专利名称：用于高压电动机调速转子侧控制的并联斩波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高压电动机绝缘栅双极晶体管(IGBT)并联斩波调速 技术。广泛应用于电力、水泥及冶金等行业的风机水泵类负载的绕线式电 动机无级调速，特别适合于绕线式电机的调速技术改造项目。属于机电技 术领域。
(二)
背景技术：
风机、水泵的应用范围极广，其年耗电量约占总用量的43%。目 前，这类设备大多不能调速，只能采用阀门或挡风板来调节流量以满 足负荷变化的要求。在低压系统中，变频调速技术已经相当成熟，完 全可以满足国内调速市场的需要。而在大功率(》250kW)高压系统 中，变频调速和高频斩波内反馈调速是目前比较常用的调速方式。
变频调速串接在电源和电动机之间，因此要承受电动机的全部功 率，变频调速装置通过改变定子频率和电压来调节电动机转速，而大 功率电机供电电压高(3-10kV)，目前电力电子器件的耐压制造水平低， 变频器承受较高的电压，大量的电力电子器件串联运行，结构复杂。
内反馈调速属于串级调速的范畴，有移相式和斩波式两种控制方 式。高频斩波内反馈调速是电动机转子侧接不可控整流，转子输出能
量经过整流变化输出，通过斩波器进行脉宽调制升压，然后通过晶闸管逆 变装置，将电动机转差率反馈到电动机的附加绕组。其中关键技术就是斩 波变流控制。移相式内反馈调速，产生大量的感性无功功率和高次谐波电 流，斩波控制从根本上解决了移相控制的缺点，固定晶闸管逆变器的相角，
通过IGBT斩波开关的通断，控制反馈功率的大小，因而以较小功率的低 压设备控制全功率的高压电动机，功率因数提高，谐波分量减少。但是在 电动机功率较大时，受目前绝缘栅双极晶体管单管容量的限制，单只绝缘 栅双极晶体管组成的斩波开关不能满足要求，需要两只甚至多只绝缘栅双 极晶体管并联(如图2所示)，并联后的电路存在着分流后的均流的问题， 直接并联运行的绝缘栅双极晶体管斩波控制方式严重降低了系统的可靠 性。
发明内容
本发明的目的在于克服原串级调速电路中绝缘栅双极晶体管并联 时的均流问题，提供一种可以保证每路并联回路的绝缘栅双极晶体管 电流的大小基本一致的用于高压电动机调速转子侧控制的并联斩波 器。
本发明的目的是这样实现的 一种用于高压电动机调速转子侧控
制的并联斩波器，其特征在于所述并联斩波器包括平波电抗器L1、L2， 绝缘栅双极晶体管S1、 S2，快恢复二极管D1、 D2和电容器C1、 C2，所 述平波电抗器L1和L2的一端并联一起接到并联斩波器输入正极端(Pl)， 平波电抗器L1的另一端同绝缘栅双极晶体管S1正端和快恢复二极管D1
的阳极连接，平波电抗器L2的另一端同绝缘栅双晶体管S2正端和快恢复 二极管D2的阳极连接，快恢复二极管D1的阴极与电容器C1的正端连接 一起接到并联斩波器输出的正极端(P2)，快恢复二极管D2的阴极与电容 器C2的正端连接一起接到并联斩波器输出的正极端(P2)，绝缘栅双晶体 管Sl的负端和绝缘栅双极型晶体管S2的负端与电容器Cl的负端和电容 器C2的负端连接一起接到并联斩波器输出的负极端(E)。 本发明具有如下优点
1、 采用本发明绝缘栅双极晶体管并联技术，可以保证每路并联回 路的电流的大小基本一致，解决了原并联电路中绝缘栅双极晶体管并 联时的均流问题，确保每只IGBT的安全运行。
2、 可以实现多台调速装置的并联运行，特别有利于超大容量电机 的运行控制。例如，可以将两台3500KW的调速装置并联运行，控制 一台7000KW的绕线电动机、双馈电动机或内反馈电动机调速运行， 本发明特别适合用于于大型水泵电机(功率大于5000KW)的调速运 行。
(四)
图1为本发明用于高压电动机调速转子侧控制的并联斩波器的电 路图。
图2为常规的斩波器并联电路图。
(五)
具体实施例方式
参见图1，本发明涉及的用于高压电动机调速转子侧控制的并联
斩波器，由平波电抗器L1、 L2，绝缘栅双极晶体管S1、 S2，快恢复 二极管D1、 D2和电容器C1、 C2组成。其用途为将输入到并联斩波 器正极端(PO和负极端(E)的直流低电压nl升高到逆变需要的高 电压u2。所述平波电抗器Ll和L2的一端并联一起接到并联斩波器输 入正极端(Pl)，平波电抗器L1的另一端同绝缘栅双极晶体管Sl正 端和快恢复二极管Dl的阳极连接，平波电抗器L2的另一端同绝缘栅 双晶体管S2正端和快恢复二极管D2的阳极连接，快恢复二极管Dl 的阴极与电容器Cl的正端连接一起接到并联斩波器输出的正极端 (P2)，快恢复二极管D2的阴极与电容器C2的正端连接一起接到并 联斩波器输出的正极端(P2)，绝缘栅双晶体管Sl的负端和绝缘栅双 极型晶体管S2的负端与电容器Cl的负端和电容器C2的负端连接一 起接到并联斩波器输出的负极端(E)。
与以往直接并联的绝缘栅双极晶体管电路(图2)相比，本发明 并联斩波器的拓扑电路结构不同，图2中的平波电抗器Ll'和电容器 C1，在本发明中分为两个平波电抗器L1、 L2和两个电容器C1、 C2 。 在图2中，绝缘栅双极晶体管Sl，和S2'直接并联，为了保证两只绝 缘栅双极晶体管尽可能的电流一致，必须选用门极特性及开通和关断 时间等尽量接近的绝缘栅双极晶体管，并且绝缘栅双极晶体管的特性 参数与温度有关，因此其散热条件也应尽可能的一致。
在本发明的并联斩波器中，由于两只绝缘栅双极晶体管不是直接 并联，只要二极管D1和二极管D2输出的电压相等，就能保证两只绝
缘栅双极晶体管的正常工作，否则，如果某只二极管输出电压高，那 么另一只二极管就会因承受反向电压而截至，所有电流只从一个绝缘 栅双极晶体管流过，就会造成绝缘栅双极晶体管过流。
本发明中的绝缘栅双极晶体管工作在脉宽调制(PWM)开关状态 下，绝缘栅双晶体管Sl和S2的门极端Gl与G2相连，输入相同的 脉宽调制(PWM)驱动信号。通电后，电源先通过平波电抗器L1和 二极管Dl对电容器Cl充电，然后以一定的频率使绝缘栅双极晶体管 Sl导通关断。当绝缘栅双极晶体管Sl导通时，平波电抗器Ll开始储 能，当绝缘栅双极晶体管S1关断时，平波电抗器L1的反电动势改变 方向，二极管D1开始导通，ul加上L1的反电动势，经二极管D1向 电容器Cl充电并向负载提供电流，另一并联的绝缘栅双晶体管S2、 平波电抗器L2、 二极管D2和电容器C2电路的工作过程和上面描述 的相同。输出电压u2和输入电压ul的关系为 — r
<formula>formula see original document page 7</formula>............................(1)
式中 T一开关S1的幵关周期 r一开关Sl的导通时间
由式(l)可以看出，输出电压u2只与输入电压ul、 Sl的开关频率 和Sl的导通时间有关，而与平波电抗器L1、 L2以及绝缘栅双晶体管 Sl、 S2的特性参数无关，这就保证了二极管Dl和二极管D2的输出 电压相等，因此每路并联回路的电流的大小也基本一致，克服了原并 联电路中绝缘栅双晶体管并联时的均流问题，确保了每只绝缘栅双晶体管的安全运行。
由式(l)可以看出，增大绝缘栅双晶体管Sl的导通时间r，输出电 压u2将高于输入电压ul，斩波器的这一特性，恰好满足了电机在高 速段运行时调速的需要，因为电极运行在高速段时，转子的输出电压 小，整流后的直流电压连接到图1的Pl和E端，通过控制斩波电路 的导通时间^，就可以升高逆变器的直流侧电压，保证了电机在整个 调速范围的运行。
权利要求
1、一种用于高压电动机调速转子侧控制的并联斩波器，其特征在于所述并联斩波器包括平波电抗器L1、L2，绝缘栅双极晶体管S1、S2，快恢复二极管D1、D2和电容器C1、C2，所述平波电抗器L1和L2的一端并联一起接到并联斩波器输入正极端(P1)，平波电抗器L1的另一端同绝缘栅双极晶体管S1正端和快恢复二极管D1的阳极连接，平波电抗器L2的另一端同绝缘栅双晶体管S2正端和快恢复二极管D2的阳极连接，快恢复二极管D1的阴极与电容器C1的正端连接一起接到并联斩波器输出的正极端(P2)，快恢复二极管D2的阴极与电容器C2的正端连接一起接到并联斩波器输出的正极端(P2)，绝缘栅双晶体管S1的负端和绝缘栅双极型晶体管S2的负端与电容器C1的负端和电容器C2的负端连接一起接到并联斩波器输出的负极端(E)。
全文摘要
本发明一种用于高压电动机调速转子侧控制的并联斩波器，应用于电力、水泥及冶金等行业的风机水泵类负载的绕线式电动机无级调速。包括平波电抗器L1、L2，绝缘栅双极晶体管S1、S2，快恢复二极管D1、D2和电容器C1、C2，平波电抗器L1和L2的一端并联，L1的另一端同绝缘栅双极晶体管S1正端和快恢复二极管D1的阳极连接，L2的另一端同绝缘栅双晶体管S2正端和快恢复二极管D2的阳极连接，快恢复二极管D2的阴极与电容器C2的正端连接，绝缘栅双晶体管S1的负端和绝缘栅双极型晶体管S2的负端与电容器C1的负端和电容器C2的负端连接一起接到并联斩波器输出的负极端(E)。本发明可以保证每路并联回路的绝缘栅双极晶体管电流的大小基本一致。
文档编号H02P25/02GK101378242SQ20081015540
公开日2009年3月4日 申请日期2008年9月28日 优先权日2008年9月28日
发明者张建兴 申请人:江苏方程电力科技有限公司