專利名稱：交流變頻調(diào)速裝置及其逆變器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種交流變頻調(diào)速裝置和一種逆變器電路。該交流變頻調(diào)速裝置是一種電流型交流變頻調(diào)速裝置。本裝置適用于占工業(yè)系統(tǒng)中能耗30%以上的風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速。
目前在我國(guó)開始采用的交流變頻調(diào)速裝置，屬于交-直-交電流型變頻調(diào)速裝置。是國(guó)際上最流行的一種調(diào)速方式，其主電路線路圖見附圖1。該裝置的逆變器需采用性能指標(biāo)高、價(jià)格昂貴的高壓電容器進(jìn)行強(qiáng)迫換向。逆變器的晶閘管元件要求采用高壓快速元件。為了保證逆變器正常工作，每一相序還要配裝兩支和晶閘管同等容量的整流管。這樣一來(lái)，逆變器部分不僅使用的元器件數(shù)量多，而且價(jià)格昂貴。另外，該調(diào)速裝置的輸出電流含有較大的高次諧波分量，電動(dòng)機(jī)的損耗大，影響了其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效果。由于上述原因限制了變頻調(diào)速裝置在對(duì)調(diào)速性能要求不高但用量很大的風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載電動(dòng)機(jī)調(diào)速中的應(yīng)用。
鑒于以上情況，本發(fā)明力圖采用一種新的逆變換向方法，設(shè)計(jì)一種新型逆變器和逆變器電路，從而組成一種新型的交流變頻調(diào)速裝置。主要滿足風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載電動(dòng)機(jī)調(diào)速應(yīng)用。其調(diào)速范圍為2～3。
本發(fā)明的主要目標(biāo)之一是改善逆變器換向性能。采用一種新穎的逆變換向控制電路，和在逆變器輸出端并聯(lián)電容器的方法代替原來(lái)的電容器強(qiáng)迫換向。
本發(fā)明進(jìn)一步的目標(biāo)是減少逆變器環(huán)節(jié)元器件的數(shù)量，用一般性能的元器件取代性能指標(biāo)高的元器件，從而降低交流變頻調(diào)速裝置的成本。
本發(fā)明另一個(gè)目標(biāo)是減少電動(dòng)機(jī)的諧波電流，改善電動(dòng)機(jī)工作電流的品質(zhì)，從而降低電動(dòng)機(jī)能量消耗，達(dá)到節(jié)能目的，提高經(jīng)濟(jì)效益。
圖1為目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的交流變頻調(diào)速裝置主電路的原理線路圖。其中(1)-三相橋式可控整流器，(2)-平波電抗器，(3)-三相橋式可控逆變器，(4)-異步電動(dòng)機(jī)。
圖2為本發(fā)明工作原理框圖。其中(1)-三相橋式可控整流器，(2)-平波電抗器，(5)-三相橋式可控逆變器，(4)-異步電動(dòng)機(jī)，(6)-給定部件，(7)-電壓頻率變換部件，(8)-整流脈沖發(fā)生器，(9)-逆變脈沖發(fā)生器，(10)-控制電源。
圖3為本發(fā)明交流變頻調(diào)速裝置整流器和逆變器部件原理線路圖。其中(1)-三相橋式可控整流器，(2)-平波電抗器，(4)-異步電動(dòng)機(jī)，(17)-新型可關(guān)斷晶閘管(GTO)，(18)-反向電壓源，(11)、(12)、(13)、(14)、(15)、(16)-晶閘管元件，(19)、(20)、(21)-電容器。
圖4為本發(fā)明實(shí)際工作波形圖。其中A-50周工作波形圖，B-25周工作波形圖。(22)-電動(dòng)機(jī)端電壓波形，(23)-逆變器電路輸出電流波形，(24)-電動(dòng)機(jī)電流波形，(25)-逆變器電路直流側(cè)電壓波形，(26)-逆變器晶閘管管壓降波形。
圖5為本發(fā)明用于大型異步電機(jī)輔助起動(dòng)的原理示意圖，其中(27)-起動(dòng)開關(guān)A，(28)-起動(dòng)開關(guān)B，(29)-交流變頻調(diào)速裝置，(30)-大型異步電動(dòng)機(jī)，(31)-程序控制器。
現(xiàn)在結(jié)合


本發(fā)明最佳實(shí)施方案。本發(fā)明的主電路設(shè)有三相橋式可控整流器(1)，將交流電變?yōu)橹绷麟?。設(shè)有平波電抗器(2)，對(duì)直流電進(jìn)行濾波。后進(jìn)入三相橋式可控逆變器(5)，將直流電變?yōu)榻涣麟?，供異步電機(jī)(4)工作。為了控制整流、逆交過(guò)程和電動(dòng)機(jī)調(diào)速，本發(fā)明設(shè)有控制電路。主要包括電壓頻率變換部件(7)、給定部件(6)、整流脈沖發(fā)生器(8)、逆變脈沖發(fā)生器(9)。電壓頻率變換器將來(lái)自給定部件電壓信號(hào)變?yōu)轭l率信號(hào)，用以控制整流脈沖發(fā)生器和逆變脈沖發(fā)生器發(fā)出脈沖的時(shí)刻。以使主電路整流、逆變相互協(xié)調(diào)，達(dá)到改變電機(jī)頻率目的，以滿足異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的需要。另外，設(shè)有控制電源(10)，為各控制部件提供電源。本發(fā)明還設(shè)有機(jī)箱和顯示部件等。本發(fā)明的主要特征在于采用了新的逆變電路，設(shè)計(jì)了一種新型三相橋式可控逆變器(5)，它由三部分所組成其一是由六支晶閘管元件(11)、(12)、(13)、(14)、(15)、(16)組成的三相橋式可控逆變主電路及其部件。這六支晶閘管可以是一般型晶閘管元件。其二是由一支新型可關(guān)斷晶閘管(GTO)(17)串接一個(gè)反壓電源(18)組成的逆變換向控制電路及其部件。該逆變換向控制電路或部件并聯(lián)在三相橋式可控逆變主電路及其部件上，用以控制晶閘管元件的換向。該新型可關(guān)斷晶閘管(GTO)(17)可以是一支大功率晶體管(GTR)。反向電壓源(18)的作用是保證三相橋式可控逆變器工作更為可靠(不加反向電壓源逆變電路也能正常工作)。其三是將一組由電容器(19)、(20)、(21)、接成星形或三角形聯(lián)接的電容器支路接入三相橋式可控逆變主電路(或部件)的輸出端。該電容器組一方面可以起到保證晶閘管可靠換向的作用，另一方面可以減少逆變器輸出電流的諧波分量，改善電動(dòng)機(jī)電流品質(zhì)，從而減少電動(dòng)機(jī)的損耗。另外它還可以抑制尖峰電壓。該電容器組可由一般電力電容器組成。
本發(fā)明三相橋式可控逆變器換向原理如下該三相橋式可控逆變器中的六支晶閘管每隔60°電角分別施加大于70°電角(最好為120°)的觸發(fā)脈沖，與此同時(shí)，驅(qū)動(dòng)(17)短時(shí)導(dǎo)通(相對(duì)50周波為10°電角左右)后，來(lái)自逆變脈沖發(fā)生器的脈沖使其強(qiáng)制關(guān)斷，從而使三相橋式可控逆變器中的晶閘管換向，達(dá)到逆變要求。當(dāng)GTO導(dǎo)通時(shí)，使直流側(cè)電流經(jīng)GTO(17)回路短接，流向逆變器的電流降到零，使三相橋式可控逆變器中導(dǎo)通的晶閘管電流也降到零。此時(shí)電動(dòng)機(jī)端電壓靠電容器(19)、(20)、(21)維持，而且對(duì)晶閘管，呈現(xiàn)反向電壓(當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)下)，因而保證了晶閘管可靠關(guān)斷。當(dāng)GTO被強(qiáng)行關(guān)斷后，直流電流又流入三相橋式可控逆變器，此時(shí)因其中又有一對(duì)晶閘管早已處于待導(dǎo)通狀態(tài)。重復(fù)以上工作，便可完成逆變過(guò)程。在這一換向過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)漏感儲(chǔ)能在晶閘管關(guān)斷時(shí)刻，很快消耗轉(zhuǎn)為電動(dòng)機(jī)的電磁功率和電容器的儲(chǔ)能中，抑制了尖峰電壓。GTO的導(dǎo)通時(shí)間主要取決于三相橋式可控逆變器中晶閘管的關(guān)斷時(shí)間。
現(xiàn)將本發(fā)明的細(xì)節(jié)敘述如下三相交流電源接在三相橋式可控整流器(1)的進(jìn)線端。三相橋式可控整流器的一個(gè)輸出端接入平波電抗器(2)的輸入端，平波電抗器的輸出端接三相橋式可控逆變器(5)的輸入端，三相橋式可控逆變器的輸出端接異步電動(dòng)機(jī)(4)的輸入端。三相橋式可控整流器(1)的另一輸出端接三相橋式可控逆變器的另一輸入端。給定部件(6)的信號(hào)輸出端接電壓頻率變換部件(7)信號(hào)輸入端，電壓頻率變換器部件的整流信號(hào)輸出端接整流脈沖發(fā)生器(8)的信號(hào)輸入端，整流脈沖發(fā)生器的輸出端接三相橋式可控整流器的整流脈沖信號(hào)輸入端。電壓頻率變換器的逆變脈沖信號(hào)輸出端接逆變信號(hào)發(fā)生器(9)的信號(hào)輸入端，逆變信號(hào)發(fā)生器的逆變脈沖信號(hào)輸出端接三相橋式可控逆變器(5)的逆變脈沖信號(hào)(包括GTO和三相橋式可控逆變器晶閘管元件的逆變控制信號(hào))輸入端?？刂齐娫吹妮敵龆朔謩e接入給定部件、電壓頻率變換部件、整流脈沖發(fā)生器、逆變脈沖發(fā)生器電源輸入端。
由于本發(fā)明采用了新的逆變換向方法，三相橋式可控逆變器采用了一般性能的晶閘管元件，代替了高壓快速元件，以小容量可關(guān)斷晶閘管(GTO)取代了高壓電容器強(qiáng)迫換向，大大減少了逆變器部件元器件的數(shù)量，使產(chǎn)品成本降低 1/3 ～ 1/4 。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可廣泛使用于風(fēng)抗泵類負(fù)載的電動(dòng)機(jī)調(diào)速，并可大量節(jié)能。一臺(tái)100千瓦的風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)，使用本發(fā)明進(jìn)行調(diào)速，在風(fēng)量為80%的情況下，可節(jié)電50%左右，每年運(yùn)行4000小時(shí)，年節(jié)電量為20萬(wàn)度左右。
本發(fā)明可以作為大型異步電動(dòng)機(jī)的輔助起動(dòng)裝置。如圖5所示。大型異步電機(jī)(30)通過(guò)兩路供電。起動(dòng)時(shí)，由起動(dòng)開關(guān)A(27)經(jīng)本發(fā)明(29)送電。當(dāng)大型異步電機(jī)起動(dòng)后，由程序控制器(31)切換，由起動(dòng)開關(guān)A轉(zhuǎn)到起動(dòng)開關(guān)B(28)送電。
本發(fā)明還可用于中頻加熱爐的控制。在這種情況下，只需要將逆變器中所用的普遍型晶閘管換為快速元件;把普通的電力電容器換為較高頻率的電容器即可。其它部分無(wú)需改變。
權(quán)利要求
1.一種交流變頻調(diào)速裝置由三相橋式可控整流器(1)、平波電抗器(2)、給定部件(6)、電壓頻率變換部件(7)、整流脈沖發(fā)生器(8)、逆變脈沖發(fā)生器(9)、控制電源(10)組成，其特征在于采用了新的逆變電路，設(shè)計(jì)了一種新型的三相橋式可控逆變器(5)，它由三部分組成其一是由六支晶閘管元件(11)、(12)、(13)、(14)、(15)、(16)組成的三相橋式可控逆變主電路及其部件，其二是由一支新型可關(guān)斷晶閘管(17)組成的逆變換向控制電路及其部件，該逆變換向控制電路或部件并聯(lián)在三相橋式可控逆變主電路及其部件上，其三是將一組由電容器(11)、(12)、(13)接成星形或三角形聯(lián)接的電容器支路接入三相橋式可控逆變主電路的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所敘述的交流變頻調(diào)速裝置其特征在于，三相橋式可控逆變電路中的六支晶閘管(11)、(12)、(13)、(14)、(15)、(16)可是一般型晶閘管元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流變頻調(diào)速裝置其特征在于逆變換向控制電路中的新型可關(guān)斷晶閘管(GTO)(17)可以是一支大功率晶體管(GTR)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所敘述的交流變頻調(diào)速裝置其特征在于電容器(19)、(20)、(21)可以是一般電力電容器元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所敘述的交流變頻調(diào)速裝置其特征在于逆變換向控制電路中GTO上可以串接一個(gè)反向電壓源。
全文摘要
一種交流變頻調(diào)速裝置，針對(duì)目前此類調(diào)速裝置使用元件數(shù)量多，價(jià)格昂貴，逆變器輸出電流品質(zhì)不佳，電機(jī)損耗大的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種新的逆變電路。由六支一般型晶閘管組成三相橋式可控逆變主電路，由一支GTO元件組成逆變換向控制電路，由三支電容器組成電容器支路。該逆變器和調(diào)速裝置適用于風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載電動(dòng)機(jī)調(diào)速之用，也可用于大型電機(jī)輔助起動(dòng)及中頻感應(yīng)電爐控制。
文檔編號(hào)H02M5/44GK1035922SQ88101020
公開日1989年9月27日 申請(qǐng)日期1988年3月15日 優(yōu)先權(quán)日1988年3月15日
發(fā)明者諸祖同, 楊國(guó)權(quán) 申請(qǐng)人:北京整流器廠