專利名稱：一種消除諧波和補償無功的變頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種變頻器，特別是一種消除諧波和補償無功的變頻器。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，整流器、變頻調(diào)速裝置、電弧爐、電氣化鐵路、各種電機 和變壓器等負荷不斷增加。這些負荷的非線性、沖擊性和不平衡性的用電特性，使網(wǎng)絡(luò)中的 電壓、電流波形發(fā)生畸變，或引起電壓波動、閃變和三相不平衡，嚴重影響了電網(wǎng)的供電質(zhì) 量，因此，對電網(wǎng)諧波和無功的時時補償是解決電網(wǎng)污染最直接的方法。現(xiàn)有對諧波和無功的補償方法主要有兩種，一種是無源濾波，一種是有源濾波。在 我國無源濾波中以LC濾波為代表，由于具有成本較低、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便等優(yōu) 點被廣泛使用。但是無源濾波已經(jīng)有慢慢被有源濾波器替代的趨勢，有源濾波器能夠很好 的克服無源濾波器的缺點。在變頻器電力驅(qū)動系統(tǒng)中，存在以下兩種工況情況，a.大功率變頻啟動工頻切換 運行的異步電機拖動系統(tǒng)中，先利用變頻器啟動，然后切除變頻器，使電機直接接工頻電網(wǎng) 運行后，變頻器處于閑置狀態(tài)。b.大功率雙饋驅(qū)動系統(tǒng)在額定轉(zhuǎn)速下運行時，由于變頻器提 供的轉(zhuǎn)差功率很小，變頻器容量剩余很多。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是要克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種消除電網(wǎng)諧波、補償 電網(wǎng)無功，充分利用硬件資源的消除諧波和補償無功的變頻器。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的變頻器三相電抗器的輸入端并聯(lián)于三相交流電 源出口處的電網(wǎng)上，三相電抗器的輸出端與三相可控整流器的輸入端連接，三相可控整流 器的輸出端通過兩根直流母線連接至三相逆變器的輸入端，直流側(cè)電容并聯(lián)在連接三相可 控整流器和三相逆變器的直流母線上，三相逆變器的輸出端連接至三相交流電機的繞組； 電壓傳感器的輸入端并聯(lián)于三相交流電源出口處的電網(wǎng)上，第一組電流傳感器的輸入端連 接于三相電抗器的輸入端電網(wǎng)上，第二組電流傳感器的輸入端連接于三相負載的輸入端電 網(wǎng)上，直流電壓傳感器的輸入端連接于直流側(cè)電容上，電機狀態(tài)檢測設(shè)備的輸入端與三相 交流電機連接，它們的輸出端都與控制器連接；整流器驅(qū)動電路和逆變器驅(qū)動電路的輸入 端都與控制器連接，整流器驅(qū)動電路的輸出端與三相可控整流器連接，逆變器驅(qū)動電路的 輸出端與三相逆變器連接；轉(zhuǎn)速等給定信號與控制器連接。有益效果本實用新型包含兩個子系統(tǒng)，其中一個是為三相交流電機供電的變頻 器子系統(tǒng)，另一個是消除電網(wǎng)諧波和補償電網(wǎng)無功的有源濾波器子系統(tǒng)，它們共用硬件設(shè) 備，工作時以變頻器子系統(tǒng)為主，在滿足三相交流電機功率需求的情況下，控制器再啟動有 源濾波器子系統(tǒng)，利用變頻器硬件的剩余容量去產(chǎn)生諧波消除電流和無功補償電流。同時 具有普通變頻器為三相交流電機變頻供電的功能和具有有源濾波器的功能，即一方面可以 為交流電機提供可變頻的交流電能，另一方面利用硬件的剩余容量產(chǎn)生補償電網(wǎng)諧波和無功的電流，以提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量。能夠快速跟蹤電網(wǎng)諧波和無功的變化，實現(xiàn)快速動態(tài)補 償。在大功率變頻啟動工頻切換運行的異步電機拖動系統(tǒng)中，電機啟動結(jié)束后變頻器不再 對電機輸出電能；大功率雙饋驅(qū)動系統(tǒng)在額定轉(zhuǎn)速下運行時，變頻器為電機提供功率很小。 在這些工況下，變頻器中有源濾波器子系統(tǒng)獲得的剩余容量很大，可以對電網(wǎng)諧波和無功 實現(xiàn)完全補償。由于本新型變頻器的兩個子系統(tǒng)共用硬件資源，因此其結(jié)構(gòu)簡單、硬件利用 率高、系統(tǒng)成本低。
圖1是本實用新型消除電網(wǎng)諧波和補償電網(wǎng)無功的新型變頻器的結(jié)構(gòu)圖。圖中1、三相交流電源；2、三相負載；3、電壓傳感器；4、第一組電流傳感器；5、第 二組電流傳感器；6、三相電抗器；7、三相可控整流器；8、整流器驅(qū)動電路；9、控制器；10、直 流電壓傳感器；11、直流側(cè)電容；12、三相逆變器；13、逆變器驅(qū)動電路；14、三相交流電機； 15、電機狀態(tài)檢測設(shè)備；16、轉(zhuǎn)速等給定信號。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的一個實施例作進一步描述附圖所示三相電抗器6的輸入端并聯(lián)于三相交流電源1出口處的電網(wǎng)上，三相電 抗器6的輸出端與三相可控整流器7的輸入端連接，三相可控整流器7的輸出端通過兩根 直流母線連接至三相逆變器12的輸入端，直流側(cè)電容11并聯(lián)在連接三相可控整流器7和 三相逆變器12的直流母線上，三相逆變器12的輸出端連接至三相交流電機14的繞組，三 相可控整流器7和三相逆變器12結(jié)構(gòu)完全相同，三相可控整流器7在電網(wǎng)向直流側(cè)儲能元 件充電時作為整流器工作，在產(chǎn)生諧波消除電流和無功補償電流時又作為逆變器工作；電 壓傳感器3的輸入端并聯(lián)于三相交流電源1出口處的電網(wǎng)上，第一組電流傳感器4的輸入 端連接于三相電抗器6的輸入端電網(wǎng)上，第二組電流傳感器5的輸入端連接于三相負載2 的輸入端電網(wǎng)上，直流電壓傳感器10的輸入端連接于直流側(cè)電容11上，電機狀態(tài)檢測設(shè)備 15的輸入端與三相交流電機14連接，它們的輸出端都與控制器9連接；整流器驅(qū)動電路8 和逆變器驅(qū)動電路13的輸入端都與控制器9連接，整流器驅(qū)動電路8的輸出端與三相可控 整流器7連接，逆變器驅(qū)動電路13的輸出端與三相逆變器12連接；轉(zhuǎn)速等給定信號16與 控制器9連接。本變頻器包含兩個子系統(tǒng)，其中一個是為三相交流電機14供電的變頻器子系統(tǒng)， 另一個是消除電網(wǎng)諧波和補償電網(wǎng)無功的有源濾波器子系統(tǒng)，它們共用硬件設(shè)備，工作時 以變頻器子系統(tǒng)為主，在滿足三相交流電機14功率需求的情況下，控制器9再啟動有源濾 波器子系統(tǒng)，利用新型變頻器硬件的剩余容量去產(chǎn)生諧波消除電流和無功補償電流。本變頻器的變頻器子系統(tǒng)中，控制器9根據(jù)電機狀態(tài)檢測設(shè)備15檢測出的電機電 壓、電流和轉(zhuǎn)速等信號與轉(zhuǎn)速等給定信號16，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，該控制信號通過整流器 驅(qū)動電路8和逆變器驅(qū)動電路13分別控制三相可控整流器7和三相逆變器12，輸出三相交 流電機14需要的變頻交流電能。本變頻器的有源濾波器子系統(tǒng)中，第二組電流傳感器5檢測三相負載2的負載電 流，電壓傳感器3檢測三相交流電源1的電壓，第一組電流傳感器4檢測有源濾波器的輸出
4電流，這些傳感器都將檢測信號傳遞給控制器9，控制器9先根據(jù)三相負載2的負載電流信 號和三相交流電源1的電壓信號計算出三相負載2產(chǎn)生的諧波電流分量和無功電流分量， 控制器9再結(jié)合有源濾波器的輸出電流信號產(chǎn)生相應(yīng)的補償控制信號，該補償控制信號通 過整流器驅(qū)動電路8來控制三相可控整流器7，在有源濾波器子系統(tǒng)獲得的剩余容量較大 時產(chǎn)生與電網(wǎng)諧波大小相等、方向相反的諧波消除電流和無功補償電流，可以對電網(wǎng)進行 完全諧波消除和完全無功補償，在有源濾波器子系統(tǒng)獲得的剩余容量較小時產(chǎn)生與電網(wǎng)諧 波方向相反的諧波消除電流和無功補償電流，對電網(wǎng)進行部分諧波消除和部分無功補償。 同時，控制器9根據(jù)直流電壓傳感器10檢測的直流側(cè)電容11的電壓值，通過整流器驅(qū)動電 路8控制三相可控整流器7來穩(wěn)定直流側(cè)電容11的直流電壓。
權(quán)利要求1. 一種消除諧波和補償無功的變頻器，其特征在于三相電抗器(6)的輸入端并聯(lián)于 三相交流電源(1)出口處的電網(wǎng)上，三相電抗器(6)的輸出端與三相可控整流器(7)的輸 入端連接，三相可控整流器(7)的輸出端通過兩根直流母線連接至三相逆變器(1 的輸入 端，直流側(cè)電容(11)并聯(lián)在連接三相可控整流器(7)和三相逆變器(1 的直流母線上，三 相逆變器(1 的輸出端連接三相交流電機(14)的繞組；電壓傳感器(3)的輸入端并聯(lián)于 三相交流電源(1)出口處的電網(wǎng)上，第一組電流傳感器(4)的輸入端連接于三相電抗器(6) 的輸入端電網(wǎng)上，第二組電流傳感器( 的輸入端連接于三相負載( 的輸入端電網(wǎng)上，直 流電壓傳感器(10)的輸入端連接于直流側(cè)電容(11)上，電機狀態(tài)檢測設(shè)備(1 的輸入端 與三相交流電機(14)連接，它們的輸出端都與控制器(9)連接；整流器驅(qū)動電路⑶和逆 變器驅(qū)動電路(1 的輸入端都與控制器(9)連接，整流器驅(qū)動電路(8)的輸出端與三相可 控整流器(7)連接，逆變器驅(qū)動電路(13)的輸出端與三相逆變器(12)連接；轉(zhuǎn)速等給定信 號(16)與控制器(9)連接。
專利摘要一種消除諧波和補償無功的變頻器，三相電抗器的輸入端并聯(lián)于三相交流電源出口處的電網(wǎng)上，三相電抗器的輸出端與三相可控整流器的輸入端連接，三相可控整流器的輸出端通過兩根直流母線連接至三相逆變器的輸入端，直流側(cè)電容并聯(lián)在連接三相可控整流器和三相逆變器的直流母線上，三相逆變器的輸出端連接至三相交流電機的繞組；電壓傳感器的輸入端并聯(lián)于三相交流電源出口處的電網(wǎng)上，第一組電流傳感器的輸入端連接于三相電抗器的輸入端電網(wǎng)上，第二組電流傳感器的輸入端連接于三相負載的輸入端電網(wǎng)上，直流電壓傳感器的輸入端連接于直流側(cè)電容上，電機狀態(tài)檢測設(shè)備的輸入端與三相交流電機連接，它們的輸出端都與控制器連接；整流器驅(qū)動電路和逆變器驅(qū)動電路的輸入端都與控制器連接，整流器驅(qū)動電路的輸出端與三相可控整流器連接，逆變器驅(qū)動電路的輸出端與三相逆變器連接；轉(zhuǎn)速等給定信號與控制器連接。
文檔編號H02J3/18GK201860267SQ201020561188
公開日2011年6月8日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者張曉 , 胡堃, 譚國俊, 鄧先明, 陳治國 申請人:中國礦業(yè)大學, 徐州中礦大傳動與自動化有限公司