一種異步電動(dòng)機(jī)大功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，特別涉及基于繞組開(kāi)路的三相異步電動(dòng)機(jī)的大功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在大功率(1MW以上)三相異步電動(dòng)機(jī)大功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，三相異步電動(dòng)機(jī)的繞組一般采用的是星形或三角形兩種接法，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)普遍采用的是傳統(tǒng)的基于三相異步電動(dòng)機(jī)或者永磁電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，采用一個(gè)三相變頻器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。這種方案的主要問(wèn)題在于變頻器的基本功率模塊IGBT的單體容量是有限的，一般小于1MW，隨著功率的增大，必須采用功率模塊的并聯(lián)或者串聯(lián)的方法，如果采用并聯(lián)方法，則必須保證開(kāi)關(guān)脈沖的同步；如果采用串聯(lián)方法，則必須保證串聯(lián)功率模塊實(shí)現(xiàn)很好的均壓，兩種方案在無(wú)形中都增加了驅(qū)動(dòng)控制電路的技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度，與此同時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)要求嚴(yán)格，一般都需要采用較高的開(kāi)關(guān)頻率(1kHz以上)來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，這樣又增加了變頻器的損耗，變頻器輸出普遍含有較高的脈沖尖峰，會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)的絕緣產(chǎn)生影響，并影響電動(dòng)機(jī)的壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提出一種異步電動(dòng)機(jī)的大功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其控制方法，解決了大功率三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)困難的技術(shù)問(wèn)題。
[0004]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案解決以上技術(shù)問(wèn)題的:
一種異步電動(dòng)機(jī)的大功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括電網(wǎng)、工業(yè)控制機(jī)、三相全橋整流器、儲(chǔ)能電容、IGBT模塊和三相異步電動(dòng)機(jī)繞組，三相異步電動(dòng)機(jī)定子A相繞組、B相繞組和C相繞組均是開(kāi)路設(shè)置的，第一 IGBT模塊與第二 IGBT模塊串聯(lián)后組成A相繞組上橋臂，第三IGBT模塊與第四IGBT模塊串聯(lián)后組成A相繞組下橋臂，A相繞組上橋臂和A相繞組下橋臂分別并聯(lián)在三相全橋整流器的輸出直流母線(xiàn)上，第一 IGBT模塊的發(fā)射級(jí)與第二 IGBT模塊集電極的連接點(diǎn)通過(guò)A相繞組上橋臂三相共模電抗器與三相異步電動(dòng)機(jī)定子A相繞組的一端連接，三相異步電動(dòng)機(jī)定子A相繞組4的另一端通過(guò)A相繞組下橋臂三相共模電抗器與第三IGBT模塊的發(fā)射級(jí)與第四IGBT模塊集電極的連接點(diǎn)連接在一起；第五IGBT模塊與第六IGBT模塊串聯(lián)后組成B相繞組上橋臂，第七IGBT模塊與第八IGBT模塊串聯(lián)后組成B相繞組下橋臂，B相繞組上橋臂和B相繞組下橋臂分別并聯(lián)在三相全橋整流器的輸出直流母線(xiàn)上，第五IGBT模塊的發(fā)射級(jí)與第六IGBT模塊集電極的連接點(diǎn)通過(guò)B相繞組上橋臂三相共模電抗器與三相異步電動(dòng)機(jī)定子B相繞組的一端連接，三相異步電動(dòng)機(jī)定子B相繞組的另一端通過(guò)B相繞組下橋臂三相共模電抗器與第七IGBT模塊的發(fā)射級(jí)與第八IGBT模塊集電極的連接點(diǎn)連接在一起；第九IGBT模塊與第十IGBT模塊串聯(lián)后組成C相繞組上橋臂，第i^一IGBT模塊與第十二 IGBT模塊串聯(lián)后組成C相繞組下橋臂，C相繞組上橋臂和C相繞組下橋臂分別并聯(lián)在三相全橋整流器的輸出直流母線(xiàn)上，第九IGBT模塊的發(fā)射級(jí)與第十IGBT模塊集電極的連接點(diǎn)通過(guò)C相繞組上橋臂三相共模電抗器與三相異步電動(dòng)機(jī)定子C相繞組的一端連接，三相異步電動(dòng)機(jī)定子C相繞組的另一端通過(guò)C相繞組下橋臂三相共模電抗器與第^^一 IGBT模塊的發(fā)射級(jí)與第十二 IGBT模塊集電極的連接點(diǎn)連接在一起。
[0005]—種異步電動(dòng)機(jī)大功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟:
第一步、在工業(yè)控制機(jī)中設(shè)定A相標(biāo)準(zhǔn)載波，這個(gè)載波是標(biāo)準(zhǔn)三角波，頻率由工業(yè)控制器設(shè)定，這個(gè)頻率也是IGBT的開(kāi)關(guān)頻率。
[0006]第二步、在工業(yè)控制機(jī)中設(shè)置A相繞組上橋臂中的IGBT模塊PMW脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電壓參考信號(hào)，設(shè)置原則為:根據(jù)異步電機(jī)的A相驅(qū)動(dòng)電壓計(jì)算出A相驅(qū)動(dòng)電壓參考f目號(hào)Ref_A+。
[0007]第三步、將第二步得到的A相驅(qū)動(dòng)電壓參考信號(hào)Ref_A+和第一步得到的A相標(biāo)準(zhǔn)載波信號(hào)CA1進(jìn)行比較，當(dāng)Ref_A+大于CA1時(shí)，輸出SWA為1，否則為0。將SWA和SWA的取反信號(hào)分別輸入死區(qū)時(shí)間發(fā)生器，最后得到實(shí)際的開(kāi)關(guān)輸出SWA+和SWA-，SWA+和SWA-分別驅(qū)動(dòng)三相全橋逆變電路中A相上相橋臂的第一 IGBT模塊7與第二 IGBT模塊8 ;
第四步、將第二步得到的A相驅(qū)動(dòng)電壓參考信號(hào)Ref_A+取反，得到Ref_A-，即Ref_A+和Ref_A-之和為零，Ref_A-的載波CA2是CA1延時(shí)半個(gè)開(kāi)關(guān)周期的結(jié)果，Ref_A_和CA2進(jìn)行比較，當(dāng)Ref_A-大于CA2時(shí)，輸出SWa為1，否則為0，將SWa和SWa的取反信號(hào)分別輸入死區(qū)時(shí)間發(fā)生器，最后得到實(shí)際的開(kāi)關(guān)輸出SWa+和SWa-，Sffa+和SWa-分別驅(qū)動(dòng)三相全橋逆變電路中A相下相橋臂的第三IGBT模塊與第四IGBT模塊，采用將CA1和CA2錯(cuò)開(kāi)半個(gè)開(kāi)關(guān)周期的方法，可以保證等效的系統(tǒng)開(kāi)關(guān)頻率變成了變頻器實(shí)際開(kāi)關(guān)頻率的2倍，這樣有效降低了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，或者說(shuō)在保證同樣轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的前提下，變頻器的實(shí)際開(kāi)關(guān)頻率變成了系統(tǒng)開(kāi)關(guān)頻率的1/2，這樣極大降低了變頻器的損耗，增加了變頻器的實(shí)際容量相的上橋臂和下橋臂，以及C相的上橋臂和下橋臂的控制方法和A相的控制方法完全相同。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果如下，每相繞組的上橋臂和下橋臂兩組三相變頻器IGBT模塊不需要進(jìn)行開(kāi)關(guān)脈沖同步，有較高的可靠性，可以采用一半的開(kāi)關(guān)頻率，達(dá)到同等的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，這樣本質(zhì)上變頻器的損耗降低，功率器件可以增容使用，等效地增加了電流輸出能力，對(duì)于直流母線(xiàn)電壓具有更高的利用率，等效地增加了電壓輸出能力，脈沖尖峰只有傳統(tǒng)三相變頻器的一半，因此對(duì)電動(dòng)機(jī)的絕緣等級(jí)要求降低。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的A相上橋臂載波波形21、A相下橋臂載波波形22、A相上橋臂繞組參考驅(qū)動(dòng)電壓波形23和A相下橋臂繞組參考驅(qū)動(dòng)電壓波形24的波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:
一種異步電動(dòng)機(jī)的大功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括電網(wǎng)1、工業(yè)控制機(jī)、三相全橋整流器2、儲(chǔ)能電容3、IGBT模塊和三相異步電動(dòng)機(jī)繞組，三相異步電動(dòng)機(jī)定子A相繞組4、B相繞組5和C相繞組6均是開(kāi)路設(shè)置的，第一 IGBT模塊7與第二 IGBT模塊8串聯(lián)后組成A相繞組上橋臂，第三IGBT模塊9與第四IGBT模塊10串聯(lián)后組成A相繞組下橋臂，A相繞組上橋臂和A相繞組下橋臂分別并聯(lián)在三相全橋整流器2的輸出直流母線(xiàn)上，第一 IGBT模塊7的發(fā)射級(jí)與第二 IGBT模塊8集電極的連接點(diǎn)通過(guò)A相繞組上橋臂三相共模電抗器11與三相異步電動(dòng)機(jī)定子A相繞組4的一端連接，三相異步電動(dòng)機(jī)定子A相繞組4的另一端通過(guò)A相繞組下橋臂三相共模電抗器12與第三IGBT模塊9的發(fā)射級(jí)與第四IGBT模塊10集電極的連接點(diǎn)連接在一起；第五IGBT模塊13與第六IGBT模塊14串聯(lián)后組成B相繞組上橋臂，第七IGBT模塊15與第八IGBT模塊16串聯(lián)后組成B相繞組下橋臂，B相繞組上橋臂和B相繞組下橋臂分別并聯(lián)在三相全橋整流器2的輸出直流母線(xiàn)上，第五IGBT模塊13的發(fā)射級(jí)與第六IGBT模塊14集電極的連接點(diǎn)通過(guò)B相繞組上橋臂三相共模電抗器11與三相異步電動(dòng)機(jī)定子B相繞組5的一端連接，三相異步電動(dòng)機(jī)定子B相繞組5的另一端通過(guò)B相繞組下橋臂三相共模電抗器12與第七IGBT模塊15的發(fā)射級(jí)與第八IGBT模塊16集電極的連接點(diǎn)連接在一起；第九IGBT模塊17與第十IGBT模塊18串聯(lián)后組成C相繞組上橋臂，第i^一IGBT模塊19與第十二 IGBT模塊20串聯(lián)后組成C相繞組下橋臂，C相繞組上橋臂和C相繞組下橋臂分別并聯(lián)在三相全橋整流器2的輸出直流母線(xiàn)上，第九IGBT模塊17的發(fā)射級(jí)與第十IGBT模塊18集電極的連接點(diǎn)通過(guò)C相繞組上橋臂三相共模電抗器11與三相異步電動(dòng)機(jī)定子C相繞組6的一端連接，三相異步電動(dòng)機(jī)定子C相繞組6的另一端通過(guò)C相繞組下橋臂三相共模電抗器12與第^^一 IGBT模塊19的發(fā)射級(jí)與第十二 IGBT模塊20集電極的連接點(diǎn)連接在一起。
[0011]—種異步電動(dòng)機(jī)大功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟:
第一步、在工業(yè)控制機(jī)中設(shè)定A相標(biāo)準(zhǔn)載波，這個(gè)載波是標(biāo)準(zhǔn)三角波，頻率由工業(yè)控制器設(shè)定，這個(gè)頻率也是IGBT的開(kāi)關(guān)頻率。
[0012]第二步、在工業(yè)控制機(jī)中設(shè)置A相繞組上橋臂中的IGBT模塊PMW脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電壓參考信號(hào)，設(shè)置原則為:根據(jù)異步電機(jī)的A相驅(qū)動(dòng)電壓計(jì)算出A相驅(qū)動(dòng)電壓參考f目號(hào)Ref_A+。
[0013]第三步、將第二步得到的A相驅(qū)動(dòng)電壓參考信號(hào)Ref_A+和第一步得到的A相標(biāo)準(zhǔn)載波信號(hào)CA1進(jìn)行比較，當(dāng)Ref_A+大于CA1時(shí)，輸出SWA為1，否則為0。將SWA和SWA的取反信號(hào)分別