瞬態電壓抑制高功率因數轉子變頻調速控制裝置的製作方法

2023-05-08 08:13:11 3

專利名稱：瞬態電壓抑制高功率因數轉子變頻調速控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及高壓交流異步電動機調速控制技術，特別涉及一種高壓電動機轉子變頻調速(或稱斬波內反饋調速)控制裝置。
背景技術：
轉子變頻調速系統是一種在高壓繞線式異步電動機轉子側控制的調速系統，它能有效地將轉子頻率的轉差功率逆變成工頻回送到電網或電動機內部進行循環利用，所以它是一種高效調速系統，在風機水泵等平方轉矩負載領域獲得了廣泛應用。轉子變頻調速系統的控制裝置一般都是在轉子直流迴路中採用IGBT組成的升壓斬波電路。IGBT是一種電壓型全控電力電子器件，具有開關頻率高、控制功率小、通態損耗小等優點，所以在電機調速領域應用廣泛。但在調速系統中，來自電網的瞬態高壓或由於高壓電網驟停引起的電動機瞬態高能量釋放產生的高壓時有發生，這種超過IGBT耐壓等級的瞬態高壓很容易使IGBT擊穿而損壞。目前，常用的辦法是在IGBT電路並聯一個保護電路或採用高能壓敏電阻吸收。保護電路的原理是通過檢測電路測試轉子直流電路是否有過壓現象，當出現過壓時立即啟動觸發電路使保護晶閘管導通，從而將過壓能量洩放，以實現對IGBT的保護。但是，由於瞬態高壓尖峰的上升率很大，電壓上升很快，有時保護晶閘管還未來得及動作，IGBT已受到高壓衝擊而損壞，也就是說保護電路未起到保護作用，這一現象在實際應用中也常有發生。 另外，這種保護電路對來自有源逆變側或電網側的瞬態高壓顯得無能為力，因為這類瞬態高壓常常先將升壓二極體反向擊穿，使升壓電容存儲的巨大能量通過IGBT洩放，從而引起 IGBT燒壞，最終導致調速失敗。高能壓敏電阻也因響應速度慢、箝位因子高等原因而很難保護作用。另一方面，風機水泵等平方轉矩負載隨轉速降低軸功率成立方關係下降，所以電動機從電網獲取的有功功率也隨轉速降低成三次方關係下降，由於定子側的勵磁無功在調速過程中基本不變，這就存在電動機轉速降低時定子側的功率因數有所下降的缺陷，而且轉速越低功率因數下降越嚴重。
發明內容本實用新型公開一種瞬態電壓抑制高功率因數轉子變頻調速控制裝置，它可以有效克服上述缺點。 本實用新型的技術解決方案是一種瞬態電壓抑制高功率因數轉子變頻調速控制裝置，它由轉子繞組電路、啟動電路、整流電路、瞬態電壓抑制斬波電路、有源逆變電路、無功補償電路、逆變電源電路組成；所述瞬態電壓抑制斬波電路(4)包括平波電抗器Li、斬波開關VS、第一瞬態電壓抑制器TVS1、升壓二極體Dl Dru第二瞬態電壓抑制器TVS2和輸出電容Co ；平波電抗器Ll的一端連接整流電路的正極a，另一端連接升壓二極體DfDn的正極b，斬波開關VS與第一瞬態電壓抑制器TVSl並聯，升壓二極體DfDn與第二瞬態電壓抑制器TVS2並聯；所述有源逆變電路包括限流電抗器L2、三相橋式全控器件IGBT (VN1 VN6) 和真空接觸器KM3。上述方案中，所述第一瞬態電壓抑制器TVSl和第二瞬態電壓抑制器TVS2是由若干只單極性瞬態電壓抑制二極體TVSlfTVSnm並聯再串聯組成的陣列。所述單極性瞬態電壓抑制二極體TVSl廣TVSnm可以選用15kW 30kW規格型號相同的瞬態電壓抑制二極體。上述方案中，所述斬波開關VS由1至η只逆導型IGBT高端斬波模塊VSf VSn並聯；逆導型IGBT高端斬波模塊VSfVSn的集電極和發射極分別並接於c點和e點。上述方案中，所述無功補償電路根據電動機容量的大小和調速的深度分別由一路或多路進行無功補償，並可根據實際運行情況分段投切，對較小容量的高壓電動機，採用一路無功補償，它由投切接觸器KM5、三相串聯電抗器L3、角接的補償電容C61-C63組成；對大中容量的高壓電動機採用兩路或兩路以上的無功補償，一路由投切接觸器KM5、三相串聯電抗器L3、角接的補償電容C61-C63組成，另一路由投切接觸器KM6、三相串聯電抗器L4、角接的補償電容C64-C66組成。上述方案中，所述整流電路的吸收電容C31的一端接在整流電路的正極a，吸收電容C31的另一端接在整流電路的負極k。本實用新型的有益效果是採用兩路瞬態電壓抑制器分別並聯在IGBT與升壓二極體兩端，可有效克服由於高壓電網引起的轉子直流迴路瞬態高壓對IGBT斬波電路造成的傷害，顯著提高了高壓電機轉子變頻調速系統的可靠性。採用容性無功補償顯著提高了調速系統功率因數和電動機的調速性能。

圖1是本實用新型的結構框圖。圖2是本實用新型中電路3、4、5、6的原理圖。圖3是本實用新型中瞬態電壓抑制器TVSl、TVS2內部陣列的結構圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述。如圖1所示，本實用新型的瞬態電壓抑制高功率因數轉子變頻調速控制裝置依次由電動機轉子繞組電路1、啟動電路2、整流電路3、瞬態電壓抑制斬波電路4、有源逆變電路 5、容性無功補償電路6、逆變電源電路7連接組成。如圖3所示，本實用新型採用的瞬態電壓抑制器TVS1、TVS2分別是由若干只單極性瞬態電壓抑制二極體並聯再串聯組成的陣列，以滿足電路瞬態最大浪湧功率和最大反向工作電壓等方面的要求。TVSirTVSnm選用15kW 30kW規格型號相同的瞬態電壓抑制二極體，最大反向工作電壓為數百伏。串聯器件的級數m由串聯後各級最大反向工作電壓之和應大於電路最大工作電壓，同時應小於IGBT或升壓二極體D的最大允許安全電壓的要求來決定。瞬態電壓抑制器具有反應速度快(IX KT12S數量級)、瞬時功率大、箝位因子小、箝位電壓容易控制等優點。當單只瞬態電壓抑制二極體的功率和最大反向工作電壓能滿足電路要求時，本實用新型的瞬態電壓抑制器也可以採用一隻器件。[0020]如圖2所示，瞬態電壓抑制斬波電路4包括平波電抗器Li、斬波開關VS、第一瞬態電壓抑制器TVS1、升壓二極體Dl Dru第二瞬態電壓抑制器TVS2和輸出電容Co ；平波電抗器Ll的一端連接整流電路的正極a，另一端連接升壓二極體DfDn的正極b ；斬波開關VS 與第一瞬態電壓抑制器TVSl並聯；升壓二極體DfDn與第二瞬態電壓抑制器TVS2並聯；瞬態電壓抑制斬波電路4中，根據被控電動機的容量需要確定斬波開關VS斬波開關由1至η 只逆導型IGBT高端斬波模塊VSfVSn並聯，IGBT的集電極和發射極分別通過銅板並接於 c點和e點，升壓二極體DfDn的正極和負極分別通過銅板並接於b點和d點；η只逆導型 IGBT高端斬波模塊並聯的具體數量根據高壓電動機的最大額定容量決定。 瞬態電壓抑制器TVSl和TVS2分別並聯在1、只IGBTVSf VSn的兩端和升壓二極體DfDn的兩端，TVSl的負極與VSfVSn的集電極c點相連，TVSl的正極與VSf VSn的發射極e點相連；TVS2的正極與升壓二極體DfDn的正極b點相連，TVS2的負極與升壓二極體DfDn的負極d點相連；負極d點與升壓電容Co的1端相連，負極d點也是升壓斬波電路的輸出端；輸出電容Co的2端連接於整流電路3的負極k。瞬態電壓抑制器的選用原則 (1)非對稱瞬態電壓抑制器的額定最大脈衝功率應大於電路中可能出現的最大瞬態浪湧功率。(2)最大反向工作電壓應高於轉子直流電路最大工作電壓。(3)最大箝位電壓不大於 IGBT或升壓二極體D的最大允許安全電壓。本實用新型的高功率因數技術解決方案是在逆變電源7之前引入容性無功補償電路6 ；無功補償電路6可以根據電動機容量的大小分別由一路或多路進行無功補償，並可根據實際運行情況分段投切，對較小容量的高壓電動機，採用一路無功補償，它由投切接觸器KM5、三相串聯電抗器L3、角接的補償電容C61-C63組成；對大中容量的高壓電動機可以採用兩路或兩路以上的無功補償，採用兩路的一路由投切接觸器KM5、三相串聯電抗器L3、 補償電容C61-C63組成，另一路由投切接觸器KM6、三相串聯電抗器L4、補償電容C64-C66 組成；補償電容均採用角接，補償電路的電抗率均為6%;—路或多路無功補償的總補償容量以電動機定子繞組的額定勵磁無功容量為限。有源逆變電路5採用三相橋式全控器件IGBT (VN1、N6)進行有源逆變，有利於進一步改善調速系統的功率因數。
權利要求1.一種瞬態電壓抑制高功率因數轉子變頻調速控制裝置，它由轉子繞組電路(1)、啟動電路O)、整流電路(3)、瞬態電壓抑制斬波電路G)、有源逆變電路(5)、無功補償電路 (6)、逆變電源電路(7)組成；其特徵是所述瞬態電壓抑制斬波電路(4)包括平波電抗器 Li、斬波開關VS、第一瞬態電壓抑制器TVS1、升壓二極體Dl Dru第二瞬態電壓抑制器TVS2 和輸出電容Co ；平波電抗器Ll的一端連接整流電路(3)的正極a，另一端連接升壓二極體 Γ η的正極b，斬波開關VS與第一瞬態電壓抑制器TVSl並聯，升壓二極體DfDn與第二瞬態電壓抑制器TVS2並聯；所述有源逆變電路( 包括限流電抗器L2、三相橋式全控器件 IGBT (vm VN6)和真空接觸器KM3。
2.根據權利要求1所述的調速控制裝置，其特徵是所述第一瞬態電壓抑制器TVSl和第二瞬態電壓抑制器TVS2是由若干只單極性瞬態電壓抑制二極體TVSlfTVSnm並聯再串聯組成的陣列。
3.根據權利要求2所述的調速控制裝置，其特徵是所述單極性瞬態電壓抑制二極體 TVSl廣TVSnm選用15kW 30kW規格型號相同的瞬態電壓抑制二極體。
4.根據權利要求2所述的調速控制裝置，其特徵是所述斬波開關VS由1至η只逆導型IGBT高端斬波模塊VSfVSn並聯；逆導型IGBT高端斬波模塊VSl、Sn的集電極和發射極分別並接於c點和e點。
5.根據權利要求1-4中任一所述的調速控制裝置，其特徵是所述無功補償電路(6) 根據電動機容量的大小和調速的深度分別由一路或多路進行無功補償，並可根據實際運行情況分段投切，對較小容量的高壓電動機，採用一路無功補償，它由投切接觸器KM5、三相串聯電抗器L3、角接的補償電容C61-C63組成；對大中容量的高壓電動機採用兩路或兩路以上的無功補償，一路由投切接觸器KM5、三相串聯電抗器L3、角接的補償電容C61-C63組成， 另一路由投切接觸器KM6、三相串聯電抗器L4、角接的補償電容C64-C66組成。
6.根據權利要求5所述的電動機調速控制裝置，其特徵是所述整流電路(3)的吸收電容C31的一端接在整流電路(3)的正極a，吸收電容C31的另一端接在整流電路(3)的負極。
專利摘要本實用新型提供一種瞬態電壓抑制高功率因數轉子變頻調速控制裝置，它由轉子繞組電路、啟動電路、整流電路、瞬態電壓抑制斬波電路、有源逆變電路、無功補償電路、逆變電源電路組成；瞬態電壓抑制斬波電路包括平波電抗器Ll、斬波開關VS、瞬態電壓抑制器TVS1、升壓二極體D1~Dn、瞬態電壓抑制器TVS2和輸出電容Co；斬波開關與瞬態電壓抑制器TVS1並聯，升壓二極體D與瞬態電壓抑制器TVS2並聯；有源逆變電路包括限流電抗器L2、三相橋式全控器件IGBT和真空接觸器KM3。本實用新型可有效克服由於高壓電網引起的轉子直流迴路瞬態高壓對斬波電路的傷害，顯著提高變頻調速系統的可靠性。採用無功補償提高了調速系統功率因數和電動機的調速性能。
文檔編號H02M1/32GK202068375SQ20112015995
公開日2011年12月7日 申請日期2011年5月18日 優先權日2011年5月18日
發明者葛運周, 葛音, 陳江龍 申請人:葛運周, 葛音, 陳江龍