高压电机并联斩波和双逆变调速节能控制器制造技术

本发明专利技术一种高压电机并联斩波和双逆变调速节能控制器，应用于电力、水泥及冶金等行业的风机水泵类负载的绕线式电动机无级调速。包括并联斩波器和双重逆变器，并联斩波器包括平波电抗器Ｌ１、Ｌ２，绝缘栅双极晶体管Ｓ１、Ｓ２，快恢复二极管Ｄ１、Ｄ２和电容器Ｃ１、Ｃ２，双重逆变器包括两个独立的逆变器Ｑ１、Ｑ２和一个双逆变三绕组变压器Ｔ，逆变器Ｑ１包括６支晶闸管Ｑ１１～Ｑ１６和一个电抗器Ｌ３，逆变器Ｑ２包括６支晶闸管Ｑ２１～Ｑ２６和一个电抗器Ｌ４，双逆变三绕组变压器Ｔ有三套绕组，其中高压侧有一套绕组，三相接成Ｙ形，低压侧有两套绕组，一套绕组Ｔｑ１三相接成Ｙ形，另一套绕组Ｔｑ２三相接成△形。本发明专利技术可以保证每路并联回路的绝缘栅双极晶体管电流的大小基本一致。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高压电动机绝缘栅双极晶体管(IGBT)并联斩波式双 逆变调速技术。广泛应用于电力、水泥及冶金等行业的风机水泵类负载的 绕线式电动机无级调速，特别适合于绕线式电机的调速技术改造项目。属 于机电
(二)
技术介绍
风机、水泵的应用范围极广，其年耗电量约占总用量的43%。目 前，这类设备大多不能调速，只能采用阀门或挡风板来调节流量以满 足负荷变化的要求。在低压系统中，变频调速技术已经相当成熟，完 全可以满足国内调速市场的需要。而在大功率(》250kW)高压系统 中，变频调速和高频斩波内反馈调速是目前比较常用的调速方式。变频调速串接在电源和电动机之间，因此要承受电动机的全部功 率，变频调速装置通过改变定子频率和电压来调节电动机转速，而大 功率电机供电电压高(3-10kV)，目前电力电子器件的耐压制造水平低， 变频器承受较高的电压，大量的电力电子器件串联运行，结构复杂。内反馈调速属于串级调速的范畴，有移相式和斩波式两种控制方 式。高频斩波内反馈调速是电动机转子侧接不可控整流，转子输出能量经过整流变化输出，通过斩波器进行脉宽调制升压，然后通过晶闸管逆 变装置，将电动机转差率反馈到电动机的附加绕组。其中关键技术就是斩 波变流控制。移相式内反馈调速，产生大量的感性无功功率和高次谐波电 流，斩波控制从根本上解决了移相控制的缺点，固定晶闸管逆变器的相角，通过IGBT斩波开关的通断，控制反馈功率的大小，因而以较小功率的低 压设备控制全功率的高压电动机，功率因数提高，谐波分量减少。但是在 电动机功率较大时，受目前绝缘栅双极晶体管单管容量的限制，单只绝缘 栅双极晶体管组成的斩波开关不能满足要求，需要两只甚至多只绝缘栅双 极晶体管并联(如图2所示)，并联后的电路存在着分流后的均流的问题， 直接并联运行的绝缘栅双极晶体管斩波控制方式严重降低了系统的可靠 性。对于基建项目，采用高频斩波内反馈调速和变频调速都是可行的 方案。对于改造项目，如原负载电动机是鼠笼式的，可以采用变频调 速方案，如采用高频斩波内反馈调速，需要更换成内反馈电动机，原 来的鼠笼电机报废，增加了大量的投资，另外，更换后的电动机同原 电动机安装尺寸不匹配，还需要改造电动机安装基础，工程量较大。在水泥、冶金等高耗能行业，存在着大量的绕线式电动机，这部 分电机在进行节能改造时，如果采用变频调速方案，需要把电动机的 转子引线短接，但是如果变频器运行中出现故障，电动机改为工频运 行时，由于转子短接后的电动机不能直接启动(绕线式电动机正常启 动时，需要在转子回路串入电阻实现软启动)，需要重新把原来的绕线电机启动系统恢复，影响正常的生产并且工程投资和工程量大。如 果采用传统的串级调速方式，通过逆变变压器向电网反馈能量，虽然 可以通过斩波控制减少逆变变压器的容量，功率因数有所提高，但是 由于没有了内反馈调节线圈的绕组分布消除谐波的效果，以及与高压 电源的隔离作用，传统的串级斩波调速方式存在着对电网的谐波影响 大的问题。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于克服原串级调速电路中绝缘栅双极晶体管 并联时的均流问题，提供一种可以保证每路并联回路的绝缘栅双极晶 体管电流的大小基本一致的高压电机并联斩波和双逆变调速节能控 制器。本专利技术的第二目的在于对于绕线式电动机调速改造项目，克服采 用高频斩波内反馈调速需要更换成内反馈电动机的缺点，以及采用高 压变频需转子绕组短接但无法直接工频启动的缺点，可以保留原电动 机，提供一种可以通过逆变变压器同时能够降低谐波影响，不用再增 加滤波装置的高压电机并联斩波和双逆变调速节能控制器。本专利技术的第三目的在于可以实现多台调速装置的并联运行的高压 电机并联斩波和双逆变调速节能控制器。本专利技术的目的是这样实现的 一种高压电机并联斩波和双逆变调 速节能控制器，其特征在于所述控制器包括并联斩波器和双重逆变 器，所述并联斩波器包括平波电抗器Ll、 L2，绝缘栅双极晶体管Sl、 S2，快恢复二极管D1、 D2和电容器C1、 C2，所述平波电抗器L1和L2 的一端并联一起接到并联斩波器输入正极端(Pl)，平波电抗器L1的另一 端同绝缘栅双极晶体管Sl正端和快恢复二极管Dl的阳极连接，平波 电抗器L2的另一端同绝缘栅双晶体管S2正端和快恢复二极管D2的 阳极连接，快恢复二极管D1的阴极与电容器C1的正端连接一起接到 并联斩波器输出的正极端(P2)，快恢复二极管D2的阴极与电容器 C2的正端连接一起接到并联斩波器输出的正极端(P2)，绝缘栅双晶 体管Sl的负端和绝缘栅双极型晶体管S2的负端与电容器Cl的负端 和电容器C2的负端连接一起接到并联斩波器输出的负极端(E)，所述双重逆变器包括两个独立的逆变器Ql、 Q2和一个双逆变三绕组 变压器T，所述两个独立的逆变器Ql、 Q2并联连接，逆变器Ql包括6 支晶闸管Q11 Q16和一个电抗器L3，晶闸管Qll的阳极、晶闸管Q13 的阳极和晶闸管Q15的阳极共同连接在一起，连接到电抗器L3的输出 端；晶闸管Q14的阴极和晶闸管Q16的阴极和晶闸管Q12的阴极共 同连接在一起，连接到双重逆变器的输入负极端(E端)；晶闸管Qll 的阴极和晶闸管Q14的阳极共同连接在一起、晶闸管Q13的阴极和晶 闸管Q16的阳极共同连接在一起以及晶闸管Q15的阴极和晶闸管Q12 的阳极共同连接在一起分别构成逆变器Q1的三相交流输出端(Al、 Bl、 Cl)，相同结构的逆变器Q2包括6支晶闸管Q21 Q26和一个电抗器L4，晶闸管的Q 21阳极、晶闸管Q23的阴极和晶闸管Q25的阳极共同连接在 一起，连接到电抗器L4的输出端；晶闸管Q24的阴极、晶闸管Q26的阴 极和晶闸管Q22的阴极共同连接在一起，连接到双重逆变部分的输入负 极端(E端)；晶闸管Q21的阴极和晶闸管Q24的阳极共同连接在一 起、晶闸管Q23的阴极和晶闸管Q26的阳极共同连接在一起以及晶闸 管Q25的阴极和晶闸管Q22的阳极共同连接在一起分别构成逆变器 Q2的三相交流输出端(A2、 B2、 C2)，逆变器Ql的电抗器L3的输入端和逆变器Q2的电抗器L4的输 入端共同连接在一起，连接到双重逆变器的输入正极端(P2端)。所述双重逆变器的输入正极端(P2端)和输入负极端(E)分别 同并联斩波器的输出正极端(P2)和输出负极端(E)连接，所述双逆变三绕组变压器T有三套绕组，其中高压侧有一套绕组， 三相接成Y形，连接到高压电动机电源入口侧U、 V、 W，低压侧有两套 绕组， 一套绕组Tql三相接成Y形，连接到逆变器Q1的三相交流输出端 (Al、 Bl、 Cl)，另一套绕组Tq2三相接成A形，连接到逆变器Q2的三 相交流输出端(A2、 B2、 C2)，所述低压侧的两套绕组Tql和Tq2设计为移相绕组，相位相差60° 。本专利技术具有如下优点1、采用本专利技术绝缘栅双极晶体管并联技术，可以保证每路并联回 路的电流的大小基本一致，解决了原并联电路中绝缘栅双极晶体管并 联时的均流问题，确保每只IGBT的安全运行。2、 对于绕线式电动机调速改造项目，可以保留原电动机，利用本 调速系统中的一台三绕组移相式逆变变压器，把能量反馈到电动机的 电源入口侧，克服了采用高频斩波内反馈调速更换成内反馈电动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压电机并联斩波和双逆变调速节能控制器，其特征在于所述控制器包括并联斩波器和双重逆变器，　所述并联斩波器包括平波电抗器Ｌ１、Ｌ２，绝缘栅双极晶体管Ｓ１、Ｓ２，快恢复二极管Ｄ１、Ｄ２和电容器Ｃ１、Ｃ２，所述平波电抗器Ｌ１和Ｌ２的一端并联一起接到并联斩波器输入正极端（Ｐ１），平波电抗器Ｌ１的另一端同绝缘栅双极晶体管Ｓ１正端和快恢复二极管Ｄ１的阳极连接，平波电抗器Ｌ２的另一端同绝缘栅双晶体管Ｓ２正端和快恢复二极管Ｄ２的阳极连接，快恢复二极管Ｄ１的阴极与电容器Ｃ１的正端连接一起接到并联斩波器输出的正极端（Ｐ２），快恢复二极管Ｄ２的阴极与电容器Ｃ２的正端连接一起接到并联斩波器输出的正极端（Ｐ２），绝缘栅双晶体管Ｓ１的负端和绝缘栅双极型晶体管Ｓ２的负端与电容器Ｃ１的负端和电容器Ｃ２的负端连接一起接到并联斩波器输出的负极端（Ｅ），　所述双重逆变器包括两个独立的逆变器Ｑ１、Ｑ２和一个双逆变三绕组变压器Ｔ，所述两个独立的逆变器Ｑ１、Ｑ２并联连接，逆变器Ｑ１包括６支晶闸管Ｑ１１～Ｑ１６和一个电抗器Ｌ３，晶闸管Ｑ１１的阳极、晶闸管Ｑ１３的阳极和晶闸管Ｑ１５的阳极共同连接在一起，连接到电抗器Ｌ３的输出端；晶闸管Ｑ１４的阴极和晶闸管Ｑ１６的阴极和晶闸管Ｑ１２的阴极共同连接在一起，连接到双重逆变器的输入负极端（Ｅ端）；晶闸管Ｑ１１的阴极和晶闸管Ｑ１４的阳极共同连接在一起、晶闸管Ｑ１３的阴极和晶闸管Ｑ１６的阳极共同连接在一起以及晶闸管Ｑ１５的阴极和晶闸管Ｑ１２的阳极共同连接在一起分别构成逆变器Ｑ１的三相交流输出端（Ａ１、Ｂ１、Ｃ１），　相同结构的逆变器Ｑ２包括６支晶闸管Ｑ２１～Ｑ２６和一个电抗器Ｌ４，晶闸管的Ｑ２１阳极、晶闸管Ｑ２３的阴极和晶闸管Ｑ２５的阳极共同连接在一起，连接到电抗器Ｌ４的输出端；晶闸管Ｑ２４的阴极、晶闸管Ｑ２６的阴极和晶闸管Ｑ２２的阴极共同连接在一起，连接到双重逆变部分的输入负极端（Ｅ端）；晶闸管Ｑ２１的阴极和晶闸管Ｑ２４的阳极共同连接在一起、晶闸管Ｑ２３的阴极和晶闸管Ｑ２６的阳极共同连接在一起以及晶闸管Ｑ２５的阴极和晶闸管Ｑ２２的阳极共同连接在一起分别构成逆变器Ｑ２的三相交流输出端（Ａ２、Ｂ２、Ｃ２），　逆变器Ｑ１的电抗器Ｌ３的输入端和逆变器Ｑ２的电抗器Ｌ４的输入端共同连接在一起，连接到双重逆变器的输入正极端（Ｐ２端），　所述双重逆变器的输入正极端（Ｐ２端）和输入负极端（Ｅ）分别同并联斩波器的输出正极端（Ｐ２）和输...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张建兴，殷祥芬，
申请(专利权)人：江苏方程电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]