专利名称：转子变频电动机调速控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种高压交流异步电动机调速控制装置。特别涉及一种高压绕线式异步电动机转子变频调速控制装置。
背景技术：
风机、水泵等平方转矩负载的电动机采用调速的方法，不仅能更好地满足生产需要，而且能节约大量能源。目前，在高压(如6kV、10kV)交流电动机调速领域应用较多的主要是定子变频调速和转子变频调速两大类。而在高压电动机的某些领域，在转子侧实施控制的转子变频调速有着很大优势。转子变频调速能很方便地将调速产生的转差功率从转子绕组取出，并能将频率随转速不断变化的转差功率逆变成频率固定的工频送回电网或电动机内部进行重复利用，所以它是一种高效调速系统。由于转子变频调速系统的控制电压低， 控制功率小，成本低，可靠性高，操作简便，从而在各行业领域获得广泛应用。但是，目前转子变频调速系统中均采用硬开关斩波，电路中的di/dt变化率大，电压尖峰高，并均采用RC 或RCD耗能型的吸收电路，存在着斩波电路开关损耗大、吸收电路耗能严重等缺陷，特别是随着斩波频率的提高，这些损耗就更加明显。另一方面，风机、水泵等平方转矩负载在调速时随转速降低轴功率成立方关系下降，所以电动机定子绕组从电网获取的有功功率也随转速降低成立方关系减少，由于转子变频调速系统是在转子侧控制，而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为有效解决现用技术中的上述缺陷，提供一种能实现软开关斩波和无功补偿的转子变频电动机调速控制装置。本实用新型的技术解决方案是一种转子变频电动机调速控制装置，它包括转子绕组电路、启动电路、整流电路、软开关斩波电路、有源逆变电路、逆变电源、PLC控制保护检查电路、就地操作电路、HMI可视化监控电路、DCS远程控制电路；启动电路、整流电路连接在电动机转子绕组电路上；逆变电源可以是高压内反馈电动机定子上的调节绕组电路，也可以是逆变变压器的二次绕组电路；软开关斩波电路包括平波电抗器Li、斩波开关VS、谐振电路和输出电容Co ；平波电抗器Ll的一端接整流电路的正极a，另一端接谐振电路的输入端b ；根据被控电动机的容量需要确定斩波开关VS由1至η只逆导型绝缘栅双极晶体管 VSl至VSn并联组成，即VSl至VSn的集电极和发射极分别连接在一起；斩波开关VS的发射极e极连接整流电路的负极k，集电极c极连接谐振电路中二极管Dl的正极，谐振电路的输出端d连接输出电容Co的1端，输出电容Co的2端连接整流电路的负极k，输出电容Co 的1端还连接有源逆变电路的输入端；谐振电路由谐振电感Lr、谐振电容Cr、缓冲电容Cb、 续流二极管Do、三个辅助二极管Dl、D2、D3组成。所述软开关斩波电路中谐振电路可以设计成以下两种形式。其中一种是谐振电
4路的输入端b —路连接谐振电感Lr的一端，另一路连接辅助二极管Dl的正极，谐振电感Lr 的另一端一路连接续流二极管Do的正极，一路连接缓冲电容Cb的一端，续流二极管Do的负极连接所述谐振电路的输出端d，辅助二极管Dl的负极一路连接辅助二极管D2的正极， 一路连接谐振电容Cr的一端，辅助二极管D2的负极一路连接缓冲电容Cb的另一端，一路连接辅助二极管D3的正极，辅助二极管D3的负极连接所述谐振电路的输出端d，谐振电容 Cr的另一端连接所述整流电路的正极a ；谐振电容Cr的另一端也可连接整流电路的负极 k ；谐振电容Cr的另一端还可以连接谐振电路的输出端d。另一种是谐振电路的输入端b 一路连接谐振电感Lr的一端，另一路连接续流二极管Do的正极，第三路连接缓冲电容Cb 的一端，谐振电感Lr的另一端连接辅助二极管Dl的正极，续流二极管Do的负极连接所述谐振电路的输出端d，辅助二极管Dl的负极一路连接辅助二极管D2的正极，另一路连接谐振电容Cr的一端，辅助二极管D2的负极一路连接缓冲电容Cb的另一端，一路连接辅助二极管D3的正极，辅助二极管D3的负极连接所述谐振电路的输出端d，谐振电容Cr的另一端连接所述整流电路的正极a;谐振电容Cr的另一端也可连接整流电路的负极k，谐振电容 Cr的另一端还可以连接谐振电路的输出端d。本实用新型的软开关斩波电路采用了逆导型绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为斩波开关，采用一组小电感、电容元件及辅助二极管作为其无源无损耗的缓冲电路。这组小电感、电容在斩波开关转换期间产生谐振并进行能量交换，用以实现斩波开关VS的零电流导通和零电压关断，同时使续流二极管也工作在零转换状态下，即实现了转子变频的无损耗软开关斩波。本实用新型的软开关斩波电路取代了 IGBT硬开关斩波电路及其常规的RC或 RCD吸收电路，取消了晶闸管斩波电路和晶闸管桥式关断电路，使电路得以简化，使开关损耗得以减少，装置的性能获得提高。斩波开关采用逆导型IGBT器件并联设计，使大容量电机调速控制可以不受器件本身容量的限制。本实用新型的高功率因数技术解决方案是在有源逆变电路和逆变电源之间引入无功补偿电路；无功补偿电路可以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，可以采用一路无功补偿，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，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。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。本实用新型的有益效果是实现了转子变频调速系统的软开关斩波，电路简化，开关损耗小，装置的性能可靠，实现了大容量电机调速控制不受器件本身容量的限制。通过增加无功补偿电路解决了高功率因数技术问题。
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的一种原理图。图3是本实用新型中电路3、4、5、6的另一种原理图。
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，本实用新型依次由转子绕组电路1、启动电路2、整流电路3、软开关斩波电路4、有源逆变电路5、无功补偿电路6、逆变电源7连接组成，前述各部分分别连接PLC 控制保护检查电路8，就地操作电路9、HMI可视化监控电路10、DCS远程控制电路11也分别连接PLC控制保护检查电路8。如图2所示，启动电路2、整流电路3接在电动机的转子绕组电路1上；启动电路 2可以由频敏变阻器和真空接触器组成，也可以由液阻起动柜构成；整流电路3是由功率二极管VZ1、VZ2、VZ3、VZ、VZ5、VZ6和吸收兼滤波电容C31组成的三相桥式整流电路。软开关斩波电路4包括平波电抗器Li、斩波开关VS、谐振电路和输出电容Co ；平波电抗器Ll的一端接整流电路3的正极a，另一端接谐振电路的输入端b，根据被控电动机的容量需要确定斩波开关VS由1至η只逆导型IGBT器件VSl至VSn并联组成，即VSl至VSn的集电极和发射极分别连接在一起；斩波开关VS的发射极e极连接整流电路3的负极k，集电极c极连接谐振电路中二极管Dl的正极，谐振电路的输出端连接输出电容Co的1端，输出电容 Co的2端接在整流电路3的负极k，输出电容Co的1端连接有源逆变电路5的输入端；谐振电路由谐振电感Lr、谐振电容Cr、缓冲电容Cb，续流二极管Do、辅助二极管Dl、D2、D3组成；谐振电路的输入端b —路连接谐振电感Lr的一端，另一路连接辅助二极管Dl的正极， 谐振电感Lr的另一端一路连接续流二极管Do的正极，一路连接缓冲电容Cb的一端，续流二极管Do的负极连接到谐振电路的输出端d，二极管Dl的负极一路连接辅助二极管D2的正极，一路连接谐振电容Cr的一端，D2的负极一路连接缓冲电容Cb的另一端，一路连接辅助二极管D3的正极，辅助二极管D3的负极接谐振电路的输出端d，谐振电容Cr的另一端接在整流电路3的正极a，如图2中实线所示谐振电容Cr ；谐振电容Cr的另一端也可连接整流电路3的负极k，如图2中虚线所示谐振电容Cr ’ ；谐振电容Cr的另一端还可以连接谐振电路的输出端d，如图2中虚线所示谐振电容Cr “。有源逆变电路5由限流电抗器L2， 晶闸管 VN1、VN2、VN3、VN4、VN5 和 VN6，电容 C51、C52、C53、C54、C55 和 C56，电阻 R51、R52、 R53、R54、R55和R56，以及真空接触器KM3组成，有源逆变电路5采用常规的晶闸管有源逆变技术。如图3所示，其电路构成和图2的电路构成基本相同，只是其中软开关斩波电路4 中的谐振电路中谐振电感Lr的连结方式不同，其连接在谐振电路的输入端b和辅助二极管 Dl的正极，这样，续流二极管Do的正极和缓冲电容Cb的一端就直接连接在谐振电路的输入端b。谐振电路的输入端b —路连接谐振电感Lr的一端，另一路连接续流二极管Do的正极，第三路连接缓冲电容Cb的一端，谐振电感Lr的另一端连接辅助二极管Dl的正极，续流二极管Do的负极连接所述谐振电路的输出端d，辅助二极管Dl的负极一路连接辅助二极管 D2的正极，另一路连接谐振电容Cr的一端，辅助二极管D2的负极一路连接缓冲电容Cb的另一端，一路连接辅助二极管D3的正极，辅助二极管D3的负极连接所述谐振电路的输出端 d，谐振电容Cr的另一端连接所述整流电路3的正极a，如图3中实线所示谐振电容Cr ；谐振电容Cr的另一端也可连接整流电路3的负极k，如图3中虚线所示谐振电容Cr丨；谐振电容Cr的另一端还可以连接谐振电路的输出端d，如图3中虚线所示谐振电容Cr “。无功补偿电路6连接在有源逆变电路5和逆变电源7之间；逆变电源7可以是高压内反馈电动机定子上的三相调节绕组，也可以是接在高压电网上的逆变变压器的三相二次绕组；无功补偿电路6可以根据电动机容量的大小分别由一路、两路或两路以上的无功补偿电路组成，可以实际运行情况分段投切；对较小容量的高压电动机，可以采用一路无功补偿电路，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，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；补偿电路的电抗率均为6%。一路或两路以上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，以保证在整个调速范围内功率因数在 0.纩1. 0以内，即不至于在最高转速时或全速运行时功率因数超过1. 0而出现过补偿。 本实用新型中的控制检测保护电路、就地操作电路、DCS远程控制电路，采用常规技术和常规接线方式，由于是常规自有技术在此不再进行详细叙述。
权利要求1.一种转子变频电动机调速控制装置，它包括转子绕组电路(1)、启动电路O)、整流电路(3)、软开关斩波电路G)、有源逆变电路(5)、逆变电源(7)、PLC控制保护检查电路 ⑶、就地操作电路(9)、HMI可视化监控电路(10)、DCS远程控制电路(11)；其特征是软开关斩波电路(4)包括平波电抗器Li、斩波开关VS、谐振电路和输出电容Co ；平波电抗器 Ll的一端接整流电路C3)的正极a，另一端接谐振电路的输入端b ；根据被控电动机的容量需要确定斩波开关VS由1至η只逆导型绝缘栅双极晶体管VSl至VSn并联组成，即VSl至 VSn的集电极和发射极分别连接在一起；斩波开关VS的发射极e极连接整流电路(；3)的负极k，集电极c极连接谐振电路中二极管Dl的正极，谐振电路的输出端d连接输出电容Co 的1端，输出电容Co的2端连接整流电路(3)的负极k，输出电容Co的1端还连接有源逆变电路(5)的输入端；谐振电路由谐振电感Lr、谐振电容Cr、缓冲电容Cb、续流二极管Do、 三个辅助二极管D1、D2、D3组成。
2.根据权利要求1所述的电动机调速控制装置，其特征是所述谐振电路的输入端b 一路连接谐振电感Lr的一端，另一路连接辅助二极管Dl的正极，谐振电感Lr的另一端一路连接 续流二极管Do的正极，一路连接缓冲电容Cb的一端，续流二极管Do的负极连接所述谐振电路的输出端d，辅助二极管Dl的负极一路连接辅助二极管D2的正极，一路连接谐振电容Cr的一端，辅助二极管D2的负极一路连接缓冲电容Cb的另一端，一路连接辅助二极管D3的正极，辅助二极管D3的负极连接所述谐振电路的输出端d，谐振电容Cr的另一端连接所述整流电路(3)的正极a。
3.根据权利要求1所述的电动机调速控制装置，其特征是所述谐振电路的输入端b 一路连接谐振电感Lr的一端，另一路连接辅助二极管Dl的正极，谐振电感Lr的另一端一路连接续流二极管Do的正极，一路连接缓冲电容Cb的一端，续流二极管Do的负极连接所述谐振电路的输出端d，辅助二极管Dl的负极一路连接辅助二极管D2的正极，一路连接谐振电容Cr的一端，辅助二极管D2的负极一路连接缓冲电容Cb的另一端，一路连接辅助二极管D3的正极，辅助二极管D3的负极连接所述谐振电路的输出端d，谐振电容Cr的另一端连接所述整流电路(3)的负极k。
4.根据权利要求1所述的电动机调速控制装置，其特征是所述谐振电路的输入端b 一路连接谐振电感Lr的一端，另一路连接辅助二极管Dl的正极，谐振电感Lr的另一端一路连接续流二极管Do的正极，一路连接缓冲电容Cb的一端，续流二极管Do的负极连接所述谐振电路的输出端d，辅助二极管Dl的负极一路连接辅助二极管D2的正极，一路连接谐振电容Cr的一端，辅助二极管D2的负极一路连接缓冲电容Cb的另一端，一路连接辅助二极管D3的正极，辅助二极管D3的负极连接所述谐振电路的输出端d，谐振电容Cr的另一端连接所述谐振电路的输出端d。
5.根据权利要求1所述的电动机调速控制装置，其特征是所述谐振电路的输入端b 一路连接谐振电感Lr的一端，另一路连接续流二极管Do的正极，第三路连接缓冲电容Cb 的一端，谐振电感Lr的另一端连接辅助二极管Dl的正极，续流二极管Do的负极连接所述谐振电路的输出端d，辅助二极管Dl的负极一路连接辅助二极管D2的正极，另一路连接谐振电容Cr的一端，辅助二极管D2的负极一路连接缓冲电容Cb的另一端，一路连接辅助二极管D3的正极，辅助二极管D3的负极连接所述谐振电路的输出端d，谐振电容Cr的另一端连接所述整流电路(3)的正极a。
6.根据权利要求1所述的电动机调速控制装置，其特征是所述谐振电路的输入端b 一路连接谐振电感Lr的一端，另一路连接续流二极管Do的正极，第三路连接缓冲电容Cb 的一端，谐振电感Lr的另一端连接辅助二极管Dl的正极，续流二极管Do的负极连接所述谐振电路的输出端d，辅助二极管Dl的负极一路连接辅助二极管D2的正极，另一路连接谐振电容Cr的一端，辅助二极管D2的负极一路连接缓冲电容Cb的另一端，一路连接辅助二极管D3的正极，辅助二极管D3的负极连接所述谐振电路的输出端d，谐振电容Cr的另一端连接所述整流电路(3)的负极k。
7.根据权利要求1所述的电动机调速控制装置，其特征是所述谐振电路的输入端b 一路连接谐振电感Lr的一端，另一路连接续流二极管Do的正极，第三路连接缓冲电容Cb 的一端，谐振电感Lr的另一端连接辅助二极管Dl的正极，续流二极管Do的负极连接所述谐振电路的输出端d，辅助二极管Dl的负极一路连接辅助二极管D2的正极，另一路连接谐振电容Cr的一端，辅助二极管D2的负极一路连接缓冲电容Cb的另一端，一路连接辅助二极管D3的正极，辅助二极管D3的负极连接所述谐振电路的输出端d，谐振电容Cr的另一端连接所述谐振电路的输出端d。
8.根据权利要求1-7中任一所述的电动机调速控制装置，其特征是在有源逆变电路 (5)和逆变电源(7)之间引入无功补偿电路(6)；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。
9.根据权利要求8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k。
专利摘要本实用新型提供一种转子变频电动机调速控制装置。它包括转子绕组电路、启动电路、整流电路、软开关斩波电路、有源逆变电路、逆变电源、PLC控制保护检查电路、就地操作电路、HMI可视化监控电路、DCS远程控制电路；软开关斩波电路包括平波电抗器Ll、由1至n只逆导型绝缘栅双极晶体管VS1至VSn并联组成的斩波开关VS、谐振电路和输出电容Co；谐振电路由谐振电感Lr、谐振电容Cr、缓冲电容Cb、续流二极管Do、三个辅助二极管Dl、D2、D3组成。本实用新型实现了转子变频调速系统的无功补偿和软开关斩波，开关损耗小，功率因数高，节电率高，性能可靠，实现了大容量电机调速控制不受器件本身容量的限制。
文档编号H02P27/06GK202068376SQ20112016040
公开日2011年12月7日 申请日期2011年5月19日 优先权日2011年5月19日
发明者葛运周, 葛音, 陈江龙 申请人:葛运周, 葛音, 陈江龙