專利名稱：多脈波整流的大功率直流電機調(diào)速裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種直流電機機輔助裝置，尤其是一種多脈波整流的直流電機調(diào)速裝置，屬于拖動控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)采用六脈波整流裝置對大功率直流電機供電，該脈波的整流控制系統(tǒng)對電網(wǎng)仍有5、7、11次諧波污染，其幅值分別為基波的16.91%、4. 11%&5^8%。國家規(guī)定在0. 38KV電網(wǎng)電壓畸變率限值4%，而實測電網(wǎng)電壓畸變率達(dá)11.65%，遠(yuǎn)超過國家電網(wǎng)的要求。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于針對上述存在的缺陷，提出一種多脈波整流的大功率直流電機調(diào)速裝置，通過增加整流電路相數(shù)，來達(dá)到減小系統(tǒng)諧波的目的。本實用新型所采用的技術(shù)方案為多脈波整流的大功率直流電機調(diào)速裝置，移相變壓器的每組副邊上各接一套三相晶間管橋式整流裝置，每套整流裝置的輸出端經(jīng)過一個平衡電抗器，形成的具有脈波數(shù)為18或M或30的電壓信號經(jīng)濾波電抗器濾波向大功率直流電機供電，并通過霍爾傳感器、測速發(fā)電機，檢測電機的轉(zhuǎn)速、電流，將檢測到的轉(zhuǎn)速信號、電流信號經(jīng)濾波電路、調(diào)理電路，分別輸入到單片機，在單片機中經(jīng)過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器及電流調(diào)節(jié)器計算，得到當(dāng)前晶閘管觸發(fā)角α，同時產(chǎn)生多路觸發(fā)信號，實現(xiàn)多脈波整流的直流電機轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制。本實用新型所采用的技術(shù)方案還包括對于18脈波整流裝置，移相變壓器采用延邊三角形的移相方式輸出移相為 +20°、0°及-20°的三組三相電壓信號，使副邊對應(yīng)繞組的各相鄰電壓間依次相差20° ； 對于M脈波的整流裝置，移相變壓器采用延邊三角形的移相方式輸出移相為+22. 5°、 +7.5°、-7. 5°及-22. 5°的四組三相電壓信號，使副邊對應(yīng)繞組的各相鄰電壓間依次相差 15° ；對于30脈波整流裝置，移相變壓器采用延邊三角形的移相方式輸出移相為+24°、 +12°、0°、-12°、-24°的五組三相電壓信號，使副邊對應(yīng)繞組的各相鄰電壓間依次相差 12°。移相變壓器的原邊三相電壓采集后，經(jīng)過電壓調(diào)理電路、過零檢測電路后，輸入到單片機，利用軟件鎖相技術(shù)計算出三相電壓信號的過零點，經(jīng)過延時運算將每相電壓的過零點分別移相，以得多脈波整流系統(tǒng)中各整流裝置輸入相電壓的過零點。各移向電壓的過零點與晶閘管觸發(fā)角α相結(jié)合，在單片機內(nèi)經(jīng)運算生成與移向電壓組數(shù)相同的多組pwm信號，然后經(jīng)過光電隔離單元、功率放大電路驅(qū)動脈沖變壓器組， 同時形成多路晶閘管觸發(fā)脈沖輸入到對應(yīng)整流裝置的晶閘管門極，控制晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷。單片機內(nèi)部外設(shè)與單片機通信得當(dāng)前轉(zhuǎn)速給定值，顯示當(dāng)前的轉(zhuǎn)速信息；同時利用霍爾傳感器檢測電樞電流、測速發(fā)電機檢測轉(zhuǎn)速，將測得的轉(zhuǎn)速、電流信號經(jīng)過濾波、調(diào)理后，輸入到單片機的指定管腳，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，與電壓、電流給定值比較，經(jīng)過雙閉環(huán)運算得到當(dāng)前整流裝置的觸發(fā)角α。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點是大大減小了對電網(wǎng)的諧波危害，以對脈波為例，系統(tǒng)最低次諧波電流為23次、25次，僅占基波電流的2. 25%及2. 02%，總電流畸變率3. 23% ；最低次諧波電壓為23次、25次，總電壓畸變率為2.5%。將傳統(tǒng)的6脈波擴大到1擬4或30脈波，電機運行更平穩(wěn)，電機使用壽命增加。減小了每套整流裝置的容量，利于其成套生產(chǎn)。移相變壓器設(shè)計簡單，運行穩(wěn)定。采用本專利不用在網(wǎng)側(cè)設(shè)計無功補償及濾波裝置，節(jié)省了補償及濾波設(shè)備的成本及運行費用。

圖1是18脈波整流的大功率直流電機調(diào)速裝置電路框圖。圖2是M脈波整流的大功率直流電機調(diào)速裝置電路框圖。圖3是30脈波整流的大功率直流電機調(diào)速裝置電路框圖。圖4是電壓采樣電路圖。圖5是電壓信號調(diào)理電路圖。圖6是相電壓過零檢測電路圖。圖7是三相晶閘管整流裝置示意圖。圖 1、圖 2、圖 3 中的 SW1、SW2-高壓開關(guān)，PSTa, PSTbl、PSTb2、PSTcl、PSTc2_ 移相變壓器，BRIGl、BRIG2、BRIG3、BRIG4、BRIG5-晶閘管整流裝置，LlA L5A、LlB L5B-平衡電抗器，L-濾波電抗器，M-大功率直流電機，TG-測速發(fā)電機，HS-霍爾傳感器， TLP521-3 (TLP521-4或TLP5214)-具有指定個數(shù)3或4或5光電耦合器的單元模塊，P_3P_4 或P-5-多個整理裝置中晶閘管觸發(fā)脈沖信號，Pl P5-單個整流裝置中晶閘管觸發(fā)脈沖信號。
具體實施方式
本實用新型是多脈波整流的大功率直流電機調(diào)速裝置，移相變壓器PSTa或 PSTbU PSTM或PSTcl、PSTc2的每組副邊上各接一套三相晶閘管橋式整流裝置BRIG1、 BRIG2、BRIG3或BRIGl BRIG4或BRIGl BRIG5，每套整流裝置的輸出端經(jīng)過一個平衡電抗器LlA L3A、LlB UB或LlA L5A、LlB L5B，形成的具有規(guī)定脈波數(shù)18或M或 30的電壓信號經(jīng)濾波電抗器L濾波向大功率直流電機M供電，并通過霍爾傳感器HS、測速發(fā)電機TG檢測電機的轉(zhuǎn)速、電流，將檢測到的轉(zhuǎn)速信號η、電流信號i經(jīng)相關(guān)濾波電路、調(diào)理電路，分別輸入到單片機，在單片機中經(jīng)過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器及電流調(diào)節(jié)器相應(yīng)計算，得到當(dāng)前晶閘管觸發(fā)角α，同時產(chǎn)生多路觸發(fā)信號，實現(xiàn)多脈波整流的直流電機轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制。對于18脈波整流系統(tǒng)，移相變壓器PSTa采用延邊三角形的移相方式輸出移相 +20°、0°及-20°的三組三相電壓信號，使副邊對應(yīng)繞組的各相鄰電壓間依次相差20° ； 對于M脈波的整流系統(tǒng)，移相變壓器PSTbl、PSTb2采用延邊三角形的移相方式輸出移相 +22.5°、+7.5°、-7. 5°及-22. 5°的四組三相電壓信號，使副邊對應(yīng)繞組的各相鄰電壓間依次相差15° ；對于30脈波整流系統(tǒng)，移相變壓器PSTcl、PSTc2采用延邊三角形的移相方式輸出移相+24°、+12°、0°、-12°、-24°的五組三相電壓信號，使副邊對應(yīng)繞組的各相鄰電壓間依次相差12°，在相位及相序上滿足多脈波18、24、30脈波整流要求。對一臺移相變壓器PSTa或PSTbl或PSTcl的原邊三相電壓進行采集，并經(jīng)過電壓調(diào)理電路、過零檢測電路后，輸入到單片機，在其內(nèi)部利用軟件鎖相技術(shù)計算出三相電壓信號的過零點，并經(jīng)過延時運算將每相電壓的過零點分別移相+20°、0°、-20°或+22. 5°、 +7.5°、-7. 5°、-22. 5° 或+24°、+12°、-12°、-24°，以得到多脈波 18 或 24 或 30 脈波整流系統(tǒng)中各整流裝置輸入相電壓的過零點。將各移向電壓的過零點與晶閘管觸發(fā)角α相結(jié)合，在單片機內(nèi)經(jīng)運算生成與移向電壓組數(shù)相同的多組pwm信號，然后經(jīng)過光電隔離單元TLP521-3或TLP521-4或 TLP521-5、功率放大電路驅(qū)動脈沖變壓器組，同時形成多路晶間管觸發(fā)脈沖P-3或P-4或 P-5輸入到對應(yīng)整流裝置的晶閘管門極，控制晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷。利用單片機內(nèi)部外設(shè)與單片機通信得到當(dāng)前轉(zhuǎn)速給定值，利用單片機內(nèi)部的資源驅(qū)動LCD顯示當(dāng)前的轉(zhuǎn)速信息；同時利用霍爾傳感器檢測電樞電流I、測速發(fā)電機檢測轉(zhuǎn)速 n，將測得的轉(zhuǎn)速、電流信號經(jīng)過濾波、調(diào)理后，輸入到單片機的指定管腳，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，與電壓、電流給定值比較，經(jīng)過雙閉環(huán)運算得到當(dāng)前整流裝置的觸發(fā)角α。對照附圖2，移相變壓器PSTbl的兩副邊接三相晶閘管整流裝置BRIGl BRIG2， 移相變壓器PSTb2的兩副邊接三相晶閘管整流裝置BRIG3 BRIG4，整流裝置BRIGl BRIG4的輸出端分別接平衡電抗器，將電流整合成具有M脈波后經(jīng)濾波電抗器L向直流電機M供電；同時配有霍爾傳感器HS及測速電機TG檢測電機的電流及轉(zhuǎn)速。工作過程將經(jīng)平衡電抗器均流控制后的具有M脈波的電壓信號向大功率直流電機供電，將霍爾傳感器及測速發(fā)電機測得的轉(zhuǎn)速信號經(jīng)過濾波、調(diào)理后，輸入到 MSP430F2612的P6. 0及P6. 1管腳，在單片機內(nèi)部經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后與由上位機得到的給定值比較運算后得到當(dāng)前晶閘管的觸發(fā)角α ；同時采集到的三相電壓信號經(jīng)過濾波、放大后輸入到單片機內(nèi)部，利用軟件鎖相得到三相電壓的過零點，進而移相得到多路整流裝置輸入電壓的過零點；結(jié)合觸發(fā)角α及各移相電壓的過零點，形成晶閘管的觸發(fā)脈沖，對晶閘管進行控制，實現(xiàn)直流電機轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制。
權(quán)利要求1.多脈波整流的大功率直流電機調(diào)速裝置，其特征在于移相變壓器的每組副邊上各接一套三相晶間管橋式整流裝置，每套整流裝置的輸出端經(jīng)過一個平衡電抗器，形成的具有脈波數(shù)為18或?qū)?0的電壓信號經(jīng)濾波電抗器濾波向大功率直流電機供電，并通過霍爾傳感器、測速發(fā)電機，檢測電機的轉(zhuǎn)速、電流，將檢測到的轉(zhuǎn)速信號、電流信號經(jīng)濾波電路、 調(diào)理電路，分別輸入到單片機，在單片機中經(jīng)過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器及電流調(diào)節(jié)器計算，得到當(dāng)前晶閘管觸發(fā)角α，同時產(chǎn)生多路觸發(fā)信號，實現(xiàn)多脈波整流的直流電機轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多脈波整流的大功率直流電機調(diào)速裝置，其特征在于對于 18脈波整流裝置，移相變壓器采用延邊三角形的移相方式輸出移相為+20°、0°及-20° 的三組三相電壓信號，使副邊對應(yīng)繞組的各相鄰電壓間依次相差20° ；對于M脈波的整流裝置，移相變壓器采用延邊三角形的移相方式輸出移相為+22. 5°、+7.5°、-7. 5° 及-22.5°的四組三相電壓信號，使副邊對應(yīng)繞組的各相鄰電壓間依次相差15° ；對于30脈波整流裝置，移相變壓器采用延邊三角形的移相方式輸出移相為+24°、+12°、 0°、-12°、-24°的五組三相電壓信號，使副邊對應(yīng)繞組的各相鄰電壓間依次相差12°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多脈波整流的大功率直流電機調(diào)速裝置，其特征在于各移向電壓的過零點與晶閘管觸發(fā)角α相結(jié)合，在單片機內(nèi)經(jīng)運算生成與移向電壓組數(shù)相同的多組pwm信號，然后經(jīng)過光電隔離單元、功率放大電路驅(qū)動脈沖變壓器組，同時形成多路晶閘管觸發(fā)脈沖輸入到對應(yīng)整流裝置的晶閘管門極，控制晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多脈波整流的大功率直流電機調(diào)速裝置，其特征在于單片機內(nèi)部外設(shè)與單片機通信得當(dāng)前轉(zhuǎn)速給定值，顯示當(dāng)前的轉(zhuǎn)速信息；同時利用霍爾傳感器檢測電樞電流、測速發(fā)電機檢測轉(zhuǎn)速，將測得的轉(zhuǎn)速、電流信號經(jīng)過濾波、調(diào)理后，輸入到單片機的指定管腳，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，與電壓、電流給定值比較，經(jīng)過雙閉環(huán)運算得到當(dāng)前整流裝置的觸發(fā)角α。
專利摘要本實用新型提出一種多脈波整流的大功率直流電機調(diào)速裝置，移相變壓器的每組副邊上各接一套三相晶閘管橋式整流裝置，每套整流裝置的輸出端經(jīng)過一個平衡電抗器，形成的具有脈波數(shù)為18或24或30的電壓信號經(jīng)濾波電抗器濾波向大功率直流電機供電，通過霍爾傳感器、測速發(fā)電機，將檢測到的轉(zhuǎn)速信號、電流信號經(jīng)濾波電路、調(diào)理電路，分別輸入到單片機，經(jīng)計算，得到當(dāng)前晶閘管觸發(fā)角α，同時產(chǎn)生多路觸發(fā)信號，實現(xiàn)多脈波整流的直流電機轉(zhuǎn)、電流雙閉環(huán)控制；大大減小了對電網(wǎng)的諧波危害，電機運行更平穩(wěn)，電機使用壽命增加，減小了每套整流裝置的容量，利于其成套生產(chǎn)。
文檔編號H02P7/28GK202168026SQ201120102470
公開日2012年3月14日 申請日期2011年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者姚建青, 張永平, 徐峻濤, 路茂增, 馬西庚 申請人:東營愛特機電技術(shù)有限責(zé)任公司