六相交流電機(jī)變頻調(diào)速裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種六相交流電機(jī)變頻調(diào)速裝置，解決了現(xiàn)有的變頻器控制較復(fù)雜與造價(jià)較高及節(jié)電效果有限的問(wèn)題。包括三相整流橋、直流電壓調(diào)節(jié)器、補(bǔ)償電容器、控制回路和六相電動(dòng)機(jī)，采用T1與T8、T3與T10、T5與T12、T7與T2、T9與T4、T11與T6、六對(duì)兩兩同向串聯(lián)的普通晶閘管連接成六個(gè)橋臂、在橋臂的各中點(diǎn)依次引出c1、b2、a1、c2、b1、a2、六個(gè)輸出端而組合成六相逆變器，并用依次滯后π/3及通流2/3π電角度的六節(jié)拍方式進(jìn)行觸發(fā)控制；對(duì)應(yīng)并聯(lián)于Wa1、Wb2、Wc1、Wa2、Wb1、Wc2六個(gè)繞組分別的兩端并依次引出a3、b4、c3、a4、b3、c4六個(gè)與調(diào)節(jié)器輸入端相聯(lián)的接線端。適合中、大型異步電動(dòng)機(jī)在30%-100%額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的調(diào)速。
【專利說(shuō)明】六相交流電機(jī)變頻調(diào)速裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電機(jī)及電氣傳動(dòng)裝置，具體為一種六相交流電機(jī)變頻調(diào)速裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)行的交流變頻調(diào)速技術(shù)，主要采用可關(guān)斷電力電子器件構(gòu)成與反饋整流器并聯(lián)的逆變器，并用高頻的脈寬調(diào)制方式控制其快速的通斷及依次的切換，從而以恒定壓頻比的關(guān)系進(jìn)行三相交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)及其氣隙磁通是用交流電流產(chǎn)生的，采用三相逆變橋及其六節(jié)拍的切換方式能夠較方便地改變其頻率，但其電機(jī)的無(wú)功電流經(jīng)由反饋整流器向電源回饋勢(shì)必造成較大的無(wú)功損耗，還由其可關(guān)斷器件的快速通斷造成一定的諧波損耗。異步電機(jī)采用三相的定子繞組接線方式，具有與現(xiàn)行的三相交流電源對(duì)應(yīng)及配電系統(tǒng)較為簡(jiǎn)易的優(yōu)點(diǎn)，但在用三相交流變頻器進(jìn)行控制時(shí)，由于其每節(jié)拍轉(zhuǎn)移的電角度較大而使其感性功率必須經(jīng)由反饋整流器進(jìn)行回饋，因此存在一定的電能浪費(fèi)及電機(jī)容量利用不夠的問(wèn)題。中國(guó)專利200810079371.8的無(wú)回饋型異步電動(dòng)機(jī)交流變頻裝置，采用三相逆變橋與三相電容器橋組合，并將三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組聯(lián)接于兩個(gè)橋路之間的電路結(jié)構(gòu)，形成了電容器隨逆變橋的切換而進(jìn)行電容器充、放電的變流過(guò)程，對(duì)降低電機(jī)的無(wú)功損耗具有一定的效果，并利用電容器在電流過(guò)零后可對(duì)逆變器反向施壓的特點(diǎn)進(jìn)行普通晶閘管的換流及關(guān)斷，但用三只雙向晶閘管控制輔電容器橋的方式存在電路較復(fù)雜及電容橋之間環(huán)流較大的問(wèn)題。異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組是多相的接近于圓形電勢(shì)相量的繞組結(jié)構(gòu)，其電感電流不能突變的特點(diǎn)必然造成其切換中的能量轉(zhuǎn)移及無(wú)功電流回饋的問(wèn)題。只有增加定子繞組的相數(shù)并減小切換的角度，或者將電感能量轉(zhuǎn)移至電容器中，方能有效解決感性電流形成回饋及其損耗的問(wèn)題，如果將異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組改變成六相電勢(shì)相量的接線方式 ，并在其六個(gè)接線端上并聯(lián)電容器，則可利用其輪徊式的切換方式進(jìn)行電磁能量的逐漸轉(zhuǎn)移，從而以漸變與兩種電磁能量的內(nèi)部輪徊方式進(jìn)行無(wú)回饋逆變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決交流變頻中電機(jī)的感性電流及損耗較大、現(xiàn)行的變頻器控制較復(fù)雜與造價(jià)較高及節(jié)電效果有限的問(wèn)題，提供了一種六相交流電機(jī)變頻調(diào)速裝置。
[0004]本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
六相交流電機(jī)變頻調(diào)速裝置，包括三相整流橋、直流電壓調(diào)節(jié)器、補(bǔ)償電容器、控制回路和六相電動(dòng)機(jī)，采用T1與T8、T3與T1(l、T5與T12、T7與T2、T9與T4、T11與T6、六對(duì)兩兩同向串聯(lián)的普通晶閘管連接成六個(gè)橋臂、在橋臂的各中點(diǎn)依次引出C1、b2、B1、C2、Id1、a2、六個(gè)輸出端而組合成六相逆變器，并用依次滯后η/3及通流2/3 π電角度的六節(jié)拍方式進(jìn)行觸發(fā)控制；所述的六相電動(dòng)機(jī)是將其定子繞組分為Wal與Wa2、Wbl與Wb2、Wcl與Wc2三對(duì)相同電勢(shì)相位及相同繞組匝數(shù)的六個(gè)繞組，按Wal末端、Wb2首端、Wcl末端、Wa2首端、Wbl末端、Wc2首端的回路順序相聯(lián)成其電勢(shì)相量為正六邊形的組合接線，并從其Wal首端引出al開始，在六個(gè)繞組的相聯(lián)點(diǎn)依次引出a” b2、C1^ a2、bp C2、六個(gè)接線端,并連接于六相逆變橋的$Η? 出立而;所述的補(bǔ) --?:電.疋 Cg1 與 Cg2-.Cg3 與 Cq4、Cq5 與 Cgg-, Cg7 與 Cgg-, Cgg 與 Cjg-, Cjj 與 Cj2, 12
只容量相等的電力電容器，按兩兩串聯(lián)方式聯(lián)接，再對(duì)應(yīng)并聯(lián)于Wal、Wb2、Wcl、Wa2、Wbl、Wc2六個(gè)繞組分別的兩端并依次引出a3、b4、c3、a4、b3、c4六個(gè)與調(diào)節(jié)器輸入端相聯(lián)的接線端；所述的調(diào)節(jié)器是用整流二極管聯(lián)成六相整流橋，并在其直流端以正端接正極方式聯(lián)接一只可關(guān)斷電力電子器件T02。
[0005]進(jìn)一步地，本發(fā)明六相交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)，所述的補(bǔ)償電容器Ccil-Cci2的12只電力電容器的額定電壓選擇為六相電動(dòng)機(jī)的相電壓值，12只電容器為總?cè)萘?KVAR)選擇為電機(jī)額定功率值(KW)的1.2-2.4倍；所述的直流調(diào)壓的Ttll與調(diào)節(jié)器的Ttl2兩只可關(guān)斷電力電子器件采用IGBT或GT0，用頻率為5-lOKHz的三角形載波與可調(diào)直流參考電壓進(jìn)行比較而對(duì)可關(guān)斷器件分別進(jìn)行PWM控制。
[0006]本發(fā)明的工作原理是:三相工頻電源經(jīng)三相整流橋，再經(jīng)Ttll管子成可調(diào)的直流電源，其直流電壓量與逆變器的輸出頻率基本保持正比例關(guān)系；感應(yīng)電勢(shì)相量為正六邊形的六相交流電動(dòng)機(jī)，在其六個(gè)接線端分別聯(lián)接六組串聯(lián)的電容器，用其一方面對(duì)感性繞組形成并聯(lián)的補(bǔ)償回路，第二方面隨導(dǎo)通的晶閘管對(duì)將要關(guān)斷的晶閘管進(jìn)行瞬間的反向施壓而使其強(qiáng)制關(guān)斷，第三方面利用電容器的濾波作用消減逆變切換中的諧波電壓，第四方面利用相鄰電容器構(gòu)成的串聯(lián)內(nèi)補(bǔ)償效應(yīng)有效減少定子繞組的漏抗壓降及磁滯損耗，第五方面利用六組電容器對(duì)六相電機(jī)繞組的內(nèi)補(bǔ)償作用使得感性與容性兩種電磁能量進(jìn)行內(nèi)部輪回而大幅度降低無(wú)功損耗；由六相整流橋與Ttl2器件構(gòu)成的調(diào)節(jié)器，可用簡(jiǎn)易的脈沖寬度調(diào)制方式對(duì)Ttl2器件進(jìn)行控制，隨其導(dǎo)通脈沖寬度的增大，其整流橋直流兩端的電壓值相應(yīng)減小，對(duì)應(yīng)的各串聯(lián)電容器的電壓值從1/2相電壓值逐漸增大至相電壓值，由此電容器電壓的變化適應(yīng)電機(jī)電流的變化，也為采用普通晶閘管構(gòu)成的六相逆變橋進(jìn)行變流切換提供先決條件。
[0007]本發(fā)明六相逆變橋采用六節(jié)拍換流方式，其六節(jié)拍切換的各1/6周期中觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管的順序?yàn)?1\、T2—!\、T2、T3、T4—`Τ3、Τ4、Τ5、T6—Τ5、Τ6、Τ7、T8—Τ7、Τ8、Τ9、T10—τ9、τ10>Τη>Τ12一在每節(jié)拍(每步)中只有4只晶閘管導(dǎo)通而進(jìn)行雙路通流,用相鄰晶閘管的導(dǎo)通瞬間并用電容器形成的反向電壓促使已通流2/3 π電角度的晶閘管強(qiáng)制關(guān)斷。例如在!\、T2、T3> T4四只晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，Wa2與Wbl、Wb2與Wal兩條串聯(lián)繞組支路通流，并使COT、C08^C09, Cltl、與CM、C03> C02, C01兩條電容器串聯(lián)支路分別進(jìn)行充電(上正下負(fù));在下一個(gè)1/6下周期初始，T5與T6兩晶閘管同時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通，C03與Ctl4對(duì)T3管子并經(jīng)Ctl5與Ctl6電容器對(duì)T1管子施加反方向電壓、C09與Cltl對(duì)T2管子并經(jīng)C11與C12電容器對(duì)T4管子施加反向電壓，因T1與T2兩管子已失去觸發(fā)脈沖，放在反向電流作用下關(guān)斷，(T3、T4因有觸發(fā)脈沖，故重新導(dǎo)通)此時(shí)電路由Τ3、τ4、τ5、τ6四只晶閘管對(duì)Wbl與H與Wb2兩條繞組支路提供電流。這種六相逆變電路只有利用聯(lián)接與六相繞組上的12只電容器并在整體電路接近于容性時(shí)，才能利用瞬間導(dǎo)通的晶閘管將反向的電容器電壓作用于需要關(guān)斷的晶閘管，此后的電容器經(jīng)對(duì)應(yīng)的繞組回路放電而同繞組中的感性電流互相平衡。在六相逆變橋以六節(jié)拍、十二節(jié)拍的切換中，十二只相互聯(lián)系的電容器的電壓對(duì)應(yīng)變化，并在調(diào)節(jié)器脈寬增大的變化中使得電容器的交流電壓有效值接近于繞組的相電壓值。六相變流是電感能量發(fā)生漸變的前提條件，并用電容器消除電感突變時(shí)產(chǎn)生的反向電壓，從而在輪回式的變流中實(shí)現(xiàn)了無(wú)回饋逆變。[0008]本發(fā)明的積極效應(yīng)是:在交流變頻中同時(shí)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償可將節(jié)能效果提高到更高的層次，適宜中、大型異步電動(dòng)機(jī)在30%-100%額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的調(diào)速，并有造價(jià)較低與實(shí)用性較強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1、本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]實(shí)施案例I
本發(fā)明的六相異步電動(dòng)機(jī)采用普通的中壓或低壓的異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行改制，其定、轉(zhuǎn)子鐵芯及外殼均不需要改動(dòng)，僅將三相定子繞組改變成相電壓值(220 V)的兩組三相繞組。具體將定子繞組分為Wal與Wa2、Wbl與Wb2Jcl與\2三對(duì)同電勢(shì)相位、各相間分別相差2/3電勢(shì)相角且繞組形式分別相同的六個(gè)繞組，按Wal末端、Wb2首端(用.表示XWca末端、Wa2首端、Wbl末端、Wc2首端至Wa2末端的回路順序及方向相聯(lián)成其電勢(shì)相量為正六邊形的組合接線，并從其Wal繞組的首端引出開始，在六個(gè)繞組的相聯(lián)點(diǎn)依次引出個(gè)接線端，并連接于六相逆變橋的輸出端；十二只補(bǔ)償電容器以兩兩為一組的串聯(lián)成六個(gè)支路，具體將Ctll與Q、C03與CM、C05與Q、C07與Q、C09與C1(l、C11與C12分別串聯(lián)，再對(duì)應(yīng)聯(lián)接于c2、B1, b2、C1, a2、Id1六個(gè)接線端，并在各電容器串聯(lián)支路的中點(diǎn)依次引出a3、b4、c3、a4、b3、C4六個(gè)與調(diào)節(jié)器輸入端相聯(lián)的接線端；調(diào)節(jié)器用于電容器的容量調(diào)節(jié)，具體用D7+D18六對(duì)整流二極管聯(lián)成六相整流橋，并在其兩個(gè)直流端以正端接正極方式聯(lián)接一只絕緣柵雙極晶閘管(IGBT) Ttl2，并用三角形載波(載波頻率為IOKHz)與可調(diào)直流電壓進(jìn)行比較而取出信號(hào)，對(duì)Ttl2進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制而使調(diào)節(jié)器直流兩端的電壓值變化；用D1-D6A只普通整流二極管連接成三相整流橋，并將其三個(gè)輸入端連接于三相交流工頻的A、B、C三個(gè)電源端，其直流輸出的正端經(jīng)Ttll絕緣柵雙極晶體管同六相逆變橋相聯(lián)，對(duì)逆變橋的直流兩端進(jìn)行30%-100%額定直流電壓控制Jtll采用PWM控制，具體用IOKHz的三角載波頻率同可調(diào)直流電壓信號(hào)比較，對(duì)Ttll管子以各脈寬相等的簡(jiǎn)易調(diào)制方式控制通斷；六相逆變橋是用十二只普通晶體管(SCR)按T1與T8、T3與T1Q、T5與T12、T7與Τ2、Τ9與10T11與T6兩兩同向串聯(lián)成一個(gè)橋臂而將六個(gè)橋臂的直流兩端相聯(lián)構(gòu)成六相逆變橋電路結(jié)構(gòu)，并在其中點(diǎn)從Tl與T8相聯(lián)點(diǎn)開始依次引出Cp b2、ap C2> bp a2六個(gè)輸出端。
[0011]對(duì)于Ctll——Ctll2的12只補(bǔ)償電容器，采用220——250V的額定電壓，12只電力電容器的總?cè)萘?KVAR)選擇為六相電動(dòng)機(jī)額定功率(KW)值的2.4倍(電容器電壓220V)，各整流管、晶閘管、可關(guān)斷電子器件的額定電壓值按常規(guī)的3— 4倍電機(jī)線電壓值選擇，其額定電流亦按3—4倍選擇。
[0012]本例的六相逆變橋采用六節(jié)拍(六步)切換順序進(jìn)行觸發(fā)控制，利用下一節(jié)拍導(dǎo)通的晶閘管對(duì)已導(dǎo)通晶閘管構(gòu)成反向的電容電壓釋放回路而進(jìn)行強(qiáng)制關(guān)斷，其中各晶閘管的觸發(fā)導(dǎo)通順序?yàn)?1\、Τ2、Τ3、Τ4、一Τ3、Τ4、Τ5、T6—Τ5、Τ6、Τ7、T8—Τ7、Τ8、Τ9、T10—τ9、τ10> τη、T12一在每1/6通流周期中有4只晶閘管導(dǎo)通而進(jìn)行雙路通流,各晶閘管保持2/3 π電角度的通流周期。在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，利用調(diào)節(jié)器的Ttl2管子接近于全導(dǎo)通使各電容器的電壓有效值分別接近于電機(jī)的相電壓值而等效地提高了電容器容量，以此保持電機(jī)與電容器總體的負(fù)載接近于容性而順利地以較小的電流完成電機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程。在六節(jié)拍的切換通流的晶閘管形成的每次轉(zhuǎn)移η/3電勢(shì)相角的過(guò)程中，六相電機(jī)繞組形成圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，其繞組的感性電流與電容電流相互進(jìn)行能量傳遞及平衡，并以此無(wú)回饋逆變方式產(chǎn)生較大的節(jié)能效果。
【權(quán)利要求】
1.一種六相交流電機(jī)變頻調(diào)速裝置，包括三相整流橋、直流電壓調(diào)節(jié)器、補(bǔ)償電容器、控制回路和六相電動(dòng)機(jī)，其特征在于，采用T1與τ8、τ3與τ1(ι、τ5與τ12、τ7與τ2、τ9與τ4、τη與T6、六對(duì)兩兩同向串聯(lián)的普通晶閘管連接成六個(gè)橋臂、在橋臂的各中點(diǎn)依次引出Cl、b2、a1、Cybpa2、六個(gè)輸出端而組合成六相逆變器，并用依次滯后π/3及通流2/3 電角度的六節(jié)拍方式進(jìn)行觸發(fā)控制；所述的六相電動(dòng)機(jī)是將其定子繞組分為Wal與Wa2、Wbl與Wb2、Wcl與Wc2三對(duì)相同電勢(shì)相位及相同繞組匝數(shù)的六個(gè)繞組，按Wal末端、Wb2首端、Wcl末端、Wa2首端、Wbl末端、Wc2首端的回路順序相聯(lián)成其電勢(shì)相量為正六邊形的組合接線，并從其Wal首端引出al開始，在六個(gè)繞組的相聯(lián)點(diǎn)依次引出aplvcpaybpq、六個(gè)接線端，并連接于六相逆變橋的輸出端；所述的補(bǔ)償電容器是Ctll與C(l2、C03與C(l4、C05與C(l6、C07與C(l8、C09與c10> C11與c12，12只容量相等的電力電容器，按兩兩串聯(lián)方式聯(lián)接，再對(duì)應(yīng)并聯(lián)于Wal、Wb2、Wcl、Wa2、Wbl、Wc2六個(gè)繞組分別的兩端并依次引出a3、b4、c3、a4、b3、C4六個(gè)與調(diào)節(jié)器輸入端相聯(lián)的接線端；所述的調(diào)節(jié)器是用整流二極管聯(lián)成六相整流橋，并在其直流端以正端接正極方式聯(lián)接一只可關(guān)斷電力電子器件Ttl2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六相交流電機(jī)變頻調(diào)速裝置，其特征在于，所述的補(bǔ)償電容器Ctll-Ctl2的12只電力電容器的額定電壓選擇為六相電動(dòng)機(jī)的相電壓值，12只電容器為總?cè)萘?KVAR)選擇為電機(jī)額定功率值(KW)的1.2-2.4倍；所述的直流調(diào)壓的Ttll與調(diào)節(jié)器的Ttl2兩只可關(guān)斷電力電子器件采用IGBT或GTO，用頻率為5-lOKHz的三角形載波與可調(diào)直流參考電壓進(jìn)行比較而對(duì)可關(guān)斷器件分別進(jìn)行PWM控制。
【文檔編號(hào)】H02P21/00GK103618490SQ201310593377
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月23日
【發(fā)明者】劉建平, 曹鈺 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)山西省電力公司忻州供電公司