具有在线故障快速检测和旁路保护的高压变频调速系统技术方案

本发明专利技术公开了一种具有在线故障快速检测和旁路保护的高压变频调速系统，包括移相变压器、变频器以及控制单元，变频器，包括27个相同的功率单元，每9个功率单元依次串联构成一相，三相星型相连后连接所述异步电机；所述功率单元包括依次连接的整流电路、逆变电路和旁路保护电路，所述整流电路是由多个二极管和电容构成的整流桥电路，所述逆变电路是由多个相同的IGBT单元构成的逆变器电路，所述旁路保护电路是由多个二极管、双向晶闸管和触发电路构成的电路，所述IGBT单元包括驱动电路、IGBT单元和快速检测电路。本发明专利技术采用模块化设计，互换性好、维修简单，噪音低，谐波含量小，不会引起电机的转矩脉动，且有故障在线快速检测和旁路保护功能。

High voltage variable frequency speed regulation system with on-line fault detection and bypass protection

The invention discloses an online fault detection and bypass protection of the high voltage variable frequency speed regulation system, including phase-shifting transformer, inverter, inverter and control unit, including 27 of the same power unit, each of the 9 power units which are connected in series to form a phase, three-phase star connected connected to the induction motor; the power the unit comprises a rectifier circuit, inverter circuit and bypass protection circuit, the rectifier circuit is a bridge rectifier circuit is composed of a plurality of diodes and capacitors, the inverter circuit inverter circuit is composed of a plurality of the same IGBT unit, the bypass protection circuit is composed of a plurality of circuit and bidirectional diode thyristor the tube and a trigger circuit, the IGBT unit comprises a drive circuit, IGBT unit and fast detection circuit. The invention adopts modular design, has good interchangeability, simple maintenance, low noise and little harmonic content, and can not cause torque ripple of the motor, and has the function of on-line fast fault detection and bypass protection.

【技术实现步骤摘要】
具有在线故障快速检测和旁路保护的高压变频调速系统
本专利技术属于高压变频
，具体涉及一种具有在线故障快速检测和旁路保护的高压变频调速系统。
技术介绍
随着国家节能减排政策的推动和我国高压电动机容量快速增长，高压变频器市场迎来了快速发展期。变频器安装于电源与电动机之间，通过改变频率和输出电压自动调节电动机的运行速度，从而达到提高用户电动机系统的运行效率和节约用电的目的，是目前最理想、最有前途的电机节能设备。高压变频器属于重大电气装备，是变频器中的高、精、尖产品，主要用于关键设备的驱动、高压电机的节能运行和工艺性能的改善，广泛应用于电力、冶金、石油化工、机车牵引等。拓扑结构和控制方法的多样化是高压变频器的特点；在众多拓扑结构中，诸如交—交变频器、GTO电流源型变频器、三电平电压源型变频器、功率器件串联直接高压二电平电压源型变频器等等都存在输入侧谐波大、输出谐波大及输出电压变化率高等不足。与这些拓扑结构逆变器相比，单元串联多电平逆变器具有谐波小、共模电压小、电压变化率小、电磁干扰小、开关频率低、系统效率高、适合中高压大容量变频器应用等特点。因此，开发单元串联多电平高压交流电机变频调速系统并推广应用，对我国工业降低单产能耗具有重大意义，也是本申请人一直致力于研究的方向。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种采用模块化设计，互换性好、维修简单，噪音低，谐波含量小，不会引起电机的转矩脉动，且有故障在线快速检测和旁路保护功能的具有在线故障快速检测和旁路保护的高压变频调速系统。技术方案：本专利技术所述的一种具有在线故障快速检测和旁路保护的高压变频调速系统，该系统安装在三相电源与异步电机之间，该高压变频调速系统包括移相变压器、变频器以及控制单元，其中：变频器，包括3n个相同的功率单元，n≥2且n为整数；每n个功率单元依次串联构成一相，三相星型相连后连接所述异步电机；所述功率单元包括依次连接的整流电路、逆变电路和旁路保护电路，所述整流电路是由多个二极管和电容构成的整流桥电路，所述逆变电路是由多个相同的IGBT单元构成的逆变器电路，所述旁路保护电路是由多个二极管、双向晶闸管和触发电路构成的电路，所述IGBT单元包括驱动电路、IGBT单元和快速检测电路；移相变压器，包括原边绕组以及3n个副边绕组，原边绕组连接所述三相电源，每个副边绕组均按照延边三角形接法连接一个功率单元；控制单元，包括双DSP控制器、PLC控制器和人机界面，所述双DSP控制器与每一个功率单元分别电连接，所述人机界面分别与双DSP控制器、PLC控制器电连接，所述双DSP控制器还与所述PLC控制器电连接。进一步的，所述n为9。进一步的，所述触发电路与所述双向晶闸管连接，所述触发电路采用MOC3061模块，MOC3061模块为光电耦合器件，其输入与输出采用光电隔离，实现DSP信号对双向晶闸管的触发控制，双DSP控制器的输出信号GPIOF0与MOC3061模块的输人相连，MOC3061模块的输出与双向晶闸管的输入相连。进一步的，所述驱动电路与所述IGBT单元的基极连接，所述IGBT单元的集电极与发射极之间设有快速检测电路。进一步的，所述驱动电路采用Si8286模块，实现DSP信号对IGBT的驱动控制，其内部采用容耦隔离，传输介质为SiO2，以电容形式传输高速数字信号，速率达150Mbps，双DSP控制器的输出信号GPIOA口与Si8286模块的输人相连，Si8286模块的输出与IGBT的输入相连。进一步的，所述快速检测电路包括二极管VD1，二极管VD2，电阻R1，电阻R2和光耦合器件OC，所述光耦合器件内的二极管与电阻R1、二极管VD1串联后与所述二极管VD2并联连接，所述光耦合器件内的光敏三极管的集电极连接有电阻R2。有益效果：本专利技术采用模块化设计，互换性好、维修简单，噪音低，谐波含量小，不会引起电机的转矩脉动，且有故障在线快速检测和旁路保护功能。附图说明图1为本专利技术的整体结构示意图；图2为本专利技术的单个功率单元结构示意图；图3为本专利技术的单个IGBT单元结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示的一种具有在线故障快速检测和旁路保护的高压变频调速系统，该系统安装在三相电源与异步电机之间，该高压变频调速系统包括移相变压器、变频器以及控制单元，其中：变频器，包括27个相同的功率单元（A1-A9，B1-B9，C1-C9）；每9个功率单元依次串联构成一相，三相星型相连后连接所述异步电机。如图2所示，所述功率单元包括依次连接的整流电路、逆变电路和旁路保护电路，所述整流电路是由六个二极管D1-D6和电容C构成的整流桥电路，所述逆变电路是由四个相同的IGBT单元构成的逆变器电路，所述旁路保护电路是由四个二极管D7-D10、双向晶闸管KS和触发电路构成的电路。所述触发电路与所述双向晶闸管连接，所述触发电路采用MOC3061模块，MOC3061模块为光电耦合器件，其输入与输出采用光电隔离。实现DSP信号对双向晶闸管的触发控制。DSP的输出信号GPIOF0与MOC3061模块的输人相连，MOC3061模块的输出与双向晶闸管的输入相连。进一步的，所述驱动电路与所述IGBT单元的基极连接，所述IGBT单元的集电极与发射极之间设有快速检测电路。如图3所示，所述IGBT单元包括驱动电路、IGBT单元和快速检测电路；所述驱动电路与所述IGBT单元的基极连接，所述IGBT单元的集电极与发射极之间设有快速检测电路。所述快速检测电路包括二极管VD1二极管VD2，电阻R1，电阻R2和光耦合器件OC，所述光耦合器件内的二极管与电阻R1、二极管VD1串联后与所述二极管VD2并联连接，所述光耦合器件内的光敏三极管的集电极连接有电阻R2。所述驱动电路采用Si8286模块，实现DSP信号对IGBT的驱动控制。这里选用SiliconLabs公司智能门极驱动Si8286模块，具有高耐压、低导通阻抗、高工作频率等特征。其内部采用容耦隔离，传输介质为SiO2，以电容形式传输高速数字信号，速率可达150Mbps。Si8286模块，内置IGBT检测和保护功能。DSP的输出信号（GPIOA口）与Si8286模块的输人相连，Si8286模块的输出与IGBT的输入相连。移相变压器，包括原边绕组以及27个副边绕组，原边绕组连接所述三相电源，每个副边绕组均按照延边三角形接法连接一个功率单元。控制单元，包括双DSP控制器、PLC控制器和人机界面，所述双DSP控制器与每一个功率单元分别电连接，所述人机界面分别与双DSP控制器、PLC控制器电连接，所述双DSP控制器还与所述PLC控制器电连接。本专利技术的高压变频调速系统以高速DSP为控制核心，采用空间电压矢量控制技术、功率单元串联多电平技术；系统采用新型IGBT功率器件，全数字化微机控制，直接输出3KV、6KV、10KV的高压电源，适配各种通用三相交流电动机。功率单元的逆变器输出采用SPWM控制的多电平载波移相技术，同一相的功率单元输出相同幅值和相位的基波电压，但串联各单元的载波之间互相错开一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有在线故障快速检测和旁路保护的高压变频调速系统，该系统安装在三相电源与异步电机之间，其特征在于：该高压变频调速系统包括移相变压器、变频器以及控制单元，其中：变频器，包括 3n 个相同的功率单元，n≥2且n为整数；每 n个功率单元依次串联构成一相，三相星型相连后连接所述异步电机；所述功率单元包括依次连接的整流电路、逆变电路和旁路保护电路，所述整流电路是由多个二极管和电容构成的整流桥电路，所述逆变电路是由多个相同的IGBT单元构成的逆变器电路，所述旁路保护电路是由多个二极管、双向晶闸管和触发电路构成的电路，所述IGBT单元包括驱动电路、IGBT单元和快速检测电路；移相变压器，包括原边绕组以及 3n个副边绕组，原边绕组连接所述三相电源，每个副边绕组均按照延边三角形接法连接一个功率单元；控制单元，包括双DSP控制器、PLC控制器和人机界面，所述双DSP控制器与每一个功率单元分别电连接，所述人机界面分别与双DSP控制器、PLC控制器电连接，所述双DSP控制器还与所述PLC控制器电连接。

【技术特征摘要】
1.一种具有在线故障快速检测和旁路保护的高压变频调速系统，该系统安装在三相电源与异步电机之间，其特征在于：该高压变频调速系统包括移相变压器、变频器以及控制单元，其中：变频器，包括3n个相同的功率单元，n≥2且n为整数；每n个功率单元依次串联构成一相，三相星型相连后连接所述异步电机；所述功率单元包括依次连接的整流电路、逆变电路和旁路保护电路，所述整流电路是由多个二极管和电容构成的整流桥电路，所述逆变电路是由多个相同的IGBT单元构成的逆变器电路，所述旁路保护电路是由多个二极管、双向晶闸管和触发电路构成的电路，所述IGBT单元包括驱动电路、IGBT单元和快速检测电路；移相变压器，包括原边绕组以及3n个副边绕组，原边绕组连接所述三相电源，每个副边绕组均按照延边三角形接法连接一个功率单元；控制单元，包括双DSP控制器、PLC控制器和人机界面，所述双DSP控制器与每一个功率单元分别电连接，所述人机界面分别与双DSP控制器、PLC控制器电连接，所述双DSP控制器还与所述PLC控制器电连接。2.根据权利要求1所述的一种具有在线故障快速检测和旁路保护的高压变频调速系统，其特征在于：所述n为9。3.根据权利要求1所述的一种具有在线故障快速检测和旁路保护的高压变频调速系统，其特征在于：所述触发电路与所述双向晶闸管连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜平，周根荣，周伯俊，余维荣，黄小光，
申请(专利权)人：南通大学，江苏力普电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32