專(zhuān)利名稱(chēng)：一種帶能量回饋的交流傳動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及變頻器調(diào)速領(lǐng)域，特別是涉及一種交流傳動(dòng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流電動(dòng)機(jī)的變壓變頻調(diào)速應(yīng)用越來(lái)越廣泛。當(dāng)電動(dòng) 機(jī)工作于發(fā)電狀態(tài)，即電動(dòng)機(jī)快速制動(dòng)，則能量的傳輸需要反向，會(huì)在濾波電容上累積，從 而產(chǎn)生泵升電壓。如果泵升電壓過(guò)高，會(huì)威脅系統(tǒng)的安全。在傳動(dòng)系統(tǒng)中處理泵升電壓的 方法是在單軸傳動(dòng)中，在變頻器的中間母線上加內(nèi)置或外置的制動(dòng)單元，使得多余的能量 在能耗電阻上消耗掉；在多軸傳動(dòng)中，在直流母線上加帶能耗電阻的制動(dòng)單元，將電動(dòng)機(jī)回 饋的能量消耗在制動(dòng)電阻上?，F(xiàn)有的處理方法造成了很大的能量浪費(fèi)，在制動(dòng)很頻繁的場(chǎng) 合這種問(wèn)題更突出。在處處都提倡節(jié)約、綠色環(huán)保的今天，研制出將制動(dòng)能量回饋到電網(wǎng)的 裝置非常有必要。市場(chǎng)上雖然有一些取代能耗制動(dòng)的能量回饋裝置面世，但它們都是針對(duì) 某一特殊的領(lǐng)域(如電梯、油田磕頭機(jī))，其結(jié)構(gòu)和功率都有很多的局限性，不能用在環(huán)境 更惡劣、功率更大、回饋電網(wǎng)電能的質(zhì)量要求更高的場(chǎng)合，并且這些能量回饋裝置都只考慮 了反饋到電網(wǎng)去的電能質(zhì)量問(wèn)題，沒(méi)能兼顧到電動(dòng)機(jī)在回饋狀態(tài)下的制動(dòng)效果。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種帶能量回饋的交流傳動(dòng)系統(tǒng)，本系 統(tǒng)適用面廣，還兼顧到電動(dòng)機(jī)在回饋狀態(tài)下的制動(dòng)效果。 本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是本系統(tǒng)包括無(wú)線電干擾抑制濾波器、進(jìn)線電抗 器、變頻器、能量回饋裝置和電動(dòng)機(jī)，電網(wǎng)依次通過(guò)無(wú)線電干擾抑制濾波器、進(jìn)線電抗器接 至變頻器，變頻器接至電動(dòng)機(jī)，變頻器還通過(guò)能量回饋裝置接回電網(wǎng)。能量回饋裝置包括功 率板和控制板，功率板的母線電壓輸入端接至變頻器的輸出端，功率板的脈沖信號(hào)輸入端 接至控制板的脈沖信號(hào)輸出端，功率板的母線電壓檢測(cè)輸出端接至功率板的直流電壓輸入 端，功率板的反饋電壓輸出端通過(guò)輸出濾波電路接至電網(wǎng)，輸出濾波電路通過(guò)電流輸出端 接至控制板的電流輸入端，電網(wǎng)還與控制板的交流電壓輸入端相連。 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)本傳動(dòng)系統(tǒng)因?yàn)槭褂昧霜?dú)特的能量回饋裝置，能滿(mǎn)足惡劣條 件下的應(yīng)用。就整個(gè)交流傳動(dòng)系統(tǒng)而言，用能量回饋裝置替代了以往的能耗制動(dòng)電阻，達(dá)到 了節(jié)能的目的。由于能量回饋裝置不僅考慮到輸往電網(wǎng)的電能的質(zhì)量，而且綜合考慮了能 量回饋裝置輸出電流對(duì)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)性能的影響，因此通過(guò)對(duì)輸出電流的控制可以改善電動(dòng) 機(jī)的制動(dòng)特性。

圖1為單軸傳動(dòng)，有能量回饋裝置的方案； 圖2為多軸傳動(dòng)，有能量回饋裝置的方案； 圖3為能量回饋裝置的系統(tǒng)組成及原理框圖。
具體實(shí)施方式
如圖1、圖3所示，本交流傳動(dòng)系統(tǒng)包括無(wú)線電干擾抑制濾波器、進(jìn)線電抗器、變頻 器、能量回饋裝置和電動(dòng)機(jī)。電網(wǎng)依次通過(guò)無(wú)線電干擾抑制濾波器、進(jìn)線電抗器接至變頻 器，變頻器接至電動(dòng)機(jī)，變頻器還通過(guò)能量回饋裝置接回電網(wǎng)。能量回饋裝置包括功率板和 控制板，功率板的母線電壓輸入端接至變頻器，功率板的脈沖信號(hào)輸入端接至控制板的脈 沖形成電路的輸出端，控制板的直流電壓采樣及處理電路的直流電壓采樣輸入端接至功率 板的直流電壓輸入端，功率板的輸出端通過(guò)輸出濾波電路接至電網(wǎng)，輸出濾波電路通過(guò)電 流檢測(cè)器的輸出接至控制板的電流檢測(cè)輸入端，電網(wǎng)還與控制板的交流電壓采集及處理電 路的輸入端相連。 如圖3所示，所述控制板包括脈沖形成電路、滯環(huán)比較電路、交流電壓采集及處理
電路、電流檢測(cè)及處理電路、直流電壓采樣及處理電路和輔助電源，脈沖信號(hào)輸出端接至脈
沖形成電路，脈沖形成電路與滯環(huán)比較電路、直流電壓采樣及處理電路均相連，滯環(huán)比較電
路還與電流檢測(cè)及處理電路、交流電壓采集及處理電路、直流電壓采樣及處理電路相連，電
流檢測(cè)及處理電路外接電流傳感器，交流電壓端接至交流電壓采集及處理電路，交流電壓
采集及處理電路還與直流電壓采集及處理電路相連，直流電壓采集及處理電路還外接直流
電壓輸入端，為控制板提供電源的輔助電源接有一溫控開(kāi)關(guān)。 控制板各模塊的作用是 交流電壓采集及處理電路檢測(cè)交流電壓的幅值，頻率，相位，使能量回饋的輸出 電壓的幅值高于電源幅值，頻率與電網(wǎng)頻率相同，相位與電網(wǎng)相位一致。 電流檢測(cè)及處理電路利用霍爾效應(yīng)，檢測(cè)能量回饋裝置輸出到電網(wǎng)的電流，經(jīng)過(guò) 一定的處理后，送到滯環(huán)比較電路，從而控制輸出電流的大小和幅值，以使能量回饋裝置的 輸出功率因素接近l。 滯環(huán)比較電路將脈沖形成電路形成的電流給定值與采集到的電流比較，并加入 一些補(bǔ)償電路，得到驅(qū)動(dòng)IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)的P麗(脈寬調(diào)制)波。
脈沖形成電路綜合考慮能量回饋裝置輸出電壓與電網(wǎng)同頻率、同相位，電流波形 接近正弦波，輸出功率因數(shù)為l，電動(dòng)機(jī)制動(dòng)效果最佳等因數(shù)，計(jì)算出最優(yōu)的P麗波脈沖序 列來(lái)控制IGBT的開(kāi)關(guān)。
直流電壓采樣及處理電路通過(guò)采集母線上直流電壓的大小來(lái)確定能量回饋裝置
何時(shí)投入工作，何時(shí)斷開(kāi)電網(wǎng)。以及過(guò)壓保護(hù)。
輔助電源電路提供系統(tǒng)正常工作的各路電源。 功率板包括6個(gè)IGBT，即Tl、 T2…T6， IGBT的門(mén)極和發(fā)射極均接至脈沖信號(hào)輸入 端，T1、T3、T5的發(fā)射極分別接至T2、T4、T6的集電極，二極管Dl、 D2…D6的兩端分別接至 T1、T2…T6的集電極和發(fā)射極。D1 D6為寄生在IGBT中的續(xù)流二極管。T1、T3、T5的發(fā) 射極分別接至輸出端的三相，電阻Rl、 R2和電容Cl、 C2分別串連后均接至Tl的集電極和 T2的發(fā)射極之間，Tl的集電極和T2的發(fā)射極還接至母線電壓檢測(cè)輸出端。Cl、 C2為母線 電容，R1、R2為均壓電阻。 輸出濾波電路包括依次連接的輸出濾波電抗器、電流傳感裝置、輸出濾波電容和 接觸器Ql ，輸出濾波電抗器由依次串接在三相輸出線上的電感Ll 、L2、L3組成，電流傳感裝
4置由依次接在三相輸出線上的電流傳感器S1、 S2、 S3組成，輸出濾波電容由依次接在三相 輸出線上的電容C3、C4、C5組成，接觸器Q1則通過(guò)三相輸出線接至電網(wǎng)端子，電流傳感器的 輸出還接到電流檢測(cè)及處理電路，接觸器Q1還接至交流電壓采集及處理電路。 脈沖信號(hào)輸出端和脈沖信號(hào)輸入端的連接端子為Jll、 JIO、 J12。 T1、T2的門(mén)極和 發(fā)射極接至J11，T3、T4的門(mén)極和發(fā)射極接至J10，T5、T6的門(mén)極和發(fā)射極接至J12。母線電 壓檢測(cè)輸出端和直流電壓輸入端的連接端子為Jl。交流電壓輸入端的連接端子為J5，接觸 器Ql通過(guò)連接端子J4接至交流電壓采集及處理電路。溫控開(kāi)關(guān)Kl通過(guò)連接端子J3接至 輔助電源。電流檢測(cè)及處理電路的輸入端為J6、 J7、 J8，電流傳感器Sl、 S2、 S3依次通過(guò)連 接端子J6、 J7、 J8接至電流檢測(cè)及處理電路。 如圖2所示，變頻器可包括整流裝置和逆變器，整流裝置通過(guò)直流母線接至能量 回饋裝置，直流母線還通過(guò)逆變器接至電動(dòng)機(jī)。 本系統(tǒng)的工作原理當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到母線電壓高于一定的設(shè)定值時(shí)，該電路開(kāi)始工 作，通過(guò)滯環(huán)比較及處理電路形成有規(guī)律的脈沖，該脈沖電路驅(qū)動(dòng)功率板上的6個(gè)IGBT，將 母線直流電壓逆變?yōu)槿嘟涣麟妷?。三相交流電壓?jīng)過(guò)濾波電感L1、L2、L3和濾波電容C3， C4， C5輸出到接觸器Ql ，連接到端子U， V， W上再與電網(wǎng)直接相連，此時(shí)母線電壓經(jīng)過(guò)逆變后 就接到交流電網(wǎng)，將制動(dòng)的能量反饋到電網(wǎng)上。母線電壓越高，反饋到電網(wǎng)的能量會(huì)越大； 反之，母線電壓下降到一定的設(shè)定值，該電路停止工作。 實(shí)施例1 :如圖1所示，電動(dòng)機(jī)所帶的負(fù)載是巻取機(jī)等慣性負(fù)載，當(dāng)巻取機(jī)處在減 速狀態(tài)時(shí)，鋼巻由于慣性作用使變頻器工作在發(fā)電狀態(tài)，變頻器母線電壓會(huì)升高，能量回饋 裝置在母線電壓升到一定的值時(shí)會(huì)自動(dòng)投入工作，將母線直流電壓逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率、 同相位的交流電，幅值比電網(wǎng)電壓高，這樣制動(dòng)產(chǎn)生的能量回饋給了電網(wǎng)，達(dá)到了節(jié)能的目 的；通過(guò)能量回饋裝置，可以調(diào)節(jié)回饋電流的大小和曲線，可以使電動(dòng)機(jī)達(dá)到最佳的制動(dòng)效 果。 實(shí)施例2 :如圖2所示，本傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)多個(gè)負(fù)載，電網(wǎng)依次接無(wú)線電干擾抑制濾 波器、進(jìn)線電抗器、整流裝置、直流母線、n個(gè)逆變器，每個(gè)逆變器驅(qū)動(dòng)一個(gè)電機(jī)負(fù)載，逆變器 1驅(qū)動(dòng)電機(jī)1，逆變器2驅(qū)動(dòng)電機(jī)2，……，逆變器n驅(qū)動(dòng)電機(jī)n。直流母線通過(guò)能量回饋裝 置接回電網(wǎng)。 與傳統(tǒng)的能量回饋裝置相比較，其特點(diǎn)在于傳統(tǒng)的能量回饋裝置是針對(duì)某一具 體的領(lǐng)域(如電梯、磕頭機(jī))，本能量回饋裝置可以適用于所有帶制動(dòng)回饋的地方；傳統(tǒng)的 能量回饋裝置只考慮到輸出到電網(wǎng)的電壓、電流的質(zhì)量，而沒(méi)有考慮到制動(dòng)時(shí)回饋電流對(duì) 電動(dòng)機(jī)制動(dòng)力矩的影響，本回饋裝置考慮回饋電網(wǎng)電流的質(zhì)量的同時(shí)，考慮回饋電流對(duì)電 動(dòng)機(jī)制動(dòng)力矩的影響，使回饋時(shí)制動(dòng)力矩能達(dá)到最優(yōu)。
權(quán)利要求一種帶能量回饋的交流傳動(dòng)系統(tǒng)，包括無(wú)線電干擾抑制濾波器、進(jìn)線電抗器、變頻器、能量回饋裝置和電動(dòng)機(jī)，電網(wǎng)依次通過(guò)無(wú)線電干擾抑制濾波器、進(jìn)線電抗器接至變頻器，變頻器接至電動(dòng)機(jī)，變頻器還通過(guò)能量回饋裝置接回電網(wǎng)，其特征在于能量回饋裝置包括功率板和控制板，功率板的母線電壓輸入端接至變頻器，功率板的脈沖信號(hào)輸入端接至控制板的脈沖形成電路的輸出端，控制板的直流電壓采樣及處理電路的直流電壓采樣輸入端接至功率板的直流電壓輸入端，功率板的輸出端通過(guò)輸出濾波電路接至電網(wǎng)，輸出濾波電路通過(guò)電流檢測(cè)器的輸出接至控制板的電流檢測(cè)輸入端，電網(wǎng)還與控制板的交流電壓采集及處理電路的輸入端相連。
2. 如權(quán)利要求1所述的交流傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述控制板包括脈沖形成電路、滯 環(huán)比較電路、交流電壓采集及處理電路、電流檢測(cè)及處理電路、直流電壓采樣及處理電路和 輔助電源，脈沖信號(hào)輸出端接至脈沖形成電路，脈沖形成電路與滯環(huán)比較電路、直流電壓采 樣及處理電路均相連，滯環(huán)比較電路還與電流檢測(cè)及處理電路、交流電壓采集及處理電路、 直流電壓采樣及處理電路相連，電流檢測(cè)及處理電路外接電流傳感器，交流電壓端接至交 流電壓采集及處理電路，交流電壓采集及處理電路還與直流電壓采集及處理電路相連，直 流電壓采集及處理電路還外接直流電壓輸入端，為控制板提供電源的輔助電源接有一溫控 開(kāi)關(guān)。
3. 如權(quán)利要求1所述的交流傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于功率板包括6個(gè)IGBT，即T1、T2… T6， IGBT的門(mén)極和發(fā)射極均接至脈沖信號(hào)輸入端，Tl、 T3、 T5的發(fā)射極分別接至T2、 T4、 T6 的集電極，二極管D1、 D2…D6的兩端分別接至Tl、 T2…T6的發(fā)射極和集電極，且均為正向 偏置，T1、T3、T5的發(fā)射極分別接至反饋電壓輸出端的三相，電阻R1、R2和電容C1、C2分別 串連后均接至Tl的集電極和T2的發(fā)射極之間，Tl的集電極和T2的發(fā)射極還接至母線電 壓檢測(cè)輸出端。
4. 如權(quán)利要求1所述的交流傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于輸出濾波電路包括依次連接的輸 出濾波電抗器、傳感裝置、輸出濾波電容和接觸器，輸出濾波電抗器由依次串接在三相輸出 線上的電感L1、L2、L3組成，傳感裝置由依次接在三相輸出線上的電流傳感器S1、S2、S3組 成，輸出濾波電容由依次接在三相輸出線上的電容C3、C4、C5組成，接觸器則通過(guò)三相輸出 線接至電網(wǎng)端子，電流傳感器的輸出接至電流輸出端，接觸器還接至交流電壓采集及處理 電路。
5. 如權(quán)利要求1 4中任一頂所述的交流傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于變頻器包括整流裝 置和逆變器，整流裝置通過(guò)直流母線接至能量回饋裝置，直流母線還通
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供了一種帶能量回饋的交流傳動(dòng)系統(tǒng)，本系統(tǒng)包括無(wú)線電干擾抑制濾波器、進(jìn)線電抗器、變頻器、能量回饋裝置和電動(dòng)機(jī)，電網(wǎng)依次通過(guò)無(wú)線電干擾抑制濾波器、進(jìn)線電抗器接至變頻器，變頻器接至電動(dòng)機(jī)，變頻器還通過(guò)能量回饋裝置接回電網(wǎng)。能量回饋裝置包括功率板和控制板，功率板的母線電壓輸入端接至變頻器的輸出端，功率板的脈沖信號(hào)輸入端接至控制板的脈沖信號(hào)輸出端，功率板的母線電壓檢測(cè)輸出端接至功率板的直流電壓輸入端，功率板的反饋電壓輸出端通過(guò)輸出濾波電路接至電網(wǎng)，輸出濾波電路通過(guò)電流輸出端接至控制板的電流輸入端，電網(wǎng)還與控制板的交流電壓輸入端相連。本系統(tǒng)應(yīng)用面廣，節(jié)能效率高，電動(dòng)機(jī)制動(dòng)特性好。
文檔編號(hào)H02P27/06GK201504207SQ200920227538
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月20日
發(fā)明者羅志剛 申請(qǐng)人:中冶南方(武漢)自動(dòng)化有限公司