有廣闊的應用前景。本實用新型快速可調易控的無諧波的靜態勵磁系統裝置，整流電路採用的是由 IGBT構成的電流型PWM整流，通過勵磁調節器控制，在直流端得到電流恆定、電壓可調、無 諧波的直流，同時能對發電機電壓和無功進行調節。本實用新型是在現有的傳統晶閘管整 流的基礎上，針對它的驅動電路複雜、損耗大、散熱問題，以及無論是整流狀態或逆變狀態 都從機端吸收無功且無法獨立控制，還存在移相等問題，採用了由IGBT構成的電流型PWM 整流，使電路無諧波，功率因數高，開關頻率高，損耗更小，電路更簡單，維護更為方便。與其 它類型整流電路相較，在中小型發電機勵磁系統運用中更具有優越性，具有廣闊的應用空 間。
權利要求一種採用電流型脈寬調製整流技術的無諧波靜態勵磁裝置，其特徵在於該裝置包括絕緣柵雙極型電晶體構成的整流電路(6)、勵磁調節器(7)，其特徵在於發電機(1)的輸出端分三路，第一路通過勵磁變壓器(3)連接整流電路(6)的輸入端，第二路通過電壓互感器(4)接勵磁調節器(7)的輸入端，第三路通過電流互感器(5)接勵磁調節器(7)的另一輸入端，勵磁調節器(7)的輸出端接整流電路(6)中絕緣柵雙極型電晶體IGBT，整流電路(6)的輸出端接勵磁繞組(2)。
2.根據權利要求1所述的採用電流型脈寬調製整流技術的無諧波靜態勵磁裝置，其 特徵在於整流電路(6)是由一個電感電容(LC)濾波器⑶接由絕緣柵雙極型電晶體 IGBT (9)構成的三相全橋電流型脈衝調製整流，整流電路的每個橋臂都是由一個絕緣柵雙 極型電晶體IGB串聯一個正向連接的分壓二極體，且每個絕緣柵雙極型電晶體IGBT的發射 極與集電極之間都並聯一個反向連接的二極體。
專利摘要採用電流型脈寬調製整流技術的無諧波靜態勵磁裝置包括絕緣柵雙極型電晶體構成的整流電路(6)、勵磁調節器(7)，其特徵在於發電機(1)的輸出端分三路，第一路通過勵磁變壓器(3)連接整流電路(6)的輸入端，第二路通過電壓互感器(4)接勵磁調節器(7)的輸入端，第三路通過電流互感器(5)接勵磁調節器(7)的另一輸入端，勵磁調節器(7)的輸出端接整流電路(6)中絕緣柵雙極型電晶體IGBT，整流電路(6)的輸出端接勵磁繞組(2)。通過勵磁調節器控制，在直流端得到的直流具有電流恆定、無諧波、電壓可調、功率因數高的特點，除此外，還能對發電機的電壓和無功進行調節。在中小型的發電機的靜態勵磁系統中都有廣闊的應用前景。
文檔編號H02P9/30GK201590799SQ201020022960
公開日2010年9月22日 申請日期2010年1月5日 優先權日2010年1月5日
發明者徐星星, 楊虎, 王寶安, 王繼工, 高波 申請人:江蘇省電力設計院;東南大學