專利名稱：一種無諧波變頻調(diào)速裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種變頻調(diào)速裝置，尤其是涉及一種無諧波變頻調(diào)速裝置。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和節(jié)能調(diào)速的需要，越來越多的變頻器應用到了工業(yè)生產(chǎn)中。常規(guī)的變頻調(diào)速裝置由圖1(標記M為電機)中的整流電路1、濾波電路2和逆變電路3組成，由于整流電路1通常采用功率二極管進行不控整流，因此會產(chǎn)生大量的諧波，總諧波畸變THD通常會大于150%，這將對電網(wǎng)造成極大地諧波污染，同時會危及變頻器周圍用電設備。目前，用于變頻器諧波抑制和治理的方法有以下幾種。(1)在變頻器輸入側(cè)串聯(lián)進線電抗器。進線電抗器既能阻止來自電網(wǎng)的干擾，又能減少整流電路1產(chǎn)生的諧波電流對電網(wǎng)的污染。選用合適的進線電抗器后，進線電流總諧波畸變THD可降至50%左右。(2)在變頻器輸入側(cè)加裝高頻磁環(huán)。這種方法抑制諧波的原理和第一種方法一樣， 所能取得的效果也和第一種方法所差無幾，但是在變頻器容量較大時，安裝磁環(huán)的成本比串聯(lián)電抗器更低。(3)在變頻器輸入側(cè)并聯(lián)無源電力濾波器。工業(yè)上抑制諧波畸變最常用的方法是采用無源濾波器，包括單調(diào)諧濾波器、高通濾波器和帶通濾波器等，其具有結(jié)構(gòu)簡單、設備投資較少、運行費用較低等優(yōu)點，因此至今仍是使用最多的方法。但是無源濾波器存在一些無法根除的缺點補償效果對負載有依賴性，使用不夠靈活，容易引發(fā)串聯(lián)和并聯(lián)諧振，可
靠性不高等。(4)在變頻器輸入側(cè)并聯(lián)有源電力濾波器。有源濾波器對電網(wǎng)進行實時監(jiān)測，在檢測到系統(tǒng)諧波的同時向系統(tǒng)注入一組與之相反的電流來抵消諧波電流，從而抑制諧波畸變。有源濾波器可以克服上文提到的無源濾波器的缺點，被認為是解決諧波問題最有前途的解決方法之一。但是實際應用中同等容量的有源濾波器的成本遠高于無源濾波器，這在很大程度上限制了有源濾波器的發(fā)展。(5)應用雙PWM變頻器。常規(guī)變頻器整流電路通常采用功率二極管進行不控整流， 這是造成諧波污染的主要源頭，因此將功率二極管改為可控元件，如IGBT后，就可以通過控制導通時間、開關順序等抑制諧波的產(chǎn)生。這種方法使得變頻器的成本幾乎是原來的兩倍，因此在實際應用中受到很大限制。(6)采用三相功率因數(shù)校正技術(shù)。三相功率因數(shù)校正技術(shù)是正在發(fā)展中的技術(shù)，其控制方法和理論還不是很成熟，因此在實際工業(yè)生產(chǎn)特別是應用到大功率變頻器中的例子還不多。綜上所述，現(xiàn)有的方法或低成本但是只能起到有限的效果，或效果顯著但是成本太高，或存在一些固有的缺點會影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。中國專利CN1296334公開一種由變壓器1、四象限全控整流橋2、電感3、電容4、逆
3變功率單元5、全控整流控制器6、逆變驅(qū)動單元7、多相電機8、故障檢測單元9、多相電機變頻調(diào)速控制器10、上位控制機11、光纖通訊單元12、電源13及通風散熱系統(tǒng)14連接組成多相電機及無諧波變頻調(diào)速裝置，其技術(shù)特點無電網(wǎng)污染、寬功率范圍、低電壓、可四象限運行、雙邊無諧波，實現(xiàn)了多相變頻電氣傳動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種低成本的無諧波變頻調(diào)速
直ο本發(fā)明設有變頻器和諧波補償電路，所述變頻器設有整流電路、濾波電路和逆變電路，所述整流電路、濾波電路和逆變電路依次串聯(lián)，逆變電路的輸出端接電機；所述諧波補償裝置設有進線電抗器、無源電力濾波器、有源電力濾波器、直流側(cè)電容、電網(wǎng)電流傳感器、負載電流傳感器、補償電流傳感器和電網(wǎng)電壓傳感器，所述進線電抗器串聯(lián)在變頻器的電源輸入側(cè)，無源電力濾波器與變頻器并聯(lián)接到電網(wǎng)中并安裝在進線電抗器的前端，無源濾波器的后端與有源濾波器串聯(lián)，有源濾波器的后端與直流側(cè)電容串聯(lián)，電網(wǎng)電流傳感器、 負載電流傳感器、補償電流傳感器和電網(wǎng)電壓傳感器串聯(lián)。變頻器和諧波補償裝置共用控制系統(tǒng)和人機接口。所述無源電力濾波器可采用單調(diào)諧濾波器或C型濾波器等，也可采用多組濾波器并聯(lián)。所述有源電力濾波器可采用三橋臂逆變器。所述電網(wǎng)電流傳感器、負載電流傳感器、補償電流傳感器和電網(wǎng)電壓傳感器均可采用霍爾式傳感器。本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果是1)諧波補償裝置和變頻器整合在一起，實時檢測變頻器運行過程中產(chǎn)生的諧波電流，繼而產(chǎn)生一個與諧波電流大小相等方向相反的電流對其進行補償，這樣從交流進線端來看，整套變頻調(diào)速裝置無諧波污染；2)諧波補償裝置由無源電力濾波器和有源濾波器串聯(lián)后并連接入電網(wǎng)，且由無源濾波器直接和電網(wǎng)相連，因此無源濾波器可以吸收電網(wǎng)基波壓降，并進行有針對性的諧波補償，因此只需較小容量的有源濾波器就可以對較大容量諧波負載進行補償，故整套系統(tǒng)具有低成本的特點；3)本發(fā)明是一種低成本的無諧波變頻調(diào)速方案。


圖1為現(xiàn)有的變頻器的電路組成示意圖。圖2為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
具體實施例方式參見圖2，本發(fā)明實施例設有變頻器和諧波補償電路，所述變頻器設有整流電路 1、濾波電路2和逆變電路3，所述整流電路1、濾波電路2和逆變電路3依次串聯(lián)，逆變電路 3的輸出端接電機M ；所述諧波補償裝置設有進線電抗器5、無源電力濾波器6、有源電力濾波器7、直流側(cè)電容8、電網(wǎng)電流傳感器9、負載電流傳感器10、補償電流傳感器11和電網(wǎng)電壓傳感器12，所述進線電抗器串聯(lián)在變頻器的電源E輸入側(cè)，無源電力濾波器與變頻器并聯(lián)接到電網(wǎng)中并安裝在進線電抗器的前端，無源濾波器的后端與有源濾波器串聯(lián)，有源濾波器的后端與直流側(cè)電容串聯(lián)，電網(wǎng)電流傳感器、負載電流傳感器、補償電流傳感器和電網(wǎng)電壓傳感器串聯(lián)。變頻器和諧波補償裝置共用控制系統(tǒng)和人機接口。進線電抗器5串聯(lián)在常規(guī)變頻器電源輸入側(cè)的前面，其作用是把變頻器由諧波電壓源變?yōu)橹C波電流源，這樣才能由并聯(lián)有源濾波器對其進行諧波電流補償。進線電抗器5 的容量按照預期在電抗器每相繞組上的壓降來決定，在對變頻器輸出電壓要求不嚴格的情況下，可選取較大的壓降以增大電抗的電感值。無源電力濾波器6在本發(fā)明中與變頻器并聯(lián)接到電網(wǎng)中，并安裝在進線電抗器5 的前端，起到承受基波電壓、改善濾波效果和濾除開關紋波的作用。常用的無源電力濾波器有單調(diào)諧濾波器、高通濾波器、帶通濾波器等。變頻器諧波次數(shù)固定，主要諧波為5次、7次、 11次、13次，因此在本發(fā)明可以使用調(diào)諧在上述頻率的單調(diào)諧濾波器、C型濾波器等，也可多組濾波器并聯(lián)。有源電力濾波器7可采用三橋臂逆變器，在本發(fā)明中，有源濾波器7串聯(lián)在無源濾波器6的后端，而無源濾波器6的前端與電網(wǎng)并聯(lián)，因此電網(wǎng)基波電壓被無源濾波器6承受，故有源濾波器7中的開關元件可以采用低壓元件；同時由于大量的諧波被無源濾波器吸收，因此有源濾波器7只需要吸收無源濾波器所沒有吸收或沒有完全吸收的諧波，所以只需要一個很小容量的有源電力濾波器7就可以實現(xiàn)對較大容量諧波源的補償，故有源濾波器7中的開關元件只需要采用承受較小電流的元件即可。綜上，有源濾波器7中的開關元件可以采用低壓小電流元件，甚至可以采用M0SFET，而不用采用價格更高的IGBT，這是本發(fā)明的低成本的原因。直流側(cè)電容8并聯(lián)于有源濾波器7的后端，用于為有源電力濾波器7提供穩(wěn)定的直流電壓，其電壓可以通過控制系統(tǒng)的作用從逆變器輸出側(cè)獲得，因此電容8無需單獨的供電電路，這進一步的降低了系統(tǒng)成本。電網(wǎng)電流傳感器9、負載電流傳感器10、補償電流傳感器11和電網(wǎng)電壓傳感器12 均采用霍爾式傳感器，串聯(lián)在電路中進行不接觸檢測電流或電壓，繼而將檢測到的信號傳送至控制系統(tǒng)4，控制系統(tǒng)4根據(jù)相應的算法實現(xiàn)對有源電力濾波器7的控制。本發(fā)明控制系統(tǒng)4中采用的算法是復合控制加三角載波控制。復合控制方式是檢測負載電流的控制方式和檢測電源電流的控制方式的結(jié)合，相當于在閉環(huán)控制的基礎上再引入了一個前饋，使得系統(tǒng)的補償特性得到了改善。在引入復合控制后，需要對電源電流的采樣進行校正，本發(fā)明采用一階慣性微分環(huán)節(jié)對其進行校正。復合控制最終得到的指令輸出電流信號與實際補償電流作比較后，通過三角載波控制產(chǎn)生驅(qū)動脈沖控制有源電力濾波器7工作。人機接口 13用于實現(xiàn)操作者和本發(fā)明的變頻調(diào)速裝置的人際交互，一方面其具有常規(guī)變頻器所具有的改變輸出電壓幅值和頻率、對電機調(diào)速等功能，另一方面其還具有查看經(jīng)過補償?shù)碾娋W(wǎng)電流總諧波畸變、顯示當前輸入電壓電流等常規(guī)變頻器所不具有的功能。表1顯示了本發(fā)明輸入側(cè)電網(wǎng)電流與常規(guī)變頻器輸入側(cè)電網(wǎng)電流的諧波含量比較，可知補償效果明顯，說明了本發(fā)明的有效性。表1諧波含量表
權(quán)利要求
1.一種無諧波變頻調(diào)速裝置，其特征在于設有變頻器和諧波補償電路，所述變頻器設有整流電路、濾波電路和逆變電路，所述整流電路、濾波電路和逆變電路依次串聯(lián)，逆變電路的輸出端接電機；所述諧波補償裝置設有進線電抗器、無源電力濾波器、有源電力濾波器、直流側(cè)電容、電網(wǎng)電流傳感器、負載電流傳感器、補償電流傳感器和電網(wǎng)電壓傳感器，所述進線電抗器串聯(lián)在變頻器的電源輸入側(cè)，無源電力濾波器與變頻器并聯(lián)接到電網(wǎng)中并安裝在進線電抗器的前端，無源濾波器的后端與有源濾波器串聯(lián)，有源濾波器的后端與直流側(cè)電容串聯(lián)，電網(wǎng)電流傳感器、負載電流傳感器、補償電流傳感器和電網(wǎng)電壓傳感器串聯(lián)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種無諧波變頻調(diào)速裝置，其特征在于變頻器和諧波補償裝置共用控制系統(tǒng)和人機接口。
3.如權(quán)利要求1所述的一種無諧波變頻調(diào)速裝置，其特征在于所述無源電力濾波器采用單調(diào)諧濾波器或C型濾波器。
4.如權(quán)利要求1或3所述的一種無諧波變頻調(diào)速裝置，其特征在于所述無源電力濾波器采用多組濾波器并聯(lián)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種無諧波變頻調(diào)速裝置，其特征在于所述有源電力濾波器采用三橋臂逆變器。
6.如權(quán)利要求1所述的一種無諧波變頻調(diào)速裝置，其特征在于所述電網(wǎng)電流傳感器、 負載電流傳感器、補償電流傳感器和電網(wǎng)電壓傳感器均采用霍爾式傳感器。
全文摘要
一種無諧波變頻調(diào)速裝置，涉及一種變頻調(diào)速裝置。設有變頻器和諧波補償電路，所述變頻器設有整流電路、濾波電路和逆變電路，所述整流電路、濾波電路和逆變電路依次串聯(lián)，逆變電路的輸出端接電機；所述諧波補償裝置設有進線電抗器、無源電力濾波器、有源電力濾波器、直流側(cè)電容、電網(wǎng)電流傳感器、負載電流傳感器、補償電流傳感器和電網(wǎng)電壓傳感器，所述進線電抗器串聯(lián)在變頻器的電源輸入側(cè)，無源電力濾波器與變頻器并聯(lián)接到電網(wǎng)中并安裝在進線電抗器的前端，無源濾波器的后端與有源濾波器串聯(lián)，有源濾波器的后端與直流側(cè)電容串聯(lián)，電網(wǎng)電流傳感器、負載電流傳感器、補償電流傳感器和電網(wǎng)電壓傳感器串聯(lián)。
文檔編號H02P27/06GK102403957SQ201110350010
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者孟超, 李钷, 洪永強 申請人:廈門大學