專利名稱：用于電動(dòng)機(jī)的連續(xù)變頻變壓的軟啟動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電力電子控制設(shè)備，更具體地說，本實(shí)用新型涉及一種用于 電動(dòng)機(jī)的連續(xù)變頻變壓的軟啟動(dòng)器。
背景技術(shù)：
在目前的工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行中，因?yàn)榇箅妱?dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流太大，使電網(wǎng)難以承受，所以 常需加一套軟啟動(dòng)器。常用的軟啟動(dòng)器實(shí)際上就是一套由晶閘管組成的降壓器。隨著電壓 的降低，雖然啟動(dòng)電流可以減小，但啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也大大減小，對(duì)較重負(fù)載難以啟動(dòng)。最好是在 降壓的同時(shí)能降低頻率，因?yàn)榻档皖l率能使電動(dòng)機(jī)的磁場增強(qiáng)，從而提高轉(zhuǎn)矩。而從減少對(duì) 電網(wǎng)沖擊和提高電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定性兩者需求角度考慮，這種變頻變壓要求能夠連續(xù)調(diào)節(jié)(或近 于連續(xù)調(diào)節(jié))。雖然利用晶閘管的不同接法會(huì)產(chǎn)生若干級(jí)不同的頻率，但因?yàn)榧?jí)數(shù)太少，常 不能滿足軟啟動(dòng)的要求。因此有時(shí)只好采用昂貴的變頻器來代替啟動(dòng)器。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種用于電動(dòng)機(jī)的 連續(xù)變頻變壓的軟啟動(dòng)器。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供一種用于電動(dòng)機(jī)的連續(xù)變 頻變壓的軟啟動(dòng)器，包括與三相電網(wǎng)電源相連的機(jī)械開關(guān)Kl ；該軟啟動(dòng)器還包括由逆變器 與全控型高頻電子開關(guān)Kd組成的串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路與電容Ctl并聯(lián)在一個(gè)三相二極管 整流橋輸出兩端；所述機(jī)械開關(guān)Ki連接于三相二極管整流橋輸入端；所述逆變器由六組晶 閘管Thl，1’ Th6，6’組成3對(duì)橋臂，每個(gè)橋臂均由兩個(gè)反并的晶閘管組成；3對(duì)橋臂的上 下橋臂的中點(diǎn)分別弓I出導(dǎo)線并經(jīng)機(jī)械開關(guān)K4連接至三相異步電機(jī)。本實(shí)用新型中，所述逆變器中橋臂的連接方式為Thl與Thl’反并、Th4與Th4’反 并，兩者串聯(lián)后組成第一對(duì)橋臂；Th2與Th2’反并、Th5與Th5’反并，兩者串聯(lián)后組成第二 對(duì)橋臂；Th3與Th3，反并、Th6與Th6，反并，兩者串聯(lián)后組成第三對(duì)橋臂。本實(shí)用新型中，還包括電感Ltl的設(shè)置，是下述設(shè)置形式中的任意一種A 電感Ltl有三只，并列設(shè)置于機(jī)械開關(guān)Kl與三相二極管整流橋輸入端之間的三 根導(dǎo)線上；B 電感Ltl有一只，設(shè)置于三相二極管整流橋的輸出端與電容Ctl之間的導(dǎo)線上。本實(shí)用新型中，所述三相異步電機(jī)連接至一個(gè)機(jī)械開關(guān)K2，機(jī)械開關(guān)K2與所述機(jī) 械開關(guān)Kl通過同一組導(dǎo)線連接至三相電網(wǎng)電源，三只電感Ltl并列設(shè)置與該組導(dǎo)線之上。本實(shí)用新型中，所述全控型高頻電子開關(guān)Kd具有以下任意一種構(gòu)成形式A 由一個(gè)高頻電子開關(guān)串聯(lián)在整流橋輸出的任一端；B 由多個(gè)芯片串聯(lián)并封裝在一個(gè)模塊中成為一只高壓開關(guān)，接在整流橋輸出的任
一端；C 由多個(gè)高頻電子開關(guān)串聯(lián)成一個(gè)高壓開關(guān)，接在整流橋輸出的任一端；
3[0014]D 由兩組高壓高頻電子開關(guān)組成，二者工作于同樣頻率和相同相位；作為兩個(gè) Kd/2串聯(lián)于逆變器的兩端，即各自接于三相二極管整流橋的兩端。本實(shí)用新型中，所述機(jī)械開關(guān)K4與三相異步電機(jī)之間設(shè)置一只LC濾波器。本實(shí)用新型中，還包括一組雙向電子開關(guān)ThD、ThE、ThF，分別串聯(lián)接于3對(duì)橋臂的 上下橋臂的中點(diǎn)與機(jī)械開關(guān)K4之間，雙向電子開關(guān)ThD、ThE、ThF均由兩個(gè)反并晶閘管組 成。本實(shí)用新型中，所述三相異步電機(jī)另行通過導(dǎo)線連接至三相電源，該導(dǎo)線上設(shè)有 一個(gè)機(jī)械開關(guān)K3，其兩端并聯(lián)有一組雙向電子開關(guān)ThA、ThB、Thc,雙向電子開關(guān)ThA、ThB、Thc 均由兩個(gè)反并晶閘管組成；ThA、ThB、ThC與ThD、ThE、ThF這兩組開關(guān)是連鎖的，兩者不允 許同時(shí)導(dǎo)通，二者形成電子切換開關(guān)。本實(shí)用新型中，所述軟啟動(dòng)器安裝于所述三相異步電機(jī)的機(jī)殼內(nèi)部，該三相異步 電機(jī)成為能連續(xù)變頻變壓啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型提出了用逆變器的方波電壓啟動(dòng)和在電網(wǎng)正弦波電壓下運(yùn)行的創(chuàng)新 思想，實(shí)現(xiàn)這一創(chuàng)新思想的基本方案是采用一只全控型電子開關(guān)Kd和反向并聯(lián)晶閘管組 成的逆變橋臂，使啟動(dòng)器具有較高性能。過改變上述逆變器的驅(qū)動(dòng)頻率可以實(shí)現(xiàn)變頻，通過 改變上述Kd的占空比可以實(shí)現(xiàn)變壓，同時(shí)連續(xù)改變驅(qū)動(dòng)頻率和占空比可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)變頻 變壓。本實(shí)用新型僅用一只全控型電了開關(guān)Kd(或上下各接半只，Kd/2,，即兩只開關(guān)各 自承擔(dān)一半電壓)就能同時(shí)起到調(diào)壓、關(guān)斷逆變器晶閘管、和在需要保護(hù)時(shí)切斷主電路等 三個(gè)作用。同時(shí)因?yàn)椴捎镁чl管逆變器使線路簡單可靠，成本較低。本實(shí)用新型提出了完整的切換電路，可以在軟啟動(dòng)電源和三相電網(wǎng)電源之間進(jìn)行 電子式切換，具有下列功能1，一套軟啟動(dòng)器可以分時(shí)啟動(dòng)兩臺(tái)或更多臺(tái)電動(dòng)機(jī)；2，兩套 軟啟動(dòng)器可以供給一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，一套在用，另一套備用；3，軟啟動(dòng)器的輸入、輸出端分別接 了機(jī)械式開關(guān)K1、K4，可以保證啟動(dòng)完成后啟動(dòng)器不帶高電位，不會(huì)造成意外人身安全事 故，必要時(shí)還可另加連鎖的接地裝置；4，可以進(jìn)行在線檢查維修；5，電子切換開關(guān)有故障 時(shí)可以用機(jī)械式開關(guān)替代；…等。但開關(guān)用得多會(huì)增加成本，根據(jù)用戶的需要可以增減其 中的一些開關(guān)。最少時(shí)可只用一只機(jī)械式開關(guān)和一套電子式開關(guān)提供電子式切換，或者只 用兩只機(jī)械式開關(guān)提供機(jī)械式切換，用戶在使用時(shí)具有相當(dāng)大的靈活性。

圖1為連續(xù)變頻變壓軟啟動(dòng)器原理電路圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)描述本實(shí)用新型中的用于電動(dòng)機(jī)的連續(xù)變頻變壓的軟啟動(dòng)器如圖1所示。該軟啟動(dòng)器 包括與三相電網(wǎng)電源串聯(lián)的機(jī)械開關(guān)Kl與電感L0，其特征在于，該軟啟動(dòng)器還包括由六組 晶閘管Thl，1’ Th6，6’構(gòu)成的逆變器與全控型高頻電子開關(guān)Kd組成的串聯(lián)電路，該串聯(lián) 電路與一個(gè)電容并聯(lián)在一個(gè)三相二極管整流橋輸出兩端；所述電感Ltl連接于三相二極管整
4流橋輸入端；所述逆變器由3對(duì)橋臂組成，每個(gè)橋臂均由兩個(gè)反并的晶閘管組成；3對(duì)橋臂 的上下橋臂的中點(diǎn)分別引出導(dǎo)線并經(jīng)機(jī)械開關(guān)K4連接至三相異步電機(jī)。三相異步電機(jī)也 可另行連接至三相電網(wǎng)電源。該逆變器工作于三相方波電壓，其橋臂的連接方式為Thl與Thl’反并、Th4與 Th4’反并，兩者串聯(lián)后組成第一對(duì)橋臂；Th2與Th2’反并、Th5與Th5’反并，兩者串聯(lián)后組 成第二對(duì)橋臂；Th3與Th3’反并、Th6與Th6’反并，兩者串聯(lián)后組成第三對(duì)橋臂。全控型高頻電子開關(guān)Kd可選擇SEMIKR0N公司生產(chǎn)的SKM145GB176D型號(hào)的產(chǎn)品， 全控型高頻電子開關(guān)Kd在電壓較高時(shí)是由多個(gè)芯片串聯(lián)并封裝在一個(gè)模塊中，或者由多 個(gè)高頻電子開關(guān)串聯(lián)成一個(gè)開關(guān)。全控型高頻電子開關(guān)Kd可以作為兩個(gè)開關(guān)，每個(gè)為Kd/2 串聯(lián)于逆變器輸入的兩端，即各自接于三相二極管整流橋輸出的兩端；也可以合在一起成 為一只開關(guān)，接在整流橋輸出的任一端。全控型高頻電子開關(guān)Kd起了三個(gè)作用1，改變高頻電子開關(guān)Kd的占空比可以改變 電壓；2，可以關(guān)斷逆變器的晶閘管使之換流；3，當(dāng)逆變器和負(fù)載出現(xiàn)過流、過壓、過熱、短 路等故障時(shí)迅速切斷電路，起到保護(hù)作用。全控型高頻電子開關(guān)Kd可以是低壓的，也可以 是高壓的。軟啟動(dòng)器中，還可以包括一組雙向電子開關(guān)ThD、ThE、ThF，分別串聯(lián)接于3對(duì)橋臂 的上下橋臂的中點(diǎn)與機(jī)械開關(guān)K4之間，雙向電子開關(guān)ThD、ThE、ThF均由兩個(gè)反并晶閘管組 成。同時(shí)，在所述三相異步電機(jī)另行連接至三相電網(wǎng)電源的線路上時(shí)可以設(shè)有一個(gè)機(jī) 械開關(guān)K3，其兩端并聯(lián)有一組雙向電子開關(guān)ThA、ThB, ThC，雙向電子開關(guān)ThA、ThB, ThC均 由兩個(gè)反并晶閘管組成。利用ThA、ThB, ThC和ThD、ThE、ThF可以在軟啟動(dòng)電源和三相電 網(wǎng)電源之間進(jìn)行電子式切換。K1、K2、K3、K4為機(jī)械式開關(guān)，ThA、ThB、ThC、和ThD、ThE、ThF為雙向電子開關(guān)。這 些開關(guān)的繼電動(dòng)作關(guān)系如下1，長期停機(jī)不用時(shí)，1(1、1(2、1(3、1(4全部斷開，所有晶閘管及1((1也全部斷開；2，電子式切換啟動(dòng)前合上1(1、1(2、1(4，導(dǎo)通1110、11^、11^，按變頻變壓方式啟動(dòng)， 啟動(dòng)完成后斷開逆變器、ThD、ThE、ThF和高頻電子開關(guān)Kd的觸發(fā)，在電壓過零時(shí)導(dǎo)通ThA、 ThB、ThC，這樣就完成了電子式切換。這種轉(zhuǎn)換很快，而且合閘平穩(wěn)。接著斷開K1、K4，其后 再合上Κ3，這是輔助動(dòng)作。也可省去Κ3，而讓ThA、ThB、ThC —直工作，代替Κ3。進(jìn)一步還 可省去K2，也一并用ThA、ThB、ThC代替，但此時(shí)應(yīng)將ThA、ThB、ThC接在Kl的后面，讓Kl既 切斷軟啟動(dòng)器又切斷ThA、ThB、ThC。上述切換完成后，能量從電網(wǎng)流入電動(dòng)機(jī)，而不能從電動(dòng)機(jī)流向電網(wǎng)，在電動(dòng)機(jī)減 速時(shí)不能將電動(dòng)機(jī)和負(fù)載的動(dòng)能(機(jī)械能)轉(zhuǎn)變成電能流向電網(wǎng)，因此上面沒有考慮逆向 切換問題。但有的用戶有逆向切換的要求。逆向切換就是將原來接在電網(wǎng)上的電動(dòng)機(jī)切換 到逆變器上。3，逆向切換在需要逆向切換的場合，考慮如下由于電動(dòng)機(jī)不能同時(shí)接到矩形 波的逆變器電源和正弦波的電網(wǎng)，因此必須采用電子式開關(guān)從電網(wǎng)正弦波快速切換到逆變 器矩形波電源。本實(shí)用新型中采取下述第一、第二兩個(gè)階段。第一，準(zhǔn)備階段電動(dòng)機(jī)原來運(yùn)行于電網(wǎng)正弦波電壓，圖1中的K1、K4都是斷開的，K2、K3是導(dǎo)通的。圖二中Κ4上串接了雙向電子開關(guān)ThD、ThE、ThF，它們都是斷開的。切換 前首先將K3斷開，再將ΚΙ、K4合上，對(duì)逆變器供電，然后調(diào)節(jié)逆變器的頻率和電壓，使之適 應(yīng)于電動(dòng)機(jī)接入后工作于發(fā)電機(jī)狀態(tài)并有合適的電流。這種調(diào)節(jié)是由控制系統(tǒng)自動(dòng)完成 的。切換階段斷開11^、11^、111(，接著迅速導(dǎo)通1110、11^、11^。這階段也是自動(dòng)完成 的。斷開和導(dǎo)通之間留有一定死區(qū)。我們也可省去ThD、ThE、ThF，而用Kd來代替，讓Kd先 斷一下，待ThA、ThB, ThC斷開后，再迅速導(dǎo)通Kd。需要逆向切換的場合，還需采用能量可以雙向流動(dòng)的電路來代替圖1的電路。4，機(jī)械式切換利用圖1中的開關(guān)K1、K2、K3、K4、同樣可以完成切換動(dòng)作，但動(dòng)作 較慢，切換前后電動(dòng)機(jī)的速度可能已有較大變化，使切換后接入時(shí)的電流沖擊較大。一般講 不能適用于逆向切換。如果只需順向切換，不需逆向切換，則圖1中可以省去ThD、ThE、ThF。如果只需機(jī) 械式切換，則還可以省去ThA、ThB、ThC，K2、K3也可改成一套。圖1中設(shè)置了四套機(jī)械式開關(guān)和兩套電子式開關(guān)。這是充分考慮到各種需要，例 如1，一套軟啟動(dòng)器可以分時(shí)啟動(dòng)兩臺(tái)或更多臺(tái)電動(dòng)機(jī)；2，兩套軟啟動(dòng)器可以供給一臺(tái)電 動(dòng)機(jī)，一套在用，另一套備用；3，軟啟動(dòng)器的輸入、輸出端分別接了機(jī)械式開關(guān)Κ1、Κ4，可以 保證啟動(dòng)完成后它不帶高電位，不會(huì)造成意外人身安全事故，必要時(shí)還可另加連鎖的接地 裝置；4，可以進(jìn)行在線檢查維修；5，電子切換開關(guān)有故障時(shí)可以用機(jī)械式開關(guān)替代；…等。 但開關(guān)用得多會(huì)增加成本，按上面所述Κ2、Κ3，Κ4和ThD、ThE、ThF是可以省去的。多用幾 只開關(guān)可以減少操作上的錯(cuò)誤和增加某些功能。具體用幾只開關(guān)應(yīng)由設(shè)備制造廠和用戶單 位協(xié)商決定，本專利不作硬性規(guī)定。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本實(shí)用新型的具體實(shí)施例。顯然，本實(shí)用 新型不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本實(shí)用新型公開 的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種用于電動(dòng)機(jī)的連續(xù)變頻變壓的軟啟動(dòng)器，包括與三相電網(wǎng)電源相連的機(jī)械開關(guān)K1，其特征在于，該軟啟動(dòng)器還包括由逆變器與全控型高頻電子開關(guān)Kd組成的串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路與電容C0并聯(lián)在一個(gè)三相二極管整流橋輸出兩端；所述機(jī)械開關(guān)K1連接于三相二極管整流橋輸入端；所述逆變器由六組晶閘管Th1，1’～Th6，6’組成3對(duì)橋臂，每個(gè)橋臂均由兩個(gè)反并的晶閘管組成；3對(duì)橋臂的上下橋臂的中點(diǎn)分別引出導(dǎo)線并經(jīng)機(jī)械開關(guān)K4連接至三相異步電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟啟動(dòng)器，其特征在于，所述逆變器中橋臂的連接方式為 Thl與Thl，反并、Th4與Th4，反并，兩者串聯(lián)后組成第一對(duì)橋臂；Th2與Th2，反并、Th5與 Th5’反并，兩者串聯(lián)后組成第二對(duì)橋臂；Th3與Th3’反并、Th6與Th6’反并，兩者串聯(lián)后組 成第三對(duì)橋臂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟啟動(dòng)器，其特征在于，還包括電感Ltl的設(shè)置，是下述設(shè)置形 式中的任意一種A 電感Ltl有三只，并列設(shè)置于機(jī)械開關(guān)Kl與三相二極管整流橋輸入端之間的三根導(dǎo) ^^ —t- B 電感Ltl有一只，設(shè)置于三相二極管整流橋的輸出端與電容Ctl之間的導(dǎo)線上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任意一項(xiàng)所述的軟啟動(dòng)器，其特征在于，所述三相異步電機(jī)連 接至一個(gè)機(jī)械開關(guān)K2，機(jī)械開關(guān)K2與所述機(jī)械開關(guān)Kl通過同一組導(dǎo)線連接至三相電網(wǎng)電 源，三只電感Ltl并列設(shè)置與該組導(dǎo)線之上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的軟啟動(dòng)器，其特征在于，所述全控型高頻電子 開關(guān)Kd具有以下任意一種構(gòu)成形式A 由一個(gè)高頻電子開關(guān)串聯(lián)在整流橋輸出的任一端；B:由多個(gè)芯片串聯(lián)并封裝在一個(gè)模塊中成為一只高壓開關(guān)，接在整流橋輸出的任一端；C 由多個(gè)高頻電子開關(guān)串聯(lián)成一個(gè)高壓開關(guān)，接在整流橋輸出的任一端；D 由兩組高壓高頻電子開關(guān)組成，二者工作于同樣頻率和相同相位；作為兩個(gè)Kcl/2串 聯(lián)于逆變器的兩端，即各自接于三相二極管整流橋的兩端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的軟啟動(dòng)器，其特征在于，所述機(jī)械開關(guān)K4與 三相異步電機(jī)之間設(shè)置一只LC濾波器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的軟啟動(dòng)器，其特征在于，還包括一組雙向電子 開關(guān)ThD、ThE、ThF，分別串聯(lián)接于3對(duì)橋臂的上下橋臂的中點(diǎn)與機(jī)械開關(guān)K4之間，雙向電 子開關(guān)ThD、ThE、ThF均由兩個(gè)反并晶閘管組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的軟啟動(dòng)器，其特征在于，所述三相異步電機(jī)另行通過導(dǎo)線連 接至三相電源，該導(dǎo)線上設(shè)有一個(gè)機(jī)械開關(guān)K3，其兩端并聯(lián)有一組雙向電子開關(guān)ThA、ThB、 Thc，雙向電子開關(guān)ThA、ThB、Thc均由兩個(gè)反并晶閘管組成；ThA、ThB、ThC與ThD、ThE、ThF這 兩組開關(guān)是連鎖的，兩者不允許同時(shí)導(dǎo)通，二者形成電子切換開關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任意一項(xiàng)所述的軟啟動(dòng)器，其特征在于，所述軟啟動(dòng)器安裝于 所述三相異步電機(jī)的機(jī)殼內(nèi)部，該三相異步電機(jī)成為能連續(xù)變頻變壓啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及電力電子控制設(shè)備，旨在提供一種用于電動(dòng)機(jī)的連續(xù)變頻變壓的軟啟動(dòng)器。該軟啟動(dòng)器包括與三相電網(wǎng)電源相連的機(jī)械開關(guān)K1；還包括由逆變器與全控型高頻電子開關(guān)Kd組成的串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路與電容C0并聯(lián)在一個(gè)三相二極管整流橋輸出兩端；機(jī)械開關(guān)K1連接于三相二極管整流橋輸入端；逆變器由六組晶閘管Th1，1’～Th6，6’組成3對(duì)橋臂，每個(gè)橋臂均由兩個(gè)反并的晶閘管組成；3對(duì)橋臂的上下橋臂的中點(diǎn)分別引出導(dǎo)線并經(jīng)機(jī)械開關(guān)K4連接至三相異步電機(jī)。本實(shí)用新型僅用一只全控型電子開關(guān)Kd就能同時(shí)起到調(diào)壓、關(guān)斷逆變器晶閘管、和在需要保護(hù)時(shí)切斷主電路等三個(gè)作用。同時(shí)因?yàn)椴捎镁чl管逆變器使線路簡單可靠，成本較低，具有相當(dāng)大的使用靈活性。
文檔編號(hào)H02P1/30GK201690395SQ201020158218
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月13日
發(fā)明者汪槱生 申請(qǐng)人:汪槱生