电机运行中三相交交变频器容错运行装置及方法
【专利摘要】一种电机运行中三相交交变频器容错运行装置及方法，属于变频器容错运行方法。装置包括三个单相交交变频电路构成的三相交交变频电路，容错部分包括三个开关，每个开关连接三相交流电机出线端口和三相交交变频星形联结电路中点；在一组单相交交变频器故障切除后，用非故障的两组单相交交变频器保证电机正常运行；当某一组单相交交变频器发生故障时，闭合相应开关切除这组交交变频器，将该相电机绕组直接连接到变频器中点；使用非故障的两组单相交交变频器代替三相交交变频器，使电机三相绕组上保持三相对称正弦波。通过调整非故障的两组单相交交变频器的触发延迟角，使电机三相绕组上保持三相对称正弦波，保证电机在变频器故障下的正常运行。
【专利说明】电机运行中三相交交变频器容错运行装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种变频器及容错运行装置及方法，特别是一种电机运行中三相交交 变频器容错运行装置及方法。
【背景技术】
[0002] 在交流电机控制系统中，三相交交变频电路广泛应用于大功率交流电动机调速系 统。主要用于500kW或1000kW以上的大功率、低转速的交流调速电路中，在轧钢、矿山、卷 扬、船舶推进、水泥、风洞等传动领域取得很大的经济效益。既可以用于异步电机传动，也可 以用于同步电机传动中。但是在实际运行中，三相交交变频器的接线十分复杂，晶闸管的数 目也较多，易出现故障。交交变频器的故障会导致输出波形畸变，使得电机无法正常运转， 会导致经济的严重受损，更可能危及生命安全。
[0003] 晶闸管交交变频电路，又被称作周波变流器。交交变频电路可以将电网频率的交 流电直接变化成可调频率的交流电的变流电路，属于直接变频电路。三相交交变频电路主 要应用于大功率交流电动机调速系统，该电路是由三相输出电压各差120°的单相交交变 频电路组成。交交变频传动技术由德国西门子公司在20世纪60年代开发，在大容量传动 领域迅速发展。国内交交变频技术的发展从70年代开始，到90年代才取得长足发展。交 交变频器存在的缺点有：三相交交变频器电路接线复杂，所用晶闸管数量较多；输入功率 因数较低，需要进行适当的补偿；输入电流谐波含量大，频谱复杂等。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种电机运行中三相交交变频器容错运行装置及方法，解决 在三相交交变频器运行过程中，晶闸管故障导致系统无法正常运行的技术问题。
[0005] 为了实现本发明的目的，解决上述技术问题的技术方案是：本发明包括三相交交 变频器容错运行装置及方法；
[0006] 装置包括三个单相交交变频电路构成的三相交交变频电路和容错电路；所述的三 相交交变频电路采用星形联结方式；所述的容错电路包括三个开关，三个开关的一端分别 连接在三相交流电机出线端口，另一端连接在三相交交变频电路星形联结电路的中点；当 某一组单相交交变频器发生故障时，闭合相应开关切除这组交交变频器，并将该相电机绕 组直接连接到变频器中点；使用非故障的两组单相交交变频器代替三相交交变频器，在一 组单相交交变频器故障切除后，用非故障的两组单相交交变频器保证电机正常运行；使电 机三相绕组上保持三相对称正弦波。
[0007] 容错运行方法包括：将故障的单相交交变频器切除，使用没有故障的两相交交变 频电路维持电机的正常运行；具体步骤如下：
[0008] 第一步，得到故障所在的单相交交变频器；将故障相对应的开关闭合，使整个故障 相被短路切除；此时，故障相所连接的电机端口直接和星形联结的中点连接到一起；
[0009] 第二步，调整非故障两相交交变频器的触发脉冲，使非故障的两相输出互差60° 的电压波形，在电机三相负载上可以形成互差120°的电压。
[0010] 有益效果，由于采用了上述方案，在三相交交变频电路出现故障时，通过调整两相 非故障交交变频器的工作角度，能够用非故障两相维持正常运行，实现电机的正常运转。
[0011] 检测到某一组单相交交变频器发生故障后，通过闭合开关切除这组交交变频器， 一组单相交交变频器故障相被切除后，用非故障的两组单相交交变频器保证电机正常运 行；负载采用星形联接的交交变频电路，交流电机三相绕组分别通过开关与三相交交变频 器中点连接；通过调整非故障的两组单相交交变频器的触发延迟角，可以使电机三相绕组 上保持三相对称正弦波，保证电机在变频器故障下的正常运行。
[0012] 本发明建立在原有的三相交交变频器之上，结构简单实现容易，在单相交交变频 器故障时能够迅速转化成两相交交变频器，保证了负载的运行。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图la为星形联结方式三相交交变频电路简要原理图。
[0014] 图lb为星形联结方式三相交交变频电路详细原理图
[0015] 图2为单相交交变频电路原理图。
[0016] 图3a为本发明采用的三相交交变频容错运行原理图。
[0017] 图3b为图3a三相交交变频电路的开关闭合后等效电路图。
[0018] 图4a为C相故障时的容错简化等效电路图。
[0019] 图4b为C相故障时开关S3闭合的等效电路图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明：
[0021] 所述容错运行装置包括三个单相交交变频电路构成的三相交交变频电路和容错 电路；所述的三相交交变频电路采用星形联结方式；所述的容错电路包括三个开关，三个 开关的一端分别连接在三相交流电机出线端口，另一端连接在三相交交变频电路星形联结 电路的中点；当某一组单相交交变频器发生故障时，闭合相应开关切除这组交交变频器，并 将该相电机绕组直接连接到变频器中点；使用非故障的两组单相交交变频器代替三相交交 变频器，在一组单相交交变频器故障切除后，用非故障的两组单相交交变频器保证电机正 常运行；使电机三相绕组上保持三相对称正弦波。
[0022] 所述的容错运行方法是：将故障的单相交交变频器切除，使用没有故障的两相交 交变频电路维持电机的正常运行；具体步骤如下：
[0023] 第一步，得到故障所在的单相交交变频器；将故障相对应的开关闭合，使整个故障 相被短路切除；此时，故障相所连接的电机端口直接和星形联结的中点连接到一起；
[0024] 第二步，调整非故障两相交交变频器的触发脉冲，使非故障的两相输出互差60° 的电压波形，在电机三相负载上可以形成互差120°的电压。
[0025] 实施例1 :为三相交交变频器的电路原理图。三相交交变频电路是由三相输出电 压相位各差120°的单相交交变频电路组成的，采用输出星形联结方式，如图l(a、b)为三 相交交变频输出星形联结接线原理图，图la为简图，图lb为详图。从图中可以看出，星形 联结方式下，三组单相交交变频电路的输出端使用的是星形联结方式，并且，电动机的三相 绕组也使用的是星形联结。电机三相绕组的中点不和三相交交变频器的中点连接，且三组 单相交交变频器分别由三个变压器供电。
[0026] 交流电机三相负载的出线端分别通过开关连接到三组单相交交变频器的星形结 点上，当其中一相交交变频器发生故障时，将该相对应的开关闭合，把该相交交变频器切 除，通过改变剩余两组单相交交变频器的工作方式使输出仍为正弦波形。
[0027] 单相交交变频电路由P组和N组反并联的晶闸管变流电路构成。P组和N组都属 于相控整流电路，P组工作时产生正向电流，N组工作时产生反向电流。当P组与N组按一 定频率交替时，就能输出这个频率的交流电。改变P组与N组的切换频率就能改变输出频 率，改变电路工作的触发延迟角a就能改变输出电压幅值。
[0028] 通过不断改变触发延时角a可以使交交变频电路的输出电压波形基本为正弦 波，控制触发延时角a的方法有很多，例如余弦交点法、移相原理控制法、锁相法等。由于 余弦交点法在特性上最优，输出谐波含量小，因此本发明采用的是余弦交点法。
[0029] 设触发延迟角为a时，变流电路的输出电压为：
【权利要求】
1. 一种电机运行中三相交交变频器容错运行装置，其特征是：包括三个单相交交变频 电路构成的三相交交变频电路和容错电路；所述的三相交交变频电路采用星形联结方式； 所述的容错电路包括三个开关，三个开关的一端分别连接在三相交流电机出线端口，另一 端连接在三相交交变频电路星形联结电路的中点；当某一组单相交交变频器发生故障时， 闭合相应开关切除这组交交变频器，并将该相电机绕组直接连接到变频器中点；使用非故 障的两组单相交交变频器代替三相交交变频器，在一组单相交交变频器故障切除后，用非 故障的两组单相交交变频器保证电机正常运行；使电机三相绕组上保持三相对称正弦波。
2. -种权利要求1所述装置的电机运行中三相交交变频器容错运行方法，其特征是： 将故障的单相交交变频器切除，使用没有故障的两相交交变频电路维持电机的正常运行； 具体步骤如下： 第一步，得到故障所在的单相交交变频器；将故障相对应的开关闭合，使整个故障相被 短路切除；此时，故障相所连接的电机端口直接和星形联结的中点连接到一起； 第二步，调整非故障两相交交变频器的触发脉冲，使非故障的两相输出互差60°的电 压波形，在电机三相负载上可以形成互差120°的电压。
【文档编号】H02P27/16GK104378045SQ201410753859
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年12月10日 优先权日:2014年12月10日
【发明者】戴鹏, 伍小杰, 公铮, 郭国胜, 於静, 张雷, 郑遵宇, 朱信威, 徐楠, 吕彦 申请人:中国矿业大学