一種開繞組異步電機(jī)的變頻控制裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種開繞組異步電機(jī)的變頻控制裝置，適用于驅(qū)動(dòng)礦井提升機(jī)等可靠性要求較高的高壓大容量場合。該裝置由隔離變壓器、熔斷器、三相電抗器、變頻器、開繞組異步電機(jī)、控制器、接觸器、三相交流電源和速度傳感器構(gòu)成。開繞組異步電機(jī)定子繞組的兩側(cè)分別連接至變頻器1和變頻器2，并通過前述中間設(shè)備連接至三相交流電源。變頻器1和變頻器2的結(jié)構(gòu)相同，整流側(cè)為二極管三相橋式不控整流器，逆變側(cè)為二極管鉗位型三電平逆變器。一方面，此裝置可通過利用較低功率等級(jí)的開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)高壓大功率變換；另一方面，此裝置具有較好的容錯(cuò)性能，當(dāng)裝置中任一變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)單變頻器工作模式，保證電機(jī)的連續(xù)不停機(jī)運(yùn)行。
【專利說明】
一種開繞組異步電機(jī)的變頻控制裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及開繞組異步電機(jī)的變頻控制裝置，尤其適用于驅(qū)動(dòng)礦井提升機(jī)等可靠性要求較高的高壓大容量場合。
【背景技術(shù)】
[0002]變頻控制裝置中的多電平變換技術(shù)具有輸出電能質(zhì)量高、功率器件電壓應(yīng)力低、開關(guān)損耗小等特點(diǎn)，在一定程度上克服了大功率開關(guān)器件耐壓不足的問題。經(jīng)過多年的發(fā)展，多電平逆變技術(shù)形成了幾種成熟的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu):鉗位型多電平逆變器，級(jí)聯(lián)式多電平逆變器以及層疊式多電平逆變器和多重疊加式逆變器等，其中，尤以二極管鉗位型三電平變換器的應(yīng)用最為廣泛。但是受限于當(dāng)前功率器件的技術(shù)參數(shù)，通常采用多個(gè)功率器件串聯(lián)的方式來提高變換器輸出電壓等級(jí)。該方式需要保證串聯(lián)的各開關(guān)器件所承受電壓相等，這就必須加入特殊的門極驅(qū)動(dòng)電路，在造成功率器件控制電路復(fù)雜化的同時(shí)，也增加了變換器的故障率。
[0003]為了進(jìn)一步提高變頻控制裝置的輸出電壓等級(jí)，同時(shí)避免多功率器件串聯(lián)，增加變頻控制裝置中的變換器的輸出電平數(shù)是一種很好的選擇。在多電平變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，二極管鉗位型拓?fù)湓跀U(kuò)展到五電平以上時(shí)，在高調(diào)制度下很難保持電容電壓的平衡，飛跨電容型拓?fù)湟泊嬖谙嗨频膯栴};H橋級(jí)聯(lián)式多電平拓?fù)湟远鄦卧B加的方式較好地解決了均壓問題，已經(jīng)成功應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，但是由于其特殊的結(jié)構(gòu)，需要配置曲折變壓器，大大增加設(shè)備體積和成本，而且較難實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有變頻裝置中的不足之處，本實(shí)用新型的目的是提供一種簡單、操作和控制方便、性能可靠、結(jié)構(gòu)緊湊的開繞組異步電機(jī)的變頻控制裝置。
[0005]本實(shí)用新型開繞組異步電機(jī)的變頻控制裝置，主要由隔離變壓器1、熔斷器1、三相電抗器1、變頻器1、開繞組異步電機(jī)、控制器、接觸器1、接觸器2、變頻器2、三相電抗器2、熔斷器2、隔離變壓器2、三相交流電源和速度傳感器構(gòu)成。開繞組異步電機(jī)定子繞組的一側(cè)連接至變頻器I，變頻器I連接三相電抗器I，三相電抗器I連接至熔斷器I，熔斷器I連接至隔離變壓器I，隔離變壓器I連接至三相交流電源;開繞組異步電機(jī)定子繞組的另一側(cè)連接至變頻器2，變頻器2連接三相電抗器2，三相電抗器2連接至熔斷器2，熔斷器2連接至隔離變壓器2，隔離變壓器2連接至三相交流電源。熔斷器I和隔離變壓器I之間設(shè)有空氣開關(guān)I，熔斷器2和隔離變壓器2之間設(shè)有空氣開關(guān)2;變頻器I和開繞組異步電機(jī)之間設(shè)有電流檢測裝置，用以檢測電機(jī)的三相電流信號(hào)；變頻器I和三相電抗器I之間設(shè)有預(yù)充電裝置I，用以限制電源接通瞬間對(duì)變頻器I中的電容器充電電流，從而保證變頻器I中的整流器的元件不會(huì)因電容器瞬間的短路電流而損壞;變頻器2和開繞組異步電機(jī)之間設(shè)有接觸器I和接觸器2，變頻器2和三相電抗器2之間設(shè)有預(yù)充電裝置2，用以限制電源接通瞬間變頻器2中電容器的充電電流，從而保證變頻器2中的整流器元件不會(huì)因電容器瞬間的短路電流而損壞;轉(zhuǎn)速傳感器裝在開繞組異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸上，用以檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)。最終將檢測得到的電機(jī)三相電流信號(hào)和電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)送給控制器進(jìn)行運(yùn)算，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)變頻器I和變頻器2中的逆變器單元。所述的變頻器I和變頻器2的結(jié)構(gòu)相同，整流側(cè)為二極管三相橋式不控整流器，逆變側(cè)為二極管鉗位型三電平逆變器。
[0006]本實(shí)用新型開繞組異步電機(jī)的變頻控制裝置，采用按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的異步電機(jī)矢量控制策略，一方面通過給定轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速以及給定磁鏈和測得的磁鏈來進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)變頻控制裝置系統(tǒng)雙閉環(huán)控制；另一方面引入前饋補(bǔ)償方法，實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量的解耦控制，提高整體變頻控制裝置系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。
[0007]本實(shí)用新型開繞組異步電機(jī)的變頻控制裝置，采用空間電壓矢量解耦的調(diào)制策略，可實(shí)現(xiàn)整個(gè)變頻控制裝置中的變頻器I和變頻器2的獨(dú)立控制，這種方法的好處在于可提高整個(gè)變頻控制裝置的容錯(cuò)性能，當(dāng)變頻控制裝置中的變頻器2出現(xiàn)故障時(shí)，利用接觸器2將故障部分?jǐn)嚅_，將接觸器I閉合，使開繞組異步電機(jī)的定子繞組的一側(cè)變成星形連接方式，保證電機(jī)的連續(xù)不停機(jī)運(yùn)行，這在煤礦提升機(jī)場合中將會(huì)有很大的運(yùn)用前景。
【附圖說明】
[0008]附圖為本實(shí)用新型開繞組異步電機(jī)的變頻控制裝置系統(tǒng)圖。
[0009]圖中:I一三相交流電源;2—隔離變壓器I;3—空氣開關(guān)I; 4一熔斷器I; 5—三相電抗器I; 6—預(yù)充電裝置I; 7—變頻器I; 8—電流檢測裝置;9一開繞組異步電機(jī)；10—速度傳感器；11一控制器；12—接觸器I ； 13—接觸器2 ； 14一變頻器2; 15—預(yù)充電裝置2 ； 16—三相電抗器2; 17—熔斷器2; 18—空氣開關(guān)2; 19—隔離變壓器2。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型中的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步的描述:
[0011]附圖所示，本實(shí)用新型開繞組異步電機(jī)的變頻控制裝置，主要由隔離變壓器1(2)、熔斷器I (4)、三相電抗器1(5)、變頻器I (7)、開繞組異步電機(jī)(9)、控制器(11)、接觸器I
[12]、接觸器2(13)、變頻器2(14)、三相電抗器2(16)、熔斷器2(17)、隔離變壓器2(19)、三相交流電源(I)和速度傳感器(10)構(gòu)成。開繞組異步電機(jī)(9)的定子繞組的一側(cè)連接至變頻器1(7)，變頻器1(7)連接至三相電抗器1(5)、三相電抗器1(5)連接至熔斷器1(4)，熔斷器1(4)連接至隔離變壓器1(2)，隔離變壓器1(2)連接至三相交流電源(I);開繞組異步電機(jī)(9)的定子繞組的另一側(cè)連接至變頻器2(14)，變頻器2(14)連接至三相電抗器2(16)、三相電抗器2(16)連接至熔斷器2(17)，熔斷器2(17)連接至隔離變壓器2(19)，隔離變壓器2(19)連接至三相交流電源(I)。熔斷器1(4)和隔離變壓器1(2)之間設(shè)有空氣開關(guān)1(3)，熔斷器2(17)和隔離變壓器2(19)之間設(shè)有空氣開關(guān)2(18)，變頻器1(7)和開繞組異步電機(jī)(9)之間設(shè)有電流檢測裝置(8)，變頻器1(7)和三相電抗器1(5)之間設(shè)有預(yù)充電裝置1(6)，變頻器2(14)和開繞組異步電機(jī)(9)之間設(shè)有接觸器1(12)和接觸器2(13)，變頻器2(14)和三相電抗器2
(16)之間設(shè)有預(yù)充電裝置2(15)，速度傳感器(10)裝在開繞組異步電機(jī)(9)的轉(zhuǎn)子軸上，將檢測得到的電機(jī)三相電流信號(hào)和電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)送給控制器(U)。在控制器(11)中，一方面將檢測到的電機(jī)三相電流信號(hào)經(jīng)過變換得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流信號(hào)，然后和速度傳感器(10)檢測到的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)組成磁鏈觀測，得到轉(zhuǎn)子磁鏈，通過與給定轉(zhuǎn)子磁鏈進(jìn)行偏差運(yùn)算，將運(yùn)算所得的偏差值作為調(diào)節(jié)器的輸入，調(diào)節(jié)器的輸出值作為勵(lì)磁電流分量的給定；另一方面，通過給定的轉(zhuǎn)速信號(hào)和速度傳感器(10)檢測到的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行偏差運(yùn)算，將運(yùn)算所得的偏差值作為調(diào)節(jié)器的輸入，調(diào)節(jié)器的輸出值作為轉(zhuǎn)矩電流分量的給定，使整個(gè)控制器(II)構(gòu)成雙閉環(huán)的控制單元，再在此控制單元中引入前饋補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ岣哒麄€(gè)變頻控制裝置系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種開繞組異步電機(jī)的變頻控制裝置，其特征在于:主要由隔離變壓器1(2)、熔斷器1(4)、三相電抗器1(5)、變頻器1(7)、開繞組異步電機(jī)(9)、控制器(11)、接觸器1(12)、接觸器2(13)、變頻器2(14)、三相電抗器2(16)、熔斷器2(17)、隔離變壓器2(19)、三相交流電源(I)和速度傳感器(10)構(gòu)成;開繞組異步電機(jī)(9)定子繞組的一側(cè)連接至變頻器1(7)，變頻器1(7)連接至三相電抗器1(5)，三相電抗器1(5)連接至熔斷器1(4)，熔斷器1(4)連接至隔離變壓器1(2)，隔離變壓器1(2)連接至三相交流電源(I);開繞組異步電機(jī)(9)定子繞組的另一側(cè)連接至變頻器2(14)，變頻器2(14)連接至三相電抗器2(16)，三相電抗器2(16)連接至熔斷器2(17)，熔斷器2(17)連接至隔離變壓器2(19)，隔離變壓器2(19)連接至三相交流電源(I);熔斷器1(4)和隔離變壓器1(2)之間設(shè)有空氣開關(guān)1(3)，熔斷器2(17)和隔離變壓器2(19)之間設(shè)有空氣開關(guān)2(18)，變頻器1(7)和開繞組異步電機(jī)(9)之間設(shè)有電流檢測裝置(8)，變頻器1(7)和三相電抗器1(5)之間設(shè)有預(yù)充電裝置1(6)，變頻器2(14)和開繞組異步電機(jī)(9)之間設(shè)有接觸器1(12)和接觸器2(13)，變頻器2(14)和三相電抗器2(16)之間設(shè)有預(yù)充電裝置2(15)，轉(zhuǎn)速傳感器(10)裝在開繞組異步電機(jī)(9)的轉(zhuǎn)子軸上，最終將檢測得到的電機(jī)三相電流信號(hào)和電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)送給控制器(11)進(jìn)行運(yùn)算。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種開繞組異步電機(jī)的變頻控制裝置，其特征在于:所述的變頻器1(7)和變頻器2(14)的結(jié)構(gòu)相同，整流側(cè)為二極管三相橋式不控整流器結(jié)構(gòu)，逆變側(cè)為二極管鉗位型三電平逆變器結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種開繞組異步電機(jī)的變頻控制裝置，其特征在于:所述的變頻控制裝置具有很好的容錯(cuò)性能，當(dāng)變頻控制裝置中的變頻器2(14)出現(xiàn)故障時(shí)，利用接觸器2(13)將故障部分?jǐn)嚅_，將接觸器1(12)閉合，使開繞組異步電機(jī)(9)的定子繞組的一側(cè)變成星形連接方式，從而保證電機(jī)的連續(xù)不停機(jī)運(yùn)行。
【文檔編號(hào)】H02P21/00GK205509913SQ201620176731
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年3月8日
【發(fā)明人】陳瑞成, 苗加振, 許家斌
【申請(qǐng)人】中國礦業(yè)大學(xué)