交流变频调速再生电能回馈装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种交流变频调速再生电能回馈装置。其电路构成有三种：全控器件反并联型、半控与全控器件混合反并联型、变压器隔离型。其优点是能将直流侧采用不控或半控整流的交－直－交电压型变频器调速系统中的交流电机发电运行时产生的再生电能回送至电网，将其增强为具有四象限运行功能。大大拓宽了其应用范围，较之电阻制动组件制动时间短、调速性能好、节约电能、运行可靠、价格低、寿命长，经济、社会效益显著。（*该技术在2003年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种新型的有源逆变技术，特别是一种将电压型逆变器变频调速系统中交流电动机工作在发电制动状态时，产生的再生电能逆变为与电网同频率的交流电能回馈至电网的将其增强为具有四象限运行功能的交流变频调速再生电能回馈装置。现代交流变频调速以其显著的技术经济优势近十年来在国外工业发达国家发展迅猛并已获得广泛应用，其中直流侧采用二极管这类元件构成的不控整流的交－直－交电压型逆变器（变频器）在中、小型交流电气传动系统中应用极为普遍。当这种传动系统的交流电动机工作在降频减速、降频停机或负载反拖（如电梯、起重机下放重物）等工况时，电机被生产机械的惯性或位势负载拉着运转于高于同步转速而工作在发电制动状态，并将生产机械贮存的动能或位势能转变为电能向直流侧的滤波电容充电，若不及时泄放这些电能将导致直流侧电压急剧上升直至过电压跳闸。现有的各种有源逆变技术用于这种系统时，无法解决逆变失败和逆变环流两个关键技术，不能将这部分再生电能进行有源逆变回馈至电网。为了泄放这些再生电能以防止直流侧滤波电容充电电压过高，目前只能配用专门的电阻放电组件。当电压超过整定值后及时接入放电电阻将这部分能量变为热能消耗在电阻上，实现再生电能电阻放电制动。显然这种运行方式属耗能型、其制动转矩随放电电阻的投入和切除而上下跳动，制动效果欠佳。其使用寿命还受限于放电组件允许投入的次数。本技术的目的在于针对现有的直流侧采用不控或半控整流的交－直－交电压型变频技术中存在的不足，设计了一-->种交流变频调速再生电能回馈装置。本技术可将直流电能逆变为与电网同频率的交流电能回馈至电网，特别适用于将电压型逆变器（变频器）变频调速系统中交流电动机工作在发电制动状态时产生的再生电能逆变为与电网同频率的交流电能回馈至电网，使这种原来只能电动运行的系统也可以发电运行，即具有四象限运行功能。现有的有源逆变技术使用时有两个基本要求：一逆变角β应小于或等于控制角α以防止环流；二、逆变角β应大于换相重叠角r以避免逆变失败。由于二极管这类不可控整流元件是自然换流的，相当于其控制角α＝0，因此经这类元件整流的直流电源，无法满足上述两个有源逆变的基本条件，不能采用现有的有源逆变技术进行有源逆变。本技术所提供的交流变频调速再生电能回馈装置，成功地解决了这种直流侧采用二极管这类不控整流或半控整流的交－直－交电压型逆变器（变频器）交流变频调速系统有源逆变时的一些关键技术，可以将这种系统中交流电动机工作在发电制动状态时产生的再生电能逆变为与电网同频率的交流电能回送至电网，使这种原来只能工作在电动运行状态的系统也能工作在发电运行状态，因而将这种系统的技术性能提高了一个档次－－变为具有四象限运行功能的变频调速系统，大大扩充了这种系统的应用范围。针对常规有源逆变电路无法对二极管这类不可控或半可控整流元件整流的直流电能进行有源逆变，本技术提供了两种类型的有源逆变电路：一为反并联类型，一为变压器隔离型（如附图1、2、3所示）。下面结合附图对本技术作进一步描述。-->附图1为纯全控器件组成的反并联有源逆变电路图。附图2为半控器件与全控器件混合组成的反并联有源逆变电路图。附图3为变压器隔离型有源逆变电路图。附图中，1－整流桥，2－逆变桥，IV－交－直－交逆变器（变频器），EFU－本技术主回路电路，GTO－可关断晶闸管，P－IV整流桥的共阴极端，N－IV整流桥的共阳极端，M－交流电动机，GTR－电力晶体管，SCR－晶闸管（可控硅），IT－隔离变压器。1、反并联型：如附图1和2所示，反并联有源逆变电路又分为纯全控器件组成的以及半控器件与全控器混合组成的两种形式。（1）纯全控器件组成的反并联有源逆变电路，如附图1，图1中IV为交－直－交电压型逆变器（变频器），虚线框起来的部分就是本技术的有源逆变装置的主回路电路EFU，采用的全控器件GTO组成逆变桥（2），它的共阴极端与IV直流侧整流桥（1）的共阳极端N相连，它的共阳极端则与逆变器（IV直流侧整流桥（1）的共阴极端P相连。EFU的交流侧则与IV整流桥（1）的交流输入端并接于电网。显然图1中EFU的逆变桥（2）中的GTO元件和IV的整流桥（1）中的二极管等整流元件是接成反并联形式的，图1中的GTO也可以换成GTR、IGBT、MCT、SITH等全控器件。适当的控制逆变桥（2）的导通角，即可实现有源逆变。（2）半控器件与全控器件混合组成的反并联有源逆变电路。如附图2。图中用虚线框起的是本技术提出的另外一种反并联有源逆变装置的主回路电路EFU。与附图1不同的是逆变桥（2）由晶闸管等这类半控器件SCR组成。它的共阴极-->端经全控器件GTR与逆变器IV直流侧的整流桥（1）的共阳极端N相连，共阳极端经另外一只全控器件GTR与逆变器IV直流侧整流桥（1）共阴极端P相连，主回路电路EFU的交流侧则与逆变器IV的整流桥（1）的交流输入端并接于电网上。当然这种类型的有源逆变电路中的全控器件也可以采用GTO、IGBT、SITH、MCT等器件。适当的控制晶闸和两只全控器件GTR的导通角，即可实现有源逆变。此外，还可以全部采用可控硅这类半控器件组成的开关电路来实现有源逆变，但线路复杂，可靠性差。2、变压器隔离型：如附图3所示，图中IV为交－直－交电压型逆变器，虚线框起来的就是本技术的变压器隔离型有源逆变装置的主回路EFU，它用作有源逆变的逆变桥（2），全部由可控硅（晶闸管）SCR这类半控器件组成。这些半控器件的共阴极端与IV装置直流侧的负端N相连，共阳极端则与IV的正端P相连，连接方法与附图1相似，但交流侧则是经过专门与之匹配的隔离变压器IT与IV整流桥（1）的交流输入端并接在电网上。由于采用了隔离变压器IT，逆变桥可以全由半控器件组成。适当控制逆变桥（2）的触发脉冲，即可实现有源逆变。本技术通过应用和试验证明，与现有技术相比较具有显著的经济效益和社会效益：1、现有的有源逆变技术无法对采用二极管这类不可控整流元件整流的直流电能进行有源逆变。而本技术可将直流侧采用二极管这类不可控或半可控元件整流的交－直－交电压型逆变器交流变频调速系统中交流电动机发电制动状态时产生的再生电能逆变为与电网同频率的交流电能回送至电网。-->2、由于本技术可使只能一、三象限运行的电压型逆变器具有四象限运行功能。从而大大的扩充了这种逆变器的使用范围，使其可用于电梯、起重机等提升机械。由于快速发电制动缩短了停车时间，因此较好地满足了龙门刨床、数控机床、电弧炉、压下装置、伺服机构等生产机械快速起动、制动的要求。3、现有技术中为使二极管整流的交－直－交逆变器也能工作在发电状态，以满足要求快速起动、制动和具有位热负载的生产机械的要求，目前只能采用专门用于制动的电阻放电组件。将发电状态产生的再生电能消耗在这些电阻组件上，不仅消耗电能而且制动效果较差，不能满足对停车速度有特殊要求的生产机械，如龙门刨床、高速电梯等的要求。电阻组件的使用寿命也限制了它的投入次数，且电阻组件价格贵，体积大。而本技术却不存在这些缺点。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可用于直流侧采用不可控或半可控整流交－直－交电压型变频器（变频器）的交流变频调速再生电能回馈装置，其特征是它的电路构成可以有两种型式，一是反并联型，一是变压器隔离型：（１）反并联型又可分为由纯全控器件组成的和由半控器件与全控器件混合 组成的有源逆变电路：Ａ、由纯全控器件组成的反并联有源逆变电路，其主回路电路ＥＦＵ中的逆变桥（２）由ＧＴＯ（或ＧＴＲ、ＩＧＢＴ、ＳＩＴＨ、ＭＣＴ等）全控器件组成；主回路电路ＥＦＵ与交－直－交电压型变频器ＩＶ的整流桥（１）反并联连接，即逆变 桥（２）的共阳极端和共阴极端分别与变频器ＩＶ的整流桥（１）的共阴极端Ｐ和共阳极端Ｎ相连，主回路电路ＥＦＵ的交流侧则与变频器ＩＶ的整流桥（１）的交流输入端并接于电网上，适当控制逆变桥（２）的导通角，即可实现有源逆变。Ｂ、由全控器件和半控器 件混合组成的反并联有源逆变电路，其主回路电路ＥＦＵ中的逆变桥（２）由晶闸管ＳＣＲ等半控器件组成，逆变桥（２）的共阳极端和共阴极端分别经全控器件ＧＴＲ（或ＧＴＯ、ＩＧＢＴ、ＳＩＴＨ、等）与交－直－交电压型变频器ＩＶ的整流桥（１）的共阴极端Ｐ和共阳极端Ｎ相连，主回路电路ＥＦＵ的交流侧则与逆变器ＩＶ的整流桥（１）的交流输入端并接于电网上，适当控制逆变桥（２）的晶闸管和两只全控器件ＧＴＲ的导通角，即可实现有源逆变。（２）变压器隔离型，其主回路电路ＥＦＵ的逆变桥（２）由晶闸管ＳＣＲ 等半控器件组成，逆变桥（２）的共阳极端和共阴极端分别与交－直－交电压型变频器ＩＶ的整流桥（１）的共阴极端Ｐ和共阳极端Ｎ相连，逆变桥（２）的交流输入端则经过与之匹配的隔离变压器ＩＴ与交－直－交电压型变频器ＩＶ的整流桥（１）的交流输入端并接在电网上，适当控制逆变桥（２）的触发脉冲即可实现有源逆变。...

【技术特征摘要】
1、一种可用于直流侧采用不可控或半可控整流交-直-交电压型变频器(变频器)的交流变频调速再生电能回馈装置，其特征是它的电路构成可以有两种型式，一是反并联型，一是变压器隔离型：(1)反并联型又可分为由纯全控器件组成的和由半控器件与全控器件混合组成的有源逆变电路：A、由纯全控器件组成的反并联有源逆变电路，其主回路电路EFU中的逆变桥(2)由GTO(或GTR、IGBT、SITH、MCT等)全控器件组成；主回路电路EFU与交-直-交电压型变频器IV的整流桥(1)反并联连接，即逆变桥(2)的共阳极端和共阴极端分别与变频器IV的整流桥(1)的共阴极端P和共阳极端N相连，主回路电路EFU的交流侧则与变频器IV的整流桥(1)的交流输入端并接于电网上，适当控制逆变桥(2)的导通角，即可实现有源逆变。B、由全控器件和半控器件混合组成的反并联有源逆变电...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡子卿，苏建徽，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：实用新型
国别省市：35[中国|福建]