專利名稱：高頻igbt轉(zhuǎn)子變頻器調(diào)速系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明為一種高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器調(diào)速系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
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目前在電機(jī)調(diào)速技術(shù)中廣泛采用高壓變頻調(diào)速，隨著電力電子元件的發(fā)展及電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新，變頻調(diào)速技術(shù)取得了很大的成就，但對于大功率電動機(jī)由于其控制功率較大，因此其元器件較多、系統(tǒng)龐大、體積大、價格昂貴、維護(hù)量大、維護(hù)費(fèi)用高和使用環(huán)境要求過高等因素，在一定程度上限制了它的普及與發(fā)展。本發(fā)明的高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器，是采用世界上最先進(jìn)的GBT模塊元件來生產(chǎn)的，并且是采用目前最先進(jìn)的DSP軟件和光纖來控制系統(tǒng)的。該高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器，是采用IGBT轉(zhuǎn)子功率器將高壓大功率電機(jī)轉(zhuǎn)子部分的轉(zhuǎn)差功率移出來(改變轉(zhuǎn)子頻率)改變了電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并且將轉(zhuǎn)子被移出的部分轉(zhuǎn)差功率，通過IGBT有源逆變器，變換為三相交流電源后反饋到電機(jī)定子附加繞組被回收再利用，從而達(dá)到了最佳節(jié)能效果，該轉(zhuǎn)子功率器只是控制整個電機(jī)被浪費(fèi)掉的50%左右功率回收再利用，所以系統(tǒng)采用的元 器件少、系統(tǒng)小、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、造價低、維護(hù)方便、維護(hù)費(fèi)用少、使用環(huán)境不要求等優(yōu)點(diǎn)。在項(xiàng)目使用中投資少見效快，將會在很多領(lǐng)域得以普及與發(fā)展。發(fā)明內(nèi)容:
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用模塊化設(shè)計(jì)的高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器，采用先進(jìn)的IGBT模塊元件制作轉(zhuǎn)子功率器、有源逆變器和整流器?？刂葡到y(tǒng)采用先進(jìn)的傳動控制專用的雙數(shù)字DSP和光纖控制系統(tǒng)，保證了調(diào)速系統(tǒng)的先進(jìn)性與元器件模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器調(diào)速系統(tǒng)，包括液態(tài)軟啟動裝置、控制電源裝置和調(diào)速裝置，其特征在于:液態(tài)軟啟動裝置可獨(dú)立自動連續(xù)啟動高壓內(nèi)饋式或普通高壓繞線式三相異步電動機(jī)，其根據(jù)機(jī)械負(fù)荷的特征，自動改變啟動電阻和調(diào)節(jié)啟動轉(zhuǎn)矩；高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器包括轉(zhuǎn)子功率器、有源逆變器和整流器構(gòu)成。高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器由IGBT模塊元件制成；調(diào)速裝置控制系統(tǒng)采用傳動控制的雙數(shù)字DSP和光纖控制系統(tǒng)；調(diào)速裝置系統(tǒng)軟件具有數(shù)字濾波、軟件看門狗、軟件冗余和軟件保護(hù)功能，對高頻IGBT的控制信號和對外部狀態(tài)的監(jiān)測，避免了由于外界產(chǎn)生的脈沖干擾及電磁波干擾導(dǎo)致的故障，極大地提高了系統(tǒng)可靠性；調(diào)速裝置設(shè)置了軟旁路系統(tǒng)，當(dāng)DSP檢測到轉(zhuǎn)子變頻器突然發(fā)生故障，軟旁路系統(tǒng)將電機(jī)轉(zhuǎn)為工頻繼續(xù)運(yùn)行時，不會因沖擊電流使電機(jī)的高壓斷路器二級保護(hù)跳停造成停產(chǎn)，保證了生產(chǎn)的安全性與穩(wěn)定性；高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器的轉(zhuǎn)子功率器、有源逆變器和整流器的模塊均集中安裝；高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器的轉(zhuǎn)子功率器、有源逆變器和整流器的模塊安裝在漏斗式風(fēng)道散熱片上，所有的模塊集中安裝在散熱器表面上，冷卻效果好不易集累灰塵引起爬電。另外所有的模塊安裝在散熱器的外面，對更換模塊及維護(hù)非常方便快捷，該技術(shù)大大提高了產(chǎn)品的安全性、可靠性和穩(wěn)定性；高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器采用IGBT逆變器的β角封鎖技術(shù)，提高了抗干擾能力，不會發(fā)生逆變顛覆等故障；高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器采用同步信號處理器的技術(shù)，解決了逆變器顛覆故障問題，提高了抗干擾能力和多重化數(shù)字鎖相及自動配相等功能；液態(tài)軟啟動裝置單獨(dú)為電機(jī)無極連續(xù)平滑啟動，啟動電流小于電機(jī)額定電流的1.2倍。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:
1.可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單；
2.、維護(hù)方便；
3.元器件少、系統(tǒng)小成本低。


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圖1:高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器系統(tǒng)圖。

具體實(shí)施方式
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下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的具體內(nèi)容做進(jìn)一步的描述:
一種用于高壓內(nèi)饋式或普通高壓繞線式三相異步電動機(jī)的高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器調(diào)速系統(tǒng)，包括液態(tài)軟啟動裝置、控制電源裝置和調(diào)速裝置，由液態(tài)軟啟動柜、控制電源柜、調(diào)速柜等三個柜組成，采用不低于2.5 mm厚度的冷軋鋼板制成。一、液態(tài)軟啟動裝置的構(gòu)成:液態(tài)軟啟動裝置是為高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器設(shè)計(jì)的獨(dú)立啟動裝置，即使轉(zhuǎn)子變頻器故障，該啟動裝置也能夠獨(dú)立自動連續(xù)啟動電機(jī)。該液態(tài)軟啟動裝置是由柜架、橫擔(dān)、PFA聚四氟乙烯絕緣板焊接制作的容器、傳動機(jī)構(gòu)框架、傳動機(jī)構(gòu)電機(jī)、皮帶輪大小各一個、三角皮帶、極電板托盤螺桿、上下軸承及瓦架、極電板托盤、三相極電板、極電短接板、電解質(zhì)、KM4軟啟動接觸器、傳感器等構(gòu)成。二、控制電源柜的構(gòu)成:由控制電源柜架、補(bǔ)償電容器及安裝板、補(bǔ)償電容接觸器及安裝板、KM2、KM1真空接觸器及安裝板、K2、K1、刀閘及安裝板、主控DSP及控制電源箱、小型斷路器及安裝板、ΚΜ4、ΚΜ3真空接觸器及安裝板、快速熔斷器及安裝板、三相交流電抗器及安裝橫擔(dān)等構(gòu)成。三、轉(zhuǎn)子變頻器調(diào)速柜的構(gòu)成:是由一個漏斗式風(fēng)道裝有IGBT轉(zhuǎn)子功率器、整流器、IGBT逆變器、無感電容器、電解電容器、直流電抗器、可編程PLC控制箱等構(gòu)成并安裝在調(diào)速柜架內(nèi)。漏斗式風(fēng)道上裝有兩塊A型和B型插片式散熱器，是將整流器、功率器、逆變器的所有模塊元件都集中安裝在上面，漏斗式風(fēng)道用10 <2螺栓安裝在二根槽鋼上，再用10 0螺栓將二根槽鋼安裝在柜架兩側(cè)中間的橫擔(dān)，漏斗式風(fēng)道頂部出風(fēng)口為強(qiáng)冷風(fēng)機(jī)，強(qiáng)冷風(fēng)機(jī)安裝在柜架頂蓋上。高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器調(diào)速系統(tǒng)的工作原理:
液態(tài)軟啟動裝置的工作原理:該液態(tài)軟啟動裝置是專業(yè)針對高壓繞線式電機(jī)啟動，是從電機(jī)轉(zhuǎn)子三相接線盒的電源引出，經(jīng)過ΚΜ4軟啟動接觸器，由DSP主控發(fā)出啟動指令使ΚΜ4軟啟動接觸器吸合，經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)電機(jī)，傳動三相極電板逐漸下降，由電解液使電阻值逐漸變小，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也隨之上升到最高轉(zhuǎn)速時，ΚΜ4軟啟動接觸器釋放電機(jī)啟動完畢，該裝置是根據(jù)機(jī)械負(fù)荷的特征，自動改變啟動電阻，調(diào)節(jié)啟動轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)平滑，無極的連續(xù)啟動，啟動電流小于電機(jī)額定電流的1.2倍，啟動轉(zhuǎn)矩大電機(jī)啟動平穩(wěn)，啟動時間0-60秒可調(diào)。并且當(dāng)IGBT轉(zhuǎn)子變頻器故障系統(tǒng)被旁路時，該液態(tài)軟啟動裝置能夠自動回位到獨(dú)立再連續(xù)啟動電機(jī)狀態(tài)，與轉(zhuǎn)子變頻器完全分開獨(dú)立工作。對設(shè)備啟動安全，對電機(jī)、電網(wǎng)及廠變系統(tǒng)無沖擊。系統(tǒng)軟旁路的工作原理:該調(diào)速系統(tǒng)特別設(shè)計(jì)了一套軟旁路系統(tǒng)，當(dāng)DSP檢測到轉(zhuǎn)子變頻器突然發(fā)生故障時，由DSP主控發(fā)出指令使KMl與KM3接觸器釋放調(diào)速系統(tǒng)旁路，同時使KM4接觸器吸合，將被移出部分電流反到了液態(tài)水電阻上，由水電阻從轉(zhuǎn)子變頻器故障轉(zhuǎn)速段的基礎(chǔ)上，將電機(jī)電流逐漸升到電機(jī)額定電流(過度時間約0-60秒可調(diào))電機(jī)也升為了全速形成了軟旁路功能，此時KM4接觸器釋放KM2接觸器吸合短接了電機(jī)轉(zhuǎn)子輸出端，電機(jī)轉(zhuǎn)為了全速(工頻)運(yùn)行，不會因沖擊電流使電機(jī)的高壓斷路器二級保護(hù)跳停造成停產(chǎn)，保證了生產(chǎn)的安全性與穩(wěn)定性。整流器的工作原理:高壓繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子接線盒三相交流輸出電源，經(jīng)液態(tài)軟啟動裝置將電機(jī)啟動完畢后，KM4軟啟動接觸器釋放，電機(jī)轉(zhuǎn)子三相交流電源直接送到三相整流器，通過整流器，整流后將電機(jī)轉(zhuǎn)子的三相交流電源變換成脈動直流電源輸出。高頻IGBT轉(zhuǎn)子功率器的原理:高頻IGBT轉(zhuǎn)子功率器是采用IGBT模塊元件，對電機(jī)轉(zhuǎn)子電源，被整流后的直流電源，由轉(zhuǎn)子功率器主控DSP發(fā)指令，通過IGBT驅(qū)動使IGBT導(dǎo)通和關(guān)斷周期的時間比，來改變電機(jī)轉(zhuǎn)子頻率、改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，IGBT作周期性導(dǎo)通和關(guān)斷動作，當(dāng)IGBT持續(xù)導(dǎo)通時，電機(jī)轉(zhuǎn)子電流、電壓被IGBT經(jīng)由直流限流電抗器短路，其轉(zhuǎn)子頻率隨時間上升，此時電機(jī)的轉(zhuǎn)速也隨之上升為最高轉(zhuǎn)速。當(dāng)IGBT持續(xù)關(guān)斷時，將電機(jī)轉(zhuǎn)子部分被移出的轉(zhuǎn)差功率，全部加到IGBT有源逆變器上，由有源逆變器轉(zhuǎn)換為三相交流電源后，反饋到電機(jī)定子附加繞組被回收，此時電機(jī)的轉(zhuǎn)速也隨之下降為最低轉(zhuǎn)速。高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器漏斗式風(fēng)道散熱器原理:高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器核心的整流器、功率器、逆變器的所有模塊化元件都集中安裝在一個設(shè)計(jì)獨(dú)特的漏斗式風(fēng)道散熱片上。是將整流器模塊、功率器IGBT模塊和逆變器IGBT等模塊的金屬底板直接粘在散熱器表面上，冷卻風(fēng)機(jī)只是針對風(fēng)道內(nèi)·的散熱片冷卻，所有的模塊集中安裝在散熱器表面上，因此冷卻效果好，不易集累灰塵引起爬電。另外所有的模塊安裝在散熱器的外面，對更換模塊及維護(hù)非常方便快捷，該技術(shù)大大提高了產(chǎn)品的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器逆變角技術(shù)原理:IGBT逆變器β角的封鎖技術(shù)，在有源逆變器中的β角是逆變器的一個參數(shù)，也叫逆變角，逆變角變化范圍越大，造成諧波電流越大、調(diào)速范圍越窄、功率因數(shù)越低、抗干擾能力越差、易逆變顛覆故障等，以上缺陷完全取決于逆變角的大小所決定。傳統(tǒng)的有源逆變器是采用SCR可控硅制作的，因SCR在有源逆變器中的β角為45-150°是可變化的，因此是無法進(jìn)行對逆變器β角的封鎖。本發(fā)明是在有源逆變器控制軟件中設(shè)計(jì)了專業(yè)針對IGBT的β角自動封鎖技術(shù)，另外因IGBT本身的性能優(yōu)勢它的β角是不可變數(shù)的，因此該技術(shù)的有源逆變器的β角為0°，所以該高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器的諧波電流小于3%、調(diào)速范圍高達(dá)20%-100%、功率因數(shù)大于0.96、抗干擾能力強(qiáng)、絕對不會逆變顛覆故障等關(guān)鍵的優(yōu)勢特征。轉(zhuǎn)子變頻器同步信號處理器原理:自主研發(fā)的ASIC軟件控制同步信號處理器的技術(shù)，當(dāng)同步信號發(fā)生故障時，該控制軟件信號處理器能自動換取于電機(jī)定子附加繞組的電壓信號，解決了逆變器顛覆故障等問題，提高了抗干擾能力和多重化數(shù)字鎖相及自動配相等功能。同時也克服了傳統(tǒng)的移相觸發(fā)對觸發(fā)脈沖和換相要求嚴(yán)格、脈沖移動范圍大、抗干擾能力差、易逆變顛覆等缺點(diǎn)。為了更進(jìn)一步說明如下:IGBT作周期性導(dǎo)通和關(guān)斷動作，當(dāng)轉(zhuǎn)子功率器IGBT持續(xù)導(dǎo)通時，電動機(jī)轉(zhuǎn)子電流被IGBT經(jīng)由限流電抗器短路(電抗器串聯(lián)在整流器的輸出端)，其電流值隨時間上升，此時電機(jī)的轉(zhuǎn)速也隨之上升。當(dāng)轉(zhuǎn)子功率器IGBT關(guān)斷時，儲藏在電抗器中的能量使IGBT兩端的電壓升高，并經(jīng)過二極管使電容器充電。電容器上的能量加到由6只IGBT組成的有源逆變器，將電流重新變換成交流電源，并經(jīng)過LC濾波器濾波后反饋到電動機(jī)定子的附加繞組。如果轉(zhuǎn)子功率器的IGBT持續(xù)關(guān)斷，轉(zhuǎn)子電流被整流后全部加到逆變器回路，并反饋到電動機(jī)定子的附加繞組，這時電動機(jī)將具有最低的轉(zhuǎn)速(最低的轉(zhuǎn)速數(shù)值由轉(zhuǎn)子功率器的輸出頻率與定子的附加繞組調(diào)節(jié)電壓數(shù)據(jù)等確定)；當(dāng)改變轉(zhuǎn)子功率器的頻率K (IGBT導(dǎo)通與關(guān)斷周期時間的比)時，可以改變轉(zhuǎn)子功率器的輸出頻率，即改變了電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。如果轉(zhuǎn)子功率器的IGBT持續(xù)導(dǎo)通，則轉(zhuǎn)子功率器的輸出頻率達(dá)到最大值(其大小決定于負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小)電機(jī)轉(zhuǎn)速為最高；這種方法一方面當(dāng)改變轉(zhuǎn)子功率器的輸出頻率時，改變了電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，另一方面通過逆變器將電動機(jī)的轉(zhuǎn)差能量，反饋到電動機(jī)定子的附加繞組再利用，或反饋到外部的升壓變壓器經(jīng)過升壓后再送到高壓電動機(jī)定子再利用，達(dá)到了最佳節(jié)能 目的。
權(quán)利要求
1.一種高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器調(diào)速系統(tǒng)，包括液態(tài)軟啟動裝置、控制電源裝置和調(diào)速裝置，其特征在于:液態(tài)軟啟動裝置可獨(dú)立自動連續(xù)啟動高壓內(nèi)饋式或普通高壓繞線式三相異步電動機(jī)，其根據(jù)機(jī)械負(fù)荷的特征，自動改變啟動電阻和調(diào)節(jié)啟動轉(zhuǎn)矩；高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器包括轉(zhuǎn)子功率器、有源逆變器和整流器構(gòu)成。
2.高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器采用IGBT模塊元件制成；調(diào)速裝置控制系統(tǒng)采用傳動控制的雙數(shù)字DSP和光纖控制系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于:調(diào)速系統(tǒng)軟件具有數(shù)字濾波、軟件看門狗、軟件冗余和軟件保護(hù)功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于:調(diào)速系統(tǒng)設(shè)置了軟芳路系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于:高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器的轉(zhuǎn)子功率器、有源逆變器和整流器的模塊均集中安裝。
6.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于:高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器的轉(zhuǎn)子功率器、有源逆變器和整流器的模塊安裝在漏斗式風(fēng)道散熱片上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于:高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器采用IGBT逆變器的β角封鎖技術(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于:高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器采用同步信號處理器的技術(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于:液態(tài)軟啟動裝置單獨(dú)為電機(jī)無極連續(xù)平滑啟動，啟動電流小于電機(jī)額定電流的1.2倍。
全文摘要
本發(fā)明公開了電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)領(lǐng)域的一種高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器調(diào)速系統(tǒng)。包括液態(tài)軟啟動裝置、控制電源裝置和調(diào)速裝置，其特征在于液態(tài)軟啟動裝置可獨(dú)立自動連續(xù)啟動高壓內(nèi)饋式或普通高壓繞線式三相異步電動機(jī)，其根據(jù)機(jī)械負(fù)荷的特征，自動改變啟動電阻和調(diào)節(jié)啟動轉(zhuǎn)矩；高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器包括轉(zhuǎn)子功率器、有源逆變器和整流器構(gòu)成。高頻IGBT轉(zhuǎn)子變頻器由IGBT模塊元件制成；調(diào)速裝置控制系統(tǒng)采用傳動控制的雙數(shù)字DSP和光纖控制系統(tǒng)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有系統(tǒng)可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、元器件少和系統(tǒng)成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H02P1/36GK103219943SQ20131012910
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月15日
發(fā)明者黃松強(qiáng), 黃帆, 黃澤華 申請人:上海南征電子電氣成套有限公司