无刷双馈电机四象限变频调速系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种无刷双馈电机四象限变频调速系统，该系统高压电网通过高压接触器与无刷双馈电机功率绕组连接，高压电网经过降压变压器连接到四象限变频装置输入断路器，再经过熔断器和输入电抗器连接到充电电阻和充电接触器，然后接入四象限变频器输入端；四象限变频器输出经过输出电抗器和输出接触器，同时与软启动装置进线端并联后连接到无刷双馈电机控制绕组。软启动装置进线端经过启动接触器和短接接触器串联后，通过铜排短接，启动电阻星形连接后接入启动接触器和短路接触器的公共点。该系统实现了以小容量、低电压四象限变频器调速大功率、高电压电机，并且调速范围广，可实现亚同步到超同步的调速。

Four Quadrant Frequency Conversion Speed Regulation System for Brushless Doubly-fed Machine

The utility model relates to a brushless doubly-fed machine four-quadrant frequency conversion speed regulation system, in which the high-voltage power grid is connected with the power winding of the brushless doubly-fed machine through a high-voltage contactor, the high-voltage power grid is connected to the input circuit breaker of the four-quadrant frequency conversion device through a step-down transformer, and then connected to the charging resistance and the charging contactor through a fuse and an input reactor, and then connected to the four-quadrant frequency converter. The output of the Four-quadrant Converter passes through the output reactor and output contactor, and is connected to the control winding of the brushless doubly-fed machine after parallel connection with the soft-start device. After the soft starter is connected in series with the starter contactor and the short-circuit contactor, the common points of the starter contactor and the short-circuit contactor are connected through the copper bar short connection and the starter connection of the starter resistance. The system realizes the speed regulation of high-power and high-voltage motors with small capacity and low voltage four-quadrant converter, and has a wide range of speed regulation, which can realize the speed regulation from sub-synchronization to super-synchronization.

【技术实现步骤摘要】
无刷双馈电机四象限变频调速系统
本技术涉及四象限变频调速系统，尤其涉及一种无刷双馈电机四象限变频调速系统。
技术介绍
目前高压电机多为异步电机和同步电机，一般采用高压变频器进行调速。高压变频器容量选择一般比电机额定容量大，另外高压变频器多采用多级功率单元串联叠加的拓扑结构，控制系统复杂，故障节点多，体积大，操作维护困难，成本高。无刷双馈电机作为一种新型电机，具有功率绕组和控制绕组的两组定子绕组，功率绕组直接连接高压或低压电网，控制绕组连接低压变频器，从而实现使用低压变频器进行调速，但是采用普通二极管整流的变频器只能实现超同步的调速。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本技术提供了一种无刷双馈电机四象限变频调速系统，该系统主要包含高压电网、无刷双馈电机、转速测试编码器和降压变压器；还有输入断路器、熔断器、输入电抗器、充电接触器和充电电阻，以及四象限变频器、输出电抗器和输出接触器组成的四象限变频调速装置；还有短路接触器、启动接触器、启动电阻和短接铜排组成的软启动装置。高压电网通过高压接触器与无刷双馈电机功率绕组连接，高压电网经过降压变压器连接到四象限变频装置输入断路器，再经过熔断器和输入电抗器连接到充电电阻和充电接触器，然后接入四象限变频器输入，四象限变频器输出经过输出电抗器和输出接触器连接到无刷双馈电机控制绕组。软启动装置启动电阻星形连接，接入短接接触器和软启接触器的公共点，短接铜排通过串联的短路接触器和启动接触器后，与无刷双馈电机控制绕组连接；转速测试编码器连线与四象限变频器主控板连接。进一步四象限变频调速系统，整流和逆变均使用开关可控的电力半导体器件，整流功率单元和逆变功率单元为独立通用功率单元，采用直流母排并联结构，可通过直流母排扩展并联n(n≥1)对功率单元，便于容量扩充或是冗余设计。进一步四象限变频器主控板与功率单元控制板采用光纤通讯控制，抗干扰强。采用触摸屏人机交互界面的RS485通讯线，易于监控和维护。另外变频器输入、输出电压和电流以及功率绕组电压、电流信号线，直流母线电压信号线，接触器控制及反馈信号线都与变频器主控板连接。变频器集成可编程逻辑控制功能。四象限变频器主控板采用双CPU架构，分别控制整流和逆变功率单元，控制精准，响应速度快。再进一步四象限变频调速系统，变频器输出接触器和启动接触器电气互锁。本技术四象限变频调速系统采用可控整流，具有能量回馈功能，实现了以低压小容量四象限变频器控制高压大功率无刷双馈电机从亚同步到超同步的全程调速。下面结合附图和本技术的实施方式作进一步详细说明。附图说明图1是一种无刷双馈电机四象限变频调速系统主回路示意图；图2是图1所示四象限变频器电路示意图。具体实施方式参照图1可见，该系统高压电网1送入降压变压器6降压后，输入断路器7合闸，对变频器电容进行预充电，直流电压达到目标值后充电接触器11合闸，四象限变频装置上电完成。上电后四象限变频器12进行自检，对功率绕组3电压通过PT检测并对其进行PID锁相处理,正常后发出就绪指示。图2所示，点击触摸屏启动按钮，整流功率单元启动运行，整流侧对变频输入端电压信号进行锁相，检测直流母线电压进行PID调节作为外环控制，采集输入电流进行坐标变换成dq分量进行PID调节作为内环控制，将以上PID输出值和锁相数据综合生成PWM驱动控制信号，最终将直流电压抬升并稳定在直流母线电压设定值。当直流母线电压采集值小于设定值时，整流功率单元处于整流状态运行，电网能量向电机传输；当直流母线电压采集值大于设定值时，整流功率单元处于逆变状态运行，电机发电能量回馈给电网，从而实现四象限运行。在图1、图2中，整流功率单元启动同时，高压接触器2和启动接触器17合闸，电机通过电阻软启动，短路接触器16延时合闸，电机运行到同步转速。四象限变频控制系统通过编码器5检测到转速达到同步转速后，将启动接触器17和短路接触器16分断，并立即将变频器输出接触器14合闸，逆变功率单元输出接入双馈电机控制绕组18启动运行。以上开关控制均由四象限变频控制系统自动完成。当逆变功率单元采用双闭环PID调节控制，将编码器5所测转速作为反馈量，对给定转速进行PID控制，此为转速外环控制；将变频器三相输出电流进行矢量坐标变换，转换为励磁电流和转矩电流，进行PID调节，此为电流内环控制，即以有速度传感器矢量控制方式运行。通过触摸屏设定转速，可使电机转速运行在超同步转速运行，此时转速n＝60*(f1+f2)/p，其中P为极对数，f1为功率绕组电流频率，f2为变频输出电电流频率，或是低于同步转速运行，此时转速n＝60*(f1-f2)/p。触摸屏点击停机按钮后，四象限变频系统自动调速到同步转速后，将变频输出接触器14和高压接触器2分断，正常停机。在运行过程中，四象限变频控制系统对整个系统进行实时监测，变频器输入、输出电压及电流，功率绕组3输入电压及电流，直流母线电压，功率单元，接触器等状态数据实时显示在触摸屏上，如有异常立即保护停机，并将相应的故障进行记录并显示在触摸屏上。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无刷双馈电机四象限变频调速系统，该系统主要包括高压电网（1）、无刷双馈电机（4）、转速测试编码器（5）、降压变压器（6）以及四象限变频装置和软启动装置；其特征在于:所述高压电网（1）通过高压接触器（2）与无刷双馈电机功率绕组（3）连接；所述高压电网（1）还经降压变压器（6）连接到所述四象限变频装置中输入断路器（7），再经过熔断器（8）和输入电抗器（9）连接到充电电阻（10）和充电接触器（11），然后接入四象限变频器（12）输入端，所述四象限变频器（12）输出经输出电抗器（13）和输出接触器（14）连接到无刷双馈电机控制绕组（18）；所述软启动装置由启动接触器（17）和短路接触器（16）串联后，通过铜排短接，启动电阻（15）星形连接后接入启动接触器和短路接触器（16）的公共点，启动接触器（17）进线端与无刷双馈电机控制绕组（18）连接；所述转速测试编码器（5）连接四象限变频器主控板。

【技术特征摘要】
1.一种无刷双馈电机四象限变频调速系统，该系统主要包括高压电网（1）、无刷双馈电机（4）、转速测试编码器（5）、降压变压器（6）以及四象限变频装置和软启动装置；其特征在于:所述高压电网（1）通过高压接触器（2）与无刷双馈电机功率绕组（3）连接；所述高压电网（1）还经降压变压器（6）连接到所述四象限变频装置中输入断路器（7），再经过熔断器（8）和输入电抗器（9）连接到充电电阻（10）和充电接触器（11），然后接入四象限变频器（12）输入端，所述四象限变频器（12）输出经输出电抗器（13）和输出接触器（14）连接到无刷双馈电机控制绕组（18）；所述软启动装置由启动接触器（17）和短路接触器（16）串联后，通过铜排短接，启动电阻（15）星形连接后接入启动接触器和短路接触器（16）的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张树林，陈万燕，郭仕友，姜舒，田明松，钱勇，
申请(专利权)人：希望森兰科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51