专利名称：瞬态电压抑制高功率因数转子变频调速控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及高压交流异步电动机调速控制技术，特别涉及一种高压电动机转子变频调速(或称斩波内反馈调速)控制装置。
背景技术：
转子变频调速系统是一种在高压绕线式异步电动机转子侧控制的调速系统，它能有效地将转子频率的转差功率逆变成工频回送到电网或电动机内部进行循环利用，所以它是一种高效调速系统，在风机水泵等平方转矩负载领域获得了广泛应用。转子变频调速系统的控制装置一般都是在转子直流回路中采用IGBT组成的升压斩波电路。IGBT是一种电压型全控电力电子器件，具有开关频率高、控制功率小、通态损耗小等优点，所以在电机调速领域应用广泛。但在调速系统中，来自电网的瞬态高压或由于高压电网骤停引起的电动机瞬态高能量释放产生的高压时有发生，这种超过IGBT耐压等级的瞬态高压很容易使IGBT击穿而损坏。目前，常用的办法是在IGBT电路并联一个保护电路或采用高能压敏电阻吸收。保护电路的原理是通过检测电路测试转子直流电路是否有过压现象，当出现过压时立即启动触发电路使保护晶闸管导通，从而将过压能量泄放，以实现对IGBT的保护。但是，由于瞬态高压尖峰的上升率很大，电压上升很快，有时保护晶闸管还未来得及动作，IGBT已受到高压冲击而损坏，也就是说保护电路未起到保护作用，这一现象在实际应用中也常有发生。 另外，这种保护电路对来自有源逆变侧或电网侧的瞬态高压显得无能为力，因为这类瞬态高压常常先将升压二极管反向击穿，使升压电容存储的巨大能量通过IGBT泄放，从而引起 IGBT烧坏，最终导致调速失败。高能压敏电阻也因响应速度慢、箝位因子高等原因而很难保护作用。另一方面，风机水泵等平方转矩负载随转速降低轴功率成立方关系下降，所以电动机从电网获取的有功功率也随转速降低成三次方关系下降，由于定子侧的励磁无功在调速过程中基本不变，这就存在电动机转速降低时定子侧的功率因数有所下降的缺陷，而且转速越低功率因数下降越严重。
发明内容本实用新型公开一种瞬态电压抑制高功率因数转子变频调速控制装置，它可以有效克服上述缺点。 本实用新型的技术解决方案是一种瞬态电压抑制高功率因数转子变频调速控制装置，它由转子绕组电路、启动电路、整流电路、瞬态电压抑制斩波电路、有源逆变电路、无功补偿电路、逆变电源电路组成；所述瞬态电压抑制斩波电路(4)包括平波电抗器Li、斩波开关VS、第一瞬态电压抑制器TVS1、升压二极管Dl Dru第二瞬态电压抑制器TVS2和输出电容Co ；平波电抗器Ll的一端连接整流电路的正极a，另一端连接升压二极管DfDn的正极b，斩波开关VS与第一瞬态电压抑制器TVSl并联，升压二极管DfDn与第二瞬态电压抑制器TVS2并联；所述有源逆变电路包括限流电抗器L2、三相桥式全控器件IGBT (VN1 VN6) 和真空接触器KM3。上述方案中，所述第一瞬态电压抑制器TVSl和第二瞬态电压抑制器TVS2是由若干只单极性瞬态电压抑制二极管TVSlfTVSnm并联再串联组成的阵列。所述单极性瞬态电压抑制二极管TVSl广TVSnm可以选用15kW 30kW规格型号相同的瞬态电压抑制二极管。上述方案中，所述斩波开关VS由1至η只逆导型IGBT高端斩波模块VSf VSn并联；逆导型IGBT高端斩波模块VSfVSn的集电极和发射极分别并接于c点和e点。上述方案中，所述无功补偿电路根据电动机容量的大小和调速的深度分别由一路或多路进行无功补偿，并可根据实际运行情况分段投切，对较小容量的高压电动机，采用一路无功补偿，它由投切接触器KM5、三相串联电抗器L3、角接的补偿电容C61-C63组成；对大中容量的高压电动机采用两路或两路以上的无功补偿，一路由投切接触器KM5、三相串联电抗器L3、角接的补偿电容C61-C63组成，另一路由投切接触器KM6、三相串联电抗器L4、角接的补偿电容C64-C66组成。上述方案中，所述整流电路的吸收电容C31的一端接在整流电路的正极a，吸收电容C31的另一端接在整流电路的负极k。本实用新型的有益效果是采用两路瞬态电压抑制器分别并联在IGBT与升压二极管两端，可有效克服由于高压电网引起的转子直流回路瞬态高压对IGBT斩波电路造成的伤害，显著提高了高压电机转子变频调速系统的可靠性。采用容性无功补偿显著提高了调速系统功率因数和电动机的调速性能。
图1是本实用新型的结构框图。图2是本实用新型中电路3、4、5、6的原理图。图3是本实用新型中瞬态电压抑制器TVSl、TVS2内部阵列的结构图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。如图1所示，本实用新型的瞬态电压抑制高功率因数转子变频调速控制装置依次由电动机转子绕组电路1、启动电路2、整流电路3、瞬态电压抑制斩波电路4、有源逆变电路 5、容性无功补偿电路6、逆变电源电路7连接组成。如图3所示，本实用新型采用的瞬态电压抑制器TVS1、TVS2分别是由若干只单极性瞬态电压抑制二极管并联再串联组成的阵列，以满足电路瞬态最大浪涌功率和最大反向工作电压等方面的要求。TVSirTVSnm选用15kW 30kW规格型号相同的瞬态电压抑制二极管，最大反向工作电压为数百伏。串联器件的级数m由串联后各级最大反向工作电压之和应大于电路最大工作电压，同时应小于IGBT或升压二极管D的最大允许安全电压的要求来决定。瞬态电压抑制器具有反应速度快(IX KT12S数量级)、瞬时功率大、箝位因子小、箝位电压容易控制等优点。当单只瞬态电压抑制二极管的功率和最大反向工作电压能满足电路要求时，本实用新型的瞬态电压抑制器也可以采用一只器件。[0020]如图2所示，瞬态电压抑制斩波电路4包括平波电抗器Li、斩波开关VS、第一瞬态电压抑制器TVS1、升压二极管Dl Dru第二瞬态电压抑制器TVS2和输出电容Co ；平波电抗器Ll的一端连接整流电路的正极a，另一端连接升压二极管DfDn的正极b ；斩波开关VS 与第一瞬态电压抑制器TVSl并联；升压二极管DfDn与第二瞬态电压抑制器TVS2并联；瞬态电压抑制斩波电路4中，根据被控电动机的容量需要确定斩波开关VS斩波开关由1至η 只逆导型IGBT高端斩波模块VSfVSn并联，IGBT的集电极和发射极分别通过铜板并接于 c点和e点，升压二极管DfDn的正极和负极分别通过铜板并接于b点和d点；η只逆导型 IGBT高端斩波模块并联的具体数量根据高压电动机的最大额定容量决定。 瞬态电压抑制器TVSl和TVS2分别并联在1、只IGBTVSf VSn的两端和升压二极管DfDn的两端，TVSl的负极与VSfVSn的集电极c点相连，TVSl的正极与VSf VSn的发射极e点相连；TVS2的正极与升压二极管DfDn的正极b点相连，TVS2的负极与升压二极管DfDn的负极d点相连；负极d点与升压电容Co的1端相连，负极d点也是升压斩波电路的输出端；输出电容Co的2端连接于整流电路3的负极k。瞬态电压抑制器的选用原则 (1)非对称瞬态电压抑制器的额定最大脉冲功率应大于电路中可能出现的最大瞬态浪涌功率。(2)最大反向工作电压应高于转子直流电路最大工作电压。(3)最大箝位电压不大于 IGBT或升压二极管D的最大允许安全电压。本实用新型的高功率因数技术解决方案是在逆变电源7之前引入容性无功补偿电路6 ；无功补偿电路6可以根据电动机容量的大小分别由一路或多路进行无功补偿，并可根据实际运行情况分段投切，对较小容量的高压电动机，采用一路无功补偿，它由投切接触器KM5、三相串联电抗器L3、角接的补偿电容C61-C63组成；对大中容量的高压电动机可以采用两路或两路以上的无功补偿，采用两路的一路由投切接触器KM5、三相串联电抗器L3、 补偿电容C61-C63组成，另一路由投切接触器KM6、三相串联电抗器L4、补偿电容C64-C66 组成；补偿电容均采用角接，补偿电路的电抗率均为6%;—路或多路无功补偿的总补偿容量以电动机定子绕组的额定励磁无功容量为限。有源逆变电路5采用三相桥式全控器件IGBT (VN1、N6)进行有源逆变，有利于进一步改善调速系统的功率因数。
权利要求1.一种瞬态电压抑制高功率因数转子变频调速控制装置，它由转子绕组电路(1)、启动电路O)、整流电路(3)、瞬态电压抑制斩波电路G)、有源逆变电路(5)、无功补偿电路 (6)、逆变电源电路(7)组成；其特征是所述瞬态电压抑制斩波电路(4)包括平波电抗器 Li、斩波开关VS、第一瞬态电压抑制器TVS1、升压二极管Dl Dru第二瞬态电压抑制器TVS2 和输出电容Co ；平波电抗器Ll的一端连接整流电路(3)的正极a，另一端连接升压二极管 Γ η的正极b，斩波开关VS与第一瞬态电压抑制器TVSl并联，升压二极管DfDn与第二瞬态电压抑制器TVS2并联；所述有源逆变电路( 包括限流电抗器L2、三相桥式全控器件 IGBT (vm VN6)和真空接触器KM3。
2.根据权利要求1所述的调速控制装置，其特征是所述第一瞬态电压抑制器TVSl和第二瞬态电压抑制器TVS2是由若干只单极性瞬态电压抑制二极管TVSlfTVSnm并联再串联组成的阵列。
3.根据权利要求2所述的调速控制装置，其特征是所述单极性瞬态电压抑制二极管 TVSl广TVSnm选用15kW 30kW规格型号相同的瞬态电压抑制二极管。
4.根据权利要求2所述的调速控制装置，其特征是所述斩波开关VS由1至η只逆导型IGBT高端斩波模块VSfVSn并联；逆导型IGBT高端斩波模块VSl、Sn的集电极和发射极分别并接于c点和e点。
5.根据权利要求1-4中任一所述的调速控制装置，其特征是所述无功补偿电路(6) 根据电动机容量的大小和调速的深度分别由一路或多路进行无功补偿，并可根据实际运行情况分段投切，对较小容量的高压电动机，采用一路无功补偿，它由投切接触器KM5、三相串联电抗器L3、角接的补偿电容C61-C63组成；对大中容量的高压电动机采用两路或两路以上的无功补偿，一路由投切接触器KM5、三相串联电抗器L3、角接的补偿电容C61-C63组成， 另一路由投切接触器KM6、三相串联电抗器L4、角接的补偿电容C64-C66组成。
6.根据权利要求5所述的电动机调速控制装置，其特征是所述整流电路(3)的吸收电容C31的一端接在整流电路(3)的正极a，吸收电容C31的另一端接在整流电路(3)的负极。
专利摘要本实用新型提供一种瞬态电压抑制高功率因数转子变频调速控制装置，它由转子绕组电路、启动电路、整流电路、瞬态电压抑制斩波电路、有源逆变电路、无功补偿电路、逆变电源电路组成；瞬态电压抑制斩波电路包括平波电抗器Ll、斩波开关VS、瞬态电压抑制器TVS1、升压二极管D1~Dn、瞬态电压抑制器TVS2和输出电容Co；斩波开关与瞬态电压抑制器TVS1并联，升压二极管D与瞬态电压抑制器TVS2并联；有源逆变电路包括限流电抗器L2、三相桥式全控器件IGBT和真空接触器KM3。本实用新型可有效克服由于高压电网引起的转子直流回路瞬态高压对斩波电路的伤害，显著提高变频调速系统的可靠性。采用无功补偿提高了调速系统功率因数和电动机的调速性能。
文档编号H02M1/32GK202068375SQ20112015995
公开日2011年12月7日 申请日期2011年5月18日 优先权日2011年5月18日
发明者葛运周, 葛音, 陈江龙 申请人:葛运周, 葛音, 陈江龙