一种用于同步电机启动的静止变频器及其控制方法与流程

本发明属于电力电子，尤其涉及一种用于同步电机启动的静止变频器及其控制方法。

背景技术：

1、静止变频器是一种比较理想的大型同步电机的启动和调速运行设备，常见的拓扑有电压源型、电流源型二种，分别采用igbt、晶闸管作为功率开关器件，储能环节分别采用电容和电感。由于igbt器件电压电流等级相对较低，所以仅适用于电机容量为中等的以下场合。在大容量场合，尤其是短时工作制场合，通常采用晶闸管器件的电流源拓扑。但这种方式也存在以下不足：一是晶闸管受成本和尺寸的影响，直流侧电抗不可能过大，因而导致输出电流有一定的波动，受控电机会产生一定的力矩脉动；二是在大容量机组的拖动场合，常采用串联方式提升电压等级，进而提升设备容量。但是高电压设计对设备的耐压和绝缘提出了更高的要求，实际应用中因为绝缘性能降低而导致的系统故障也屡见不鲜。

技术实现思路

1、一、要解决的技术问题

2、本发明提出一种用于同步电机启动的静止变频器及其控制方法，其目的在于：在系统容量成倍提高的同时，保持耐压绝缘水平不变，同时通过回路耦合方式减小系统谐波含量和输出到电机侧的力矩脉动。

3、二、技术方案

4、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

5、作为本发明的静止变频器，其包括第一支路、输入变压器、输出变压器；所述的第一支路包括三相全控整流桥ⅰ、三相全控逆变桥ⅰ，所述三相全控整流桥ⅰ直流侧的一端与所述三相全控逆变桥ⅰ直流侧的一端相连接，所述的第一支路的输入连接输入变压器的二次侧绕组ⅰ，第一支路的输出连接输出变压器的一次侧绕组ⅰ；

6、进一步的，还包括第二支路，所述的第二支路包括三相全控整流桥ⅱ、三相全控逆变桥ⅱ，所述三相全控整流桥ⅱ直流侧的一端与所述三相全控逆变桥ⅱ直流侧的一端相连接；所述三相全控整流桥ⅰ直流侧的另一端与所述三相全控逆变桥ⅰ直流侧的另一端之间串联耦合电抗器的第一绕组，所述三相全控整流桥ⅱ直流侧的另一端与所述三相全控逆变桥ⅱ直流侧的另一端之间串联耦合电抗器的第二绕组；所述的第二支路的输入连接输入变压器的二次侧绕组ⅱ，第二支路的输出连接输出变压器的一次侧绕组ⅱ。

7、优选地，所述的输入变压器的二次侧绕组ⅰ、输出变压器的一次侧绕组ⅰ均为星形连接；所述的输入变压器的二次侧绕组ⅱ、输出变压器的一次侧绕组ⅱ均为三角形连接。

8、优选地，所述的三角形连接相对于所述的星形连接其相位滞后30°。

9、进一步的，所述的输入变压器的一次侧通过输入断路器连接启动电源；所述的输出变压器的二次侧通过输出断路器连接同步电机，所述的同步电机其转子设有励磁系统。

10、进一步的，还包括连接同步电机的并网开关，所述的并网开关的另一端连接并网电源。

11、进一步的，还包括静止变频器的控制器。

12、作为本发明的静止变频器的控制方法，包括以下具体步骤：

13、s1、闭合输入断路器、输出断路器，将同步电机连接的静止变频器接入启动电源，同步电机转子上的励磁系统处于带电状态；

14、s2、通过静止变频器的控制器解锁三相全控整流桥ⅰ、三相全控逆变桥ⅰ、三相全控整流桥ⅱ、三相全控逆变桥ⅱ的触发脉冲；

15、s3、静止变频器的控制器获取并锁定同步电机转子的初始位置后，

16、控制所述静止变频器的三相全控整流桥ⅰ、三相全控整流桥ⅱ输出脉动的直流电流，并经过耦合电抗器进行平波形成相对平稳的直流电流；

17、s4、三相全控逆变桥ⅰ、三相全控逆变桥ⅱ分别将输入的直流电转换为交流电并通过输出变压器施加于同步电机的定子上，通过励磁系统的作用拖动同步电机加速；

18、s5、在电压的幅值、相位满足并网条件后，闭合并网开关，依次切断输入断路器、输出断路器。

19、优选地，步骤s3中所述的三相全控整流桥ⅰ的6组触发脉冲与三相全控整流桥ⅱ的6组触发脉冲其相位依次滞后30°。

20、优选地，步骤s3中所述的静止变频器的三相全控整流桥ⅰ、三相全控整流桥ⅱ输出脉动的直流电流，其电流波形均为60°波头。

21、优选地，步骤s4中所述的三相全控逆变桥ⅰ的6组触发脉冲与三相全控逆变桥ⅱ的6组触发脉冲其相位依次滞后30°。

22、三、有益效果

23、本发明的静止变频器其第一支路、第二支路以相位相差30°且采用三卷变的连接方式接入输入变压器与输出变压器之间，降低了串入系统内的6n±1次谐波含量；采用反向耦合的平波电抗对第一支路、第二支路直流电流偏差具有抑制作用，进一步减小了输出力矩脉动；相对于12脉波串联结构，降低了由于绝缘性能所带来的故障隐患。

技术特征：

1.一种用于同步电机启动的静止变频器，其包括第一支路、输入变压器、输出变压器；所述的第一支路包括三相全控整流桥ⅰ(1)、三相全控逆变桥ⅰ(2)，所述三相全控整流桥ⅰ直流侧的一端与所述三相全控逆变桥ⅰ直流侧的一端相连接，所述的第一支路的输入连接输入变压器(3)的二次侧绕组ⅰ，第一支路的输出连接输出变压器(4)的一次侧绕组ⅰ，其特征在于：还包括第二支路，所述的第二支路包括三相全控整流桥ⅱ(1’)、三相全控逆变桥ⅱ(2’)，所述三相全控整流桥ⅱ直流侧的一端与所述三相全控逆变桥ⅱ直流侧的一端相连接；所述三相全控整流桥ⅰ直流侧的另一端与所述三相全控逆变桥ⅰ直流侧的另一端之间串联耦合电抗器(5)的第一绕组(5-1)，所述三相全控整流桥ⅱ直流侧的另一端与所述三相全控逆变桥ⅱ直流侧的另一端之间串联耦合电抗器的第二绕组(5-2)；所述的第二支路的输入连接输入变压器的二次侧绕组ⅱ，第二支路的输出连接输出变压器的一次侧绕组ⅱ。

2.根据权利要求1所述的静止变频器，其特征在于：所述的输入变压器的二次侧绕组ⅰ、输出变压器的一次侧绕组ⅰ均为星形连接；所述的输入变压器的二次侧绕组ⅱ、输出变压器的一次侧绕组ⅱ均为三角形连接。

3.根据权利要求2所述的静止变频器，其特征在于：所述的三角形连接相对于所述的星形连接其相位滞后30°。

4.根据权利要求3所述的静止变频器，其特征在于：所述的输入变压器的一次侧通过输入断路器(6)连接启动电源；所述的输出变压器的二次侧通过输出断路器(7)连接同步电机(m)，所述的同步电机其转子设有励磁系统。

5.根据权利要求4所述的静止变频器，其特征在于：还包括连接同步电机的并网开关(8)，所述的并网开关的另一端连接并网电源。

6.根据权利要求5所述的静止变频器，其特征在于：还包括静止变频器的控制器。

7.一种基于上述多项权利要求所述的静止变频器的控制方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

8.根据权利要求7所述的静止变频器的控制方法，其特征在于：步骤s3中所述的三相全控整流桥ⅰ的6组触发脉冲与三相全控整流桥ⅱ的6组触发脉冲其相位依次滞后300。

9.根据权利要求8所述的静止变频器的控制方法，其特征在于：步骤s3中所述的静止变频器的三相全控整流桥ⅰ、三相全控整流桥ⅱ输出脉动的直流电流，其电流波形均为600波头。

10.根据权利要求9所述的静止变频器的控制方法，其特征在于：步骤s4中所述的三相全控逆变桥ⅰ的6组触发脉冲与三相全控逆变桥ⅱ的6组触发脉冲其相位依次滞后300。

技术总结
本发明公开了一种用于同步电机启动的静止变频器及其控制方法，静止变频器包括：三相全控整流桥Ⅰ、三相全控逆变桥Ⅰ、三相全控整流桥Ⅱ、三相全控逆变桥Ⅱ，所述三相全控整流桥Ⅰ直流侧的另一端与所述三相全控逆变桥Ⅰ直流侧的另一端之间串联耦合电抗器的第一绕组，所述三相全控整流桥Ⅱ直流侧的另一端与所述三相全控逆变桥Ⅱ直流侧的另一端之间串联耦合电抗器的第二绕组，本发明采用反向耦合的平波电抗，对第一支路、第二支路的直流电流偏差具有抑制作用，进一步减小了输出力矩脉动；并且相对于12脉波的串联结构，降低了由于绝缘性能所带来的故障隐患。

技术研发人员：沈齐,仝春,袁军芳,程洪,王朝晖,罗志贵,卞功名
受保护的技术使用者：马鞍山钢铁股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7