專利名稱：用于高壓電動(dòng)機(jī)調(diào)速轉(zhuǎn)子側(cè)控制的并聯(lián)斬波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓電動(dòng)機(jī)絕緣柵雙極晶體管(IGBT)并聯(lián)斬波調(diào)速 技術(shù)。廣泛應(yīng)用于電力、水泥及冶金等行業(yè)的風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載的繞線式電 動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，特別適合于繞線式電機(jī)的調(diào)速技術(shù)改造項(xiàng)目。屬于機(jī)電技 術(shù)領(lǐng)域。
(二)
背景技術(shù)：
風(fēng)機(jī)、水泵的應(yīng)用范圍極廣，其年耗電量約占總用量的43%。目 前，這類設(shè)備大多不能調(diào)速，只能采用閥門或擋風(fēng)板來(lái)調(diào)節(jié)流量以滿 足負(fù)荷變化的要求。在低壓系統(tǒng)中，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，完 全可以滿足國(guó)內(nèi)調(diào)速市場(chǎng)的需要。而在大功率(》250kW)高壓系統(tǒng) 中，變頻調(diào)速和高頻斬波內(nèi)反饋調(diào)速是目前比較常用的調(diào)速方式。
變頻調(diào)速串接在電源和電動(dòng)機(jī)之間，因此要承受電動(dòng)機(jī)的全部功 率，變頻調(diào)速裝置通過(guò)改變定子頻率和電壓來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，而大 功率電機(jī)供電電壓高(3-10kV)，目前電力電子器件的耐壓制造水平低， 變頻器承受較高的電壓，大量的電力電子器件串聯(lián)運(yùn)行，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
內(nèi)反饋調(diào)速屬于串級(jí)調(diào)速的范疇，有移相式和斬波式兩種控制方 式。高頻斬波內(nèi)反饋調(diào)速是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)接不可控整流，轉(zhuǎn)子輸出能
量經(jīng)過(guò)整流變化輸出，通過(guò)斬波器進(jìn)行脈寬調(diào)制升壓，然后通過(guò)晶閘管逆 變裝置，將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率反饋到電動(dòng)機(jī)的附加繞組。其中關(guān)鍵技術(shù)就是斬 波變流控制。移相式內(nèi)反饋調(diào)速，產(chǎn)生大量的感性無(wú)功功率和高次諧波電 流，斬波控制從根本上解決了移相控制的缺點(diǎn)，固定晶閘管逆變器的相角，
通過(guò)IGBT斬波開(kāi)關(guān)的通斷，控制反饋功率的大小，因而以較小功率的低 壓設(shè)備控制全功率的高壓電動(dòng)機(jī)，功率因數(shù)提高，諧波分量減少。但是在 電動(dòng)機(jī)功率較大時(shí)，受目前絕緣柵雙極晶體管單管容量的限制，單只絕緣 柵雙極晶體管組成的斬波開(kāi)關(guān)不能滿足要求，需要兩只甚至多只絕緣柵雙 極晶體管并聯(lián)(如圖2所示)，并聯(lián)后的電路存在著分流后的均流的問(wèn)題， 直接并聯(lián)運(yùn)行的絕緣柵雙極晶體管斬波控制方式嚴(yán)重降低了系統(tǒng)的可靠 性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服原串級(jí)調(diào)速電路中絕緣柵雙極晶體管并聯(lián) 時(shí)的均流問(wèn)題，提供一種可以保證每路并聯(lián)回路的絕緣柵雙極晶體管 電流的大小基本一致的用于高壓電動(dòng)機(jī)調(diào)速轉(zhuǎn)子側(cè)控制的并聯(lián)斬波 器。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種用于高壓電動(dòng)機(jī)調(diào)速轉(zhuǎn)子側(cè)控
制的并聯(lián)斬波器，其特征在于所述并聯(lián)斬波器包括平波電抗器L1、L2， 絕緣柵雙極晶體管S1、 S2，快恢復(fù)二極管D1、 D2和電容器C1、 C2，所 述平波電抗器L1和L2的一端并聯(lián)一起接到并聯(lián)斬波器輸入正極端(Pl)， 平波電抗器L1的另一端同絕緣柵雙極晶體管S1正端和快恢復(fù)二極管D1
的陽(yáng)極連接，平波電抗器L2的另一端同絕緣柵雙晶體管S2正端和快恢復(fù) 二極管D2的陽(yáng)極連接，快恢復(fù)二極管D1的陰極與電容器C1的正端連接 一起接到并聯(lián)斬波器輸出的正極端(P2)，快恢復(fù)二極管D2的陰極與電容 器C2的正端連接一起接到并聯(lián)斬波器輸出的正極端(P2)，絕緣柵雙晶體 管Sl的負(fù)端和絕緣柵雙極型晶體管S2的負(fù)端與電容器Cl的負(fù)端和電容 器C2的負(fù)端連接一起接到并聯(lián)斬波器輸出的負(fù)極端(E)。 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、 采用本發(fā)明絕緣柵雙極晶體管并聯(lián)技術(shù)，可以保證每路并聯(lián)回 路的電流的大小基本一致，解決了原并聯(lián)電路中絕緣柵雙極晶體管并 聯(lián)時(shí)的均流問(wèn)題，確保每只IGBT的安全運(yùn)行。
2、 可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)調(diào)速裝置的并聯(lián)運(yùn)行，特別有利于超大容量電機(jī) 的運(yùn)行控制。例如，可以將兩臺(tái)3500KW的調(diào)速裝置并聯(lián)運(yùn)行，控制 一臺(tái)7000KW的繞線電動(dòng)機(jī)、雙饋電動(dòng)機(jī)或內(nèi)反饋電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行， 本發(fā)明特別適合用于于大型水泵電機(jī)(功率大于5000KW)的調(diào)速運(yùn) 行。
(四)


圖1為本發(fā)明用于高壓電動(dòng)機(jī)調(diào)速轉(zhuǎn)子側(cè)控制的并聯(lián)斬波器的電 路圖。
圖2為常規(guī)的斬波器并聯(lián)電路圖。
(五)
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖1，本發(fā)明涉及的用于高壓電動(dòng)機(jī)調(diào)速轉(zhuǎn)子側(cè)控制的并聯(lián)
斬波器，由平波電抗器L1、 L2，絕緣柵雙極晶體管S1、 S2，快恢復(fù) 二極管D1、 D2和電容器C1、 C2組成。其用途為將輸入到并聯(lián)斬波 器正極端(PO和負(fù)極端(E)的直流低電壓nl升高到逆變需要的高 電壓u2。所述平波電抗器Ll和L2的一端并聯(lián)一起接到并聯(lián)斬波器輸 入正極端(Pl)，平波電抗器L1的另一端同絕緣柵雙極晶體管Sl正 端和快恢復(fù)二極管Dl的陽(yáng)極連接，平波電抗器L2的另一端同絕緣柵 雙晶體管S2正端和快恢復(fù)二極管D2的陽(yáng)極連接，快恢復(fù)二極管Dl 的陰極與電容器Cl的正端連接一起接到并聯(lián)斬波器輸出的正極端 (P2)，快恢復(fù)二極管D2的陰極與電容器C2的正端連接一起接到并 聯(lián)斬波器輸出的正極端(P2)，絕緣柵雙晶體管Sl的負(fù)端和絕緣柵雙 極型晶體管S2的負(fù)端與電容器Cl的負(fù)端和電容器C2的負(fù)端連接一 起接到并聯(lián)斬波器輸出的負(fù)極端(E)。
與以往直接并聯(lián)的絕緣柵雙極晶體管電路(圖2)相比，本發(fā)明 并聯(lián)斬波器的拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)不同，圖2中的平波電抗器Ll'和電容器 C1，在本發(fā)明中分為兩個(gè)平波電抗器L1、 L2和兩個(gè)電容器C1、 C2 。 在圖2中，絕緣柵雙極晶體管Sl，和S2'直接并聯(lián)，為了保證兩只絕 緣柵雙極晶體管盡可能的電流一致，必須選用門極特性及開(kāi)通和關(guān)斷 時(shí)間等盡量接近的絕緣柵雙極晶體管，并且絕緣柵雙極晶體管的特性 參數(shù)與溫度有關(guān)，因此其散熱條件也應(yīng)盡可能的一致。
在本發(fā)明的并聯(lián)斬波器中，由于兩只絕緣柵雙極晶體管不是直接 并聯(lián)，只要二極管D1和二極管D2輸出的電壓相等，就能保證兩只絕
緣柵雙極晶體管的正常工作，否則，如果某只二極管輸出電壓高，那 么另一只二極管就會(huì)因承受反向電壓而截至，所有電流只從一個(gè)絕緣 柵雙極晶體管流過(guò)，就會(huì)造成絕緣柵雙極晶體管過(guò)流。
本發(fā)明中的絕緣柵雙極晶體管工作在脈寬調(diào)制(PWM)開(kāi)關(guān)狀態(tài) 下，絕緣柵雙晶體管Sl和S2的門極端Gl與G2相連，輸入相同的 脈寬調(diào)制(PWM)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。通電后，電源先通過(guò)平波電抗器L1和 二極管Dl對(duì)電容器Cl充電，然后以一定的頻率使絕緣柵雙極晶體管 Sl導(dǎo)通關(guān)斷。當(dāng)絕緣柵雙極晶體管Sl導(dǎo)通時(shí)，平波電抗器Ll開(kāi)始儲(chǔ) 能，當(dāng)絕緣柵雙極晶體管S1關(guān)斷時(shí)，平波電抗器L1的反電動(dòng)勢(shì)改變 方向，二極管D1開(kāi)始導(dǎo)通，ul加上L1的反電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)二極管D1向 電容器Cl充電并向負(fù)載提供電流，另一并聯(lián)的絕緣柵雙晶體管S2、 平波電抗器L2、 二極管D2和電容器C2電路的工作過(guò)程和上面描述 的相同。輸出電壓u2和輸入電壓ul的關(guān)系為 — r
<formula>formula see original document page 7</formula>............................(1)
式中 T一開(kāi)關(guān)S1的幵關(guān)周期 r一開(kāi)關(guān)Sl的導(dǎo)通時(shí)間
由式(l)可以看出，輸出電壓u2只與輸入電壓ul、 Sl的開(kāi)關(guān)頻率 和Sl的導(dǎo)通時(shí)間有關(guān)，而與平波電抗器L1、 L2以及絕緣柵雙晶體管 Sl、 S2的特性參數(shù)無(wú)關(guān)，這就保證了二極管Dl和二極管D2的輸出 電壓相等，因此每路并聯(lián)回路的電流的大小也基本一致，克服了原并 聯(lián)電路中絕緣柵雙晶體管并聯(lián)時(shí)的均流問(wèn)題，確保了每只絕緣柵雙晶體管的安全運(yùn)行。
由式(l)可以看出，增大絕緣柵雙晶體管Sl的導(dǎo)通時(shí)間r，輸出電 壓u2將高于輸入電壓ul，斬波器的這一特性，恰好滿足了電機(jī)在高 速段運(yùn)行時(shí)調(diào)速的需要，因?yàn)殡姌O運(yùn)行在高速段時(shí)，轉(zhuǎn)子的輸出電壓 小，整流后的直流電壓連接到圖1的Pl和E端，通過(guò)控制斬波電路 的導(dǎo)通時(shí)間^，就可以升高逆變器的直流側(cè)電壓，保證了電機(jī)在整個(gè) 調(diào)速范圍的運(yùn)行。
權(quán)利要求
1、一種用于高壓電動(dòng)機(jī)調(diào)速轉(zhuǎn)子側(cè)控制的并聯(lián)斬波器，其特征在于所述并聯(lián)斬波器包括平波電抗器L1、L2，絕緣柵雙極晶體管S1、S2，快恢復(fù)二極管D1、D2和電容器C1、C2，所述平波電抗器L1和L2的一端并聯(lián)一起接到并聯(lián)斬波器輸入正極端(P1)，平波電抗器L1的另一端同絕緣柵雙極晶體管S1正端和快恢復(fù)二極管D1的陽(yáng)極連接，平波電抗器L2的另一端同絕緣柵雙晶體管S2正端和快恢復(fù)二極管D2的陽(yáng)極連接，快恢復(fù)二極管D1的陰極與電容器C1的正端連接一起接到并聯(lián)斬波器輸出的正極端(P2)，快恢復(fù)二極管D2的陰極與電容器C2的正端連接一起接到并聯(lián)斬波器輸出的正極端(P2)，絕緣柵雙晶體管S1的負(fù)端和絕緣柵雙極型晶體管S2的負(fù)端與電容器C1的負(fù)端和電容器C2的負(fù)端連接一起接到并聯(lián)斬波器輸出的負(fù)極端(E)。
全文摘要
本發(fā)明一種用于高壓電動(dòng)機(jī)調(diào)速轉(zhuǎn)子側(cè)控制的并聯(lián)斬波器，應(yīng)用于電力、水泥及冶金等行業(yè)的風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載的繞線式電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速。包括平波電抗器L1、L2，絕緣柵雙極晶體管S1、S2，快恢復(fù)二極管D1、D2和電容器C1、C2，平波電抗器L1和L2的一端并聯(lián)，L1的另一端同絕緣柵雙極晶體管S1正端和快恢復(fù)二極管D1的陽(yáng)極連接，L2的另一端同絕緣柵雙晶體管S2正端和快恢復(fù)二極管D2的陽(yáng)極連接，快恢復(fù)二極管D2的陰極與電容器C2的正端連接，絕緣柵雙晶體管S1的負(fù)端和絕緣柵雙極型晶體管S2的負(fù)端與電容器C1的負(fù)端和電容器C2的負(fù)端連接一起接到并聯(lián)斬波器輸出的負(fù)極端(E)。本發(fā)明可以保證每路并聯(lián)回路的絕緣柵雙極晶體管電流的大小基本一致。
文檔編號(hào)H02P25/02GK101378242SQ20081015540
公開(kāi)日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2008年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月28日
發(fā)明者張建興 申請(qǐng)人:江蘇方程電力科技有限公司