六相交流电机变频调速装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种六相交流电机变频调速装置，解决了现有的变频器控制较复杂与造价较高及节电效果有限的问题。包括三相整流桥、直流电压调节器、补偿电容器、控制回路和六相电动机，采用T1与T8、T3与T10、T5与T12、T7与T2、T9与T4、T11与T6、六对两两同向串联的普通晶闸管连接成六个桥臂、在桥臂的各中点依次引出c1、b2、a1、c2、b1、a2、六个输出端而组合成六相逆变器，并用依次滞后π/3及通流2/3π电角度的六节拍方式进行触发控制；对应并联于Wa1、Wb2、Wc1、Wa2、Wb1、Wc2六个绕组分别的两端并依次引出a3、b4、c3、a4、b3、c4六个与调节器输入端相联的接线端。适合中、大型异步电动机在30%-100%额定转速范围内的调速。
【专利说明】 六相交流电机变频调速装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电机及电气传动装置，具体为一种六相交流电机变频调速装置。
【背景技术】
[0002]现行的交流变频调速技术，主要采用可关断电力电子器件构成与反馈整流器并联的逆变器，并用高频的脉宽调制方式控制其快速的通断及依次的切换，从而以恒定压频比的关系进行三相交流电动机的调速。异步电动机的旋转磁场及其气隙磁通是用交流电流产生的，采用三相逆变桥及其六节拍的切换方式能够较方便地改变其频率，但其电机的无功电流经由反馈整流器向电源回馈势必造成较大的无功损耗，还由其可关断器件的快速通断造成一定的谐波损耗。异步电机采用三相的定子绕组接线方式，具有与现行的三相交流电源对应及配电系统较为简易的优点，但在用三相交流变频器进行控制时，由于其每节拍转移的电角度较大而使其感性功率必须经由反馈整流器进行回馈，因此存在一定的电能浪费及电机容量利用不够的问题。中国专利200810079371.8的无回馈型异步电动机交流变频装置，采用三相逆变桥与三相电容器桥组合，并将三相异步电动机的定子绕组联接于两个桥路之间的电路结构，形成了电容器随逆变桥的切换而进行电容器充、放电的变流过程，对降低电机的无功损耗具有一定的效果，并利用电容器在电流过零后可对逆变器反向施压的特点进行普通晶闸管的换流及关断，但用三只双向晶闸管控制辅电容器桥的方式存在电路较复杂及电容桥之间环流较大的问题。异步电动机的定子绕组是多相的接近于圆形电势相量的绕组结构，其电感电流不能突变的特点必然造成其切换中的能量转移及无功电流回馈的问题。只有增加定子绕组的相数并减小切换的角度，或者将电感能量转移至电容器中，方能有效解决感性电流形成回馈及其损耗的问题，如果将异步电动机的定子绕组改变成六相电势相量的接线方式，并在其六个接线端上并联电容器，则可利用其轮徊式的切换方式进行电磁能量的逐渐转移，从而以渐变与两种电磁能量的内部轮徊方式进行无回馈逆变。
【发明内容】
[0003]本发明为了解决交流变频中电机的感性电流及损耗较大、现行的变频器控制较复杂与造价较高及节电效果有限的问题，提供了 一种六相交流电机变频调速装置。
[0004]本发明是采用如下技术方案实现的:
[0005]六相交流电机变频调速装置，包括三相整流桥、直流电压调节器、补偿电容器、控制回路和六相电动机，采用T1与T8、T3与T1(l、T5与T12、T7与T2、T9与T4、T11与T6、六对两两同向串联的普通晶闸管连接成六个桥臂、在桥臂的各中点依次引出Cl、b2、a1、C2, bp a2、六个输出端而组合成六相逆变器，并用依次滞后η/3及通流2/3 π电角度的六节拍方式进行触发控制；所述的六相电动机是将其定子绕组分为Wal与Wa2、Wbl与Wb2、Wcl与Wc2三对相同电势相位及相同绕组匝数的六个绕组，按Wal末端、Wb2首端、Wcl末端、Wa2首端、Wbl末端、Wc2首端的回路顺序相联成其电势相量为正六边形的组合接线，并从其Wal首端引出al开始，在六个绕组的相联点依次引出aplvcpaybpq、六个接线端，并连接于六相逆变桥的输出端；所述的补偿电容器是Ccil与Cm、C03与CM、C05与Cm、C07与Cci8' C09与C1(l、C11与C12, 12只容量相等的电力电容器，按两两串联方式联接，再对应并联于Wal、Wb2、WcU Wa2、Wbl、Wc2六个绕组分别的两端并依次引出a3、b4、c3、a4、b3、c4六个与调节器输入端相联的接线端；所述的调节器是用整流二极管联成六相整流桥，并在其直流端以正端接正极方式联接一只可关断电力电子器件Ttl2。
[0006]进一步地，本发明六相交流电机变频调速技术，所述的补偿电容器Ccil-Cci2的12只电力电容器的额定电压为六相电动机的相电压值，12只电容器为总容量(KVAR)为电机额定功率值(KW)的1.2-2.4倍；所述的直流调压的Ttll与调节器的Ttl2两只可关断电力电子器件采用IGBT或GT0，用频率为5-lOKHz的三角形载波与可调直流参考电压进行比较而对可关断器件分别进行PWM控制。
[0007]本发明的工作原理是:三相工频电源经三相整流桥，再经Ttll管子成可调的直流电源，其直流电压量与逆变器的输出频率基本保持正比例关系；感应电势相量为正六边形的六相交流电动机，在其六个接线端分别联接六组串联的电容器，用其一方面对感性绕组形成并联的补偿回路，第二方面随导通的晶闸管对将要关断的晶闸管进行瞬间的反向施压而使其强制关断，第三方面利用电容器的滤波作用消减逆变切换中的谐波电压，第四方面利用相邻电容器构成的串联内补偿效应有效减少定子绕组的漏抗压降及磁滞损耗，第五方面利用六组电容器对六相电机绕组的内补偿作用使得感性与容性两种电磁能量进行内部轮回而大幅度降低无功损耗；由六相整流桥与Ttl2器件构成的调节器，可用简易的脉冲宽度调制方式对Ttl2器件进行控制，随其导通脉冲宽度的增大，其整流桥直流两端的电压值相应减小，对应的各串联电容器的电压值从1/2相电压值逐渐增大至相电压值，由此电容器电压的变化适应电机电流的变化，也为采用普通晶闸管构成的六相逆变桥进行变流切换提供先决条件。
[0008]本发明六相逆变桥采用六节拍换流方式，其六节拍切换的各1/6周期中触发导通晶闸管的顺序为:1\、T2—!\、T2、T3、T4—Τ3、Τ4、Τ5、T6—Τ5、Τ6、Τ7、T8—Τ7、Τ8、Τ9、T10—τ9、τ10>Τη>Τ12一在每节拍(每步)中只有4只晶闸管导通而进行双路通流,用相邻晶闸管的导通瞬间并用电容器形成的反向电压促使已通流2/3 π电角度的晶闸管强制关断。例如在!\、T2、T3> T4四只晶闸管触发导通时，Wa2与Wbl、Wb2与Wal两条串联绕组支路通流，并使COT、C08^C09, Cltl、与CM、C03> C02, C01两条电容器串联支路分别进行充电(上正下负);在下一个1/6下周期初始，T5与T6两晶闸管同时触发导通，C03与Ctl4对T3管子并经Ctl5与Ctl6电容器对T1管子施加反方向电压、C09与Cltl对T2管子并经C11与C12电容器对T4管子施加反向电压，因T1与T2两管子已失去触发脉冲，放在反向电流作用下关断，(T3、T4因有触发脉冲，故重新导通)此时电路由Τ3、τ4、τ5、τ6四只晶闸管对Wbl与H与Wb2两条绕组支路提供电流。这种六相逆变电路只有利用联接与六相绕组上的12只电容器并在整体电路接近于容性时，才能利用瞬间导通的晶闸管将反向的电容器电压作用于需要关断的晶闸管，此后的电容器经对应的绕组回路放电而同绕组中的感性电流互相平衡。在六相逆变桥以六节拍、十二节拍的切换中，十二只相互联系的电容器的电压对应变化，并在调节器脉宽增大的变化中使得电容器的交流电压有效值接近于绕组的相电压值。六相变流是电感能量发生渐变的前提条件，并用电容器消除电感突变时产生的反向电压，从而在轮回式的变流中实现了无回馈逆变。[0009]本发明的积极效应是:在交流变频中同时进行无功补偿可将节能效果提高到更高的层次，适宜中、大型异步电动机在30%-100%额定转速范围内的调速，并有造价较低与实用性较强的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1、本发明的电路结构图。
【具体实施方式】
[0011]实施案例I
[0012]本发明的六相异步电动机采用普通的中压或低压的异步电动机进行改制，其定、转子铁芯及外壳均不需要改动，仅将三相定子绕组改变成相电压值(220 V)的两组三相绕组。具体将定子绕组分为Wal与Wa2、Wbl与Wb2、Wcl与胃。2三对同电势相位、各相间分别相差2/3 π电势相角且绕组形式分别相同的六个绕组，按Wal末端、Wb2首端(用.表示XWcl末端、Wa2首端、Wbl末端、Wc2首端至Wa2末端的回路顺序及方向相联成其电势相量为正六边形的组合接线，并从其Wal绕组的首端引出B1开始，在六个绕组的相联点依次引出a1、b2、C1, a2、匕、C2六个接线端，并连接于六相逆变桥的输出端；十二只补偿电容器以两两为一组的串联成六个支路，具体将Ctll与Q、C03与CM、C05与Q、C07与Q、C09与C1(l、C11与C12分别串联，再对应联接于c2、B1, b2、C1, a2、Id1六个接线端，并在各电容器串联支路的中点依次引出a3、b4、c3、a4、b3、C4六个与调节器输入端相联的接线端；调节器用于电容器的容量调节，具体用D7-D18六对整流二极管联成六相整流桥，并在其两个直流端以正端接正极方式联接一只绝缘栅双极晶闸管(IGBT)Ttl2，并用三角形载波(载波频率为IOKHz)与可调直流电压进行比较而取出信号，对Ttl2进行脉冲宽度调制而使调节器直流两端的电压值变化；用D1-D6六只普通整流二极管连接成三相整流桥，并将其三个输入端连接于三相交流工频的A、B、C三个电源端，其直流输出的正端经Ttll绝缘栅双极晶体管同六相逆变桥相联，对逆变桥的直流两端进行30%-100%额定直流电压控制Jtll采用PWM控制，具体用IOKHz的三角载波频率同可调直流电压信号比较，对Ttll管子以各脉宽相等的简易调制方式控制通断；六相逆变桥是用十二只普通晶体管(SCR)按T1与T8、T3与Τ1(Ι、Τ5与Τ12、Τ7与Τ2、Τ9与Τ4、Τη与T6两两同向串联成一个桥臂而将六个桥臂的直流两端相联构成六相逆变桥电路结构，并在其中点从Tl与T8相联点开始依次引出Cp b2、B1 > c2、bp a2六个输出端。
[0013]对于Ctll——C012的12只补偿电容器，采用220——250V的额定电压，12只电力电容器的总容量KVAR为六相电动机额定功率KW值的2.4倍(电容器电压220V)，各整流管、晶闸管、可关断电子器件的额定电压值按常规的3— 4倍电机线电压值选择，其额定电流亦按3— 4倍选择。
[0014]本例的六相逆变桥采用六节拍(六步)切换顺序进行触发控制，利用下一节拍导通的晶闸管对已导通晶闸管构成反向的电容电压释放回路而进行强制关断，其中各晶闸管的触发导通顺序为: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只晶闸管导通而进行双路通流,各晶闸管保持2/3 π电角度的通流周期。在电机启动时，利用调节器的Ttl2管子接近于全导通使各电容器的电压有效值分别接近于电机的相电压值而等效地提高了电容器容量，以此保持电机与电容器总体的负载接近于容性而顺利地以较小的电流完成电机的启动过程。在六节拍的切换通流的晶闸管形成的每次转移η/3电势相角的过程中，六相电机绕组形成圆形旋转磁势，其绕组的感性电流与电容电流相互进行能量传递及平衡，并以此无回馈逆变方式产生较大的节能效果。
【权利要求】
1.一种六相交流电机变频调速装置，包括三相整流桥、直流电压调节器、补偿电容器、控制回路和六相电动机，其特征在于，采用T1与τ8、τ3与τ1(ι、τ5与τ12、τ7与τ2、τ9与τ4、τη与T6、六对两两同向串联的普通晶闸管连接成六个桥臂、在桥臂的各中点依次引出Cl、b2、a1、Cybpa2、六个输出端而组合成六相逆变器，并用依次滞后π/3及通流2/3 电角度的六节拍方式进行触发控制；所述的六相电动机是将其定子绕组分为Wal与Wa2、Wbl与Wb2、Wcl与Wc2三对相同电势相位及相同绕组匝数的六个绕组，按Wal末端、Wb2首端、Wcl末端、Wa2首端、Wbl末端、Wc2首端的回路顺序相联成其电势相量为正六边形的组合接线，并从其Wal首端引出al开始，在六个绕组的相联点依次引出aplvcpaybpq、六个接线端，并连接于六相逆变桥的输出端；所述的补偿电容器是Ctll与C(l2、C03与C(l4、C05与C(l6、C07与C(l8、C09与c10> C11与c12，12只容量相等的电力电容器，按两两串联方式联接，再对应并联于Wal、Wb2、Wcl、Wa2、Wbl、Wc2六个绕组分别的两端并依次引出a3、b4、c3、a4、b3、C4六个与调节器输入端相联的接线端；所述的调节器是用整流二极管联成六相整流桥，并在其直流端以正端接正极方式联接一只可关断电力电子器件Ttl2。
2.根据权利要求1所述的一种六相交流电机变频调速装置，其特征在于，所述的补偿电容器(Ctll-Ctl2)的12只电力电容器的额定电压为六相电动机的相电压值，12只电容器为总容量KVAR为电机额定功率值KW的1.2-2.4倍；所述的直流调压的Ttll与调节器的Ttl2两只可关断电力电子器件采用IGBT或GTO，用频率为5-lOKHz的三角形载波与可调直流参考电压进行比较而对可关断器件分别进行PWM控制。
【文档编号】H02P27/08GK203590110SQ201320743489
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年11月23日 优先权日:2013年11月23日
【发明者】刘建平, 曹钰 申请人:国家电网公司, 国网山西省电力公司忻州供电公司