六相無回饋型交流電機變頻器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電機及電氣傳動技術(shù)，具體為一種六相無回饋型交流電機變頻器。解決變頻裝置造價較高及無功損耗較大的問題，包括三相整流橋、直流調(diào)節(jié)器、斬波換流橋、逆變橋和六相電動機。在三相整流橋與C01電容器之間的T5可關(guān)斷電子器件采用PWM控制方式，按照電壓與頻率比例基本恒定的關(guān)系對直流電壓進行斬波調(diào)節(jié)；六相異步電動機的定子繞組采用相同匝數(shù)及相同電勢值的六個繞組，以同相相對及不同相相聯(lián)方式將六個分別為相電勢值的繞組閉合聯(lián)接為其電勢相量為正六邊形的組合接線，以此利用輸出功率與電勢相量的幾何圖形成正比的特點而提高輸出功率，并利用其繞組的對稱性與平衡通流的特點使其電磁能量能夠逐漸轉(zhuǎn)移。
【專利說明】六相無回饋型交流電機變頻器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電機及電氣傳動技術(shù)，具體為一種六相無回饋型交流電機變頻器。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)行的發(fā)電、輸電、變電及配電系統(tǒng)，是三相交流電路的基本模式，與之相應的交流電動機也只能是三相的定子繞組結(jié)構(gòu)。隨著交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，采用交一直一交的主電路及PMW已成為主導性的電機調(diào)速方法，而其中的逆變輸出是三相，或是六相，在技術(shù)上都較容易實現(xiàn)。交流電機的氣隙磁場是機電能量變換的關(guān)鍵所在，氣隙磁場決定于定子和轉(zhuǎn)子的合成磁動勢，而合成磁勢又是由各相繞組的電流合成而產(chǎn)生的。鼠籠型轉(zhuǎn)子的繞組是多相的，若將定子繞組也做成多相，則可用其電勢相量接近于圓形或六邊形的特點提高電機的合成磁勢及功率，并能夠在其每節(jié)拍較小角度的電勢轉(zhuǎn)移中有效地降低需要回饋的電感電流。目前的逆變橋采用高頻調(diào)制的可關(guān)斷器件與其換流方式，都在電感電流不能突變的制約下必須借助反饋整流器進行感性功率的回饋，由此使得逆變中交流電機的功率因數(shù)較低與變流效率降低。如果將異步電動機的定子繞組改制成六相繞組的閉合結(jié)構(gòu)，采用十二或二十四節(jié)拍進行其“輪徊”或的換流切換，再用電容器對其繞組動態(tài)地進行充、放電，則可以在兩種電磁 能量的內(nèi)部往復傳遞而實現(xiàn)無回饋逆變。中國專利98219580X的“雙回型交流變頻器”，采用兩組逆變橋與斬波器的電路結(jié)構(gòu)，并用斬波器對普通晶閘管進行強制關(guān)斷而對三相交流電機進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的方式，具有雙路通流及無回饋的優(yōu)點，但其使用22只晶閘管形成的主電路較復雜，還有三相繞組不宜進行能量的漸變控制的缺點。對于較大功率的異步電動機，設法在交流變頻中動態(tài)地進行無功功率的補償，是進一步提高其變流效率及節(jié)能效果的有益之舉。如果將一種“漸變”與“輪徊”的理念及方法引用于交流變頻中，使得磁場能量逐步轉(zhuǎn)移或傳遞于電容器中，對提高電機的節(jié)電水平將有較大的實用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在將交流電機旋轉(zhuǎn)磁場的電感能量逐步轉(zhuǎn)移而提高其變流效率與功率因數(shù)，并解決變頻裝置造價較高及無功損耗較大的問題，提供一種六相無回饋型交流電機變頻器。
[0004]本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
六相無回饋型交流電機變頻器，包括三相整流橋、直流調(diào)節(jié)器、斬波換流橋、逆變橋和六相電動機，其特征在于:所述的六相電動機是異步電動機，定子繞組采用使其電勢相量為正六邊形的組合接線，六個繞組以依次轉(zhuǎn)移η/3電勢相角方式相聯(lián)成閉合回路而引出&1、c2、bp a2、q、b2六個接線端；逆變橋是用Tn—Τ16六只普通晶閘管與T21—T26六只普通晶閘管分別聯(lián)接成其交流輸出端為apbpq與a2、b2、c2的兩組三相逆變橋，其直流正負兩端為仏與U2、U3與U4，并用24節(jié)拍及每節(jié)拍有2只或3只或4只晶閘管導通方式進行切換控制；直流調(diào)節(jié)器是在六只整流管Di—De構(gòu)成的三相整流橋的正端與Q電容器之間聯(lián)接一只IGBT器件T5，并經(jīng)由相聯(lián)點為U0的兩只濾波電容器Q與Q構(gòu)成直流調(diào)壓電路；斬波換流器是在Q與Q兩端將整流管Dm、換流電感W1、晶閘管?\與Τ2、換流電感W2和整流管進行同向串聯(lián)，在％同?\與Τ2兩晶閘管相聯(lián)點之間聯(lián)接換流電容器0?構(gòu)成第一組斬波換流橋，將整流管^、換流電感W3、晶閘管T3與T4、換流電感W4和整流管DOT進行串聯(lián)(同向)，在U0同兩晶閘管T3與Τ4相聯(lián)點之間聯(lián)接CM換流電容器構(gòu)成第二組斬波換流橋；并在仏與D01同ff3相聯(lián)點U7、U3與D03同Wi相聯(lián)點U5、D05同ff2相聯(lián)點U6與U4、D07同ff4相聯(lián)點U8與u2四對接線端之間分別順向聯(lián)接整流管Dm、Dm、D08, D06進行電感電流的回饋及續(xù)流。
[0005]進一步地，所述的兩組逆變橋的十二只普通晶閘管Tn — T16與T21 — Τ26，按照2—3-4-3-2通流只數(shù)(個數(shù))的規(guī)律依次進行觸發(fā)導通，在24節(jié)拍及各晶閘管分別導通接近η /2電角度的切換中對六相定子繞組進行每節(jié)拍轉(zhuǎn)移η /12電角度的控制；所述的兩組斬波換流橋是用四只普通晶閘管并按照nn的正順序或相反的順序觸發(fā)導通，mi四只換流電抗器采用四只單相鐵心及單相繞組構(gòu)成。
[0006]本發(fā)明的工作原理是:在三相整流橋與Q電容器之間的T5可關(guān)斷電子器件采用PWM控制方式，按照電壓與頻率比例基本恒定的關(guān)系對直流電壓進行斬波調(diào)節(jié)；六相異步電動機的定子繞組采用相同匝數(shù)及相同電勢值的六個繞組，以同相相對及不同相相聯(lián)方式將六個分別為相電勢值的繞組閉合聯(lián)接為其電勢相量為正六邊形的組合接線，以此利用輸出功率與電勢相量的幾何圖形成正比的特點而提高輸出功率，并利用其繞組的對稱性與平衡通流的特點使其電磁能量能夠逐漸轉(zhuǎn)移，也為無回饋逆變提供基礎條件；兩組逆變橋與兩組斬波換流橋相互配合的觸發(fā)導通與六相電機繞組的依次通流是一種具有逐漸轉(zhuǎn)移與輪徊利用電磁能量內(nèi)涵的變流方式。
[0007]六相無回饋型 交流變頻器用兩組逆變橋?qū)α嘟涣麟姍C進行依次的通流，并用兩組換流橋配合進行其換流，各晶閘管的觸發(fā)導通順序及規(guī)律為:(Τ4) Τ21、Τ12 — Τ21、Τ12、τη-
T21、T12、Tn、Tffi— (τ3) Τ12、Τη、Τ26— (Τ2) Τη>Τ26—Τη、Τ26、Τ25—Τη、Τ26、Τ25、Τ16- (Ti) τ26>
丁25、丁16一 (Τ4)Τ25、Τ16一Τ25、Τ16、Τ15一Τ25、Τ16、Τ15、Τ24一 (Τ3) Τ16> Τ15> Τ24一 (Τ2)Τ15、Τ24一Τ15、
τ τ _τ Τ Τ Τ _ f τ Λ τ τ τ _ f τ Λ τ τ _Τ Τ Τ _Τ τ τ τ _
丄 24Λ 123 1 15Λ 124Λ 123Λ 1 14 、丄1乂 124Λ 123Λ 1 14 ν i4y 123Λ 1 14 123Λ 1 14Λ 1 13 123Λ 1 14Λ 1 13Λ 丄 22
(τ3) τ14、τ13、τ22— (τ2)τ13、τ22—τ13、τ22、τ21—τ13、τ22、τ21、τ12—(ΤΙ) Τ22、Τ21、Τ12......。在此
逆變橋晶閘管通流只(個)數(shù)以二、三、四、三、二的變化規(guī)律中，各晶閘管通流的電角度接近η/2，斬波換流橋在逆變橋晶閘管從四至三再至二的變化中，配合其用換流電容器的反向峰值電壓進行強制關(guān)斷，例如在τ21、τ12、τη、τ26四只逆變橋晶閘管的通流階段中，評匕與^、Wc2與Wbi兩個電機繞組串聯(lián)支路分別在相等的電壓下通過相應的電流，wai與胃&2兩繞組因其兩端的電壓值接近于零而在此階段可以看成不通過電流，在下一節(jié)拍的晶閘管τ3觸發(fā)導通時，換流電容器CQ4的電壓(左正右負)在瞬間使得W3換流電感經(jīng)DQ1—W3—T3—CQ4 — CQ1的放電回路而承受Q與(；4兩電容器的疊加電壓，同時經(jīng)1'11一胃&1一1'21—1'3—014—011—0(13—W:回路形成對wai繞組充流并對T21管于反向施壓的回路電流，在T21管子的電流降為零時關(guān)斷，T3管子也在電流過零后關(guān)斷，從而進入τ12、τη、τ26三只管子的通流階段；當τ2管子觸發(fā)導通時，換流電容器Q (左負右正)的脈沖電壓，一方面經(jīng)由τ2—12—％5 — 0^—0?形成放電回路，另一方面經(jīng)由(WIVWd-1VWfDd-C^形成對wa2繞組充電并使τ12管子電流降為零的放電回路，而后由τη與Τ26兩只管子形成對Wb2與h與Wa2、ffal與胃。2與wbl兩個繞組串聯(lián)支路平衡的通流回路。兩組斬波換流器在六相電機的繞組切換及旋轉(zhuǎn)一周時，以三倍于電機的頻率分別對應切換三次，利用CQ3或CQ4換流電容器的反向電壓對逆變橋通流的晶閘管進行強制關(guān)斷，同時對將要通流的電機繞組進行迅速充流，從而使得感性的電機繞組的電流相量能夠快速變化并與電壓相量接近于同相位；斬波換流器的八只整流二極管d01-d08可將換流中儲存于換流電感H的能量進行回饋并轉(zhuǎn)換于電機繞組中，例如在τ3管子觸發(fā)導通的電流脈波從峰值開始的下降階段，換流電感胃3的電壓在其電感電壓正比于電流的變化率的關(guān)系下使其右端較左端的電壓逐步升高，比電感能量經(jīng)Dm-W1-Tn支路形成作用于電機繞組的回路，其正的電壓受阻斷不能進入直流環(huán)節(jié)。六邊形接線電機繞組在六相逆變器的至少保持一對端點的穩(wěn)定通流中，形成了電機繞組感性能量逐漸在繞組中與外部元件相互轉(zhuǎn)移的基礎條件，4個或5個或6個通流的繞組為將增加或減少的另一個繞組提供了電磁能量逐漸轉(zhuǎn)移的內(nèi)在條件，而換流電容器的反向電壓既對斷流的晶閘管通以反向電流，此電流經(jīng)由某一相電機繞組可形成預先充電通流的過程。例如在(ΤΙ) Τ26、Τ25、Τ16節(jié)拍完成后，用Τ4晶閘管并用CM脈沖電壓對T26管子進行強制關(guān)斷期間，初始的CM (左負右正)的電壓經(jīng)TflVWM-1^-WfDM-CVC^放電回路對Wbl電相繞組進行快速通流，并在T26管子原先導通的電流與電容放電電流疊加的電流過零時關(guān)斷，此后CM經(jīng)回路達到峰值后進入衰減階段中，W4換流電感的電壓開始變向(左正右負)而釋放電流，其放電一方面經(jīng)回路對電容器CQ4充電，第二方面經(jīng)DQ6-W2-DQ8-W4回路向換流電感W2進行能量轉(zhuǎn)移，第三方面經(jīng)構(gòu)成的臨時通路為T16管子提供電流通路而將電感能量轉(zhuǎn)移至電機繞組中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明實施例1主回路接線圖。
【具體實施方式】
[0009]實施例1
采用Υ型額定電壓為380V，額定功率為132KW的異步電動機進行六相電機的改制，并對其進行20%-100%額定轉(zhuǎn)速的變頻控制。六相電動機的繞組結(jié)構(gòu)為:將定子繞組的Wal與Wa2、Wbl與WmWd與胃。2每相的兩個繞組的電壓分別設計成190V，按照同相相對、不同相相聯(lián)和依次曲折60度電勢相角的基本原則，聯(lián)接成具有a:、Cybp a2、Cl、b2六個接線端的并且其感應電勢相量為正六邊形的組合接線，兩組逆變橋是用六只普通晶閘管Tn-T16K成直流兩端為Α與U2的第一組三相逆變橋，在三個橋路的中點對應引出a1、bp Cl三個交流輸出端，用六只普通晶閘管T21-T26聯(lián)成其直流兩端為U3與U4的第二組三只相逆變橋，并引出a2、b2、c2三個交流輸出端。直流調(diào)節(jié)器是用D1-隊六只普通整流二極管聯(lián)接成三相不可控整流橋，其正端與絕緣柵雙極晶體管(1681')1'5器件相聯(lián)，并經(jīng)中點為U0的電解電容器Q與CQ2支路聯(lián)接至整注橋的負端。斬波換流器是在Q與Q串聯(lián)電容器的兩端聯(lián)接由整流管DQ3、換流電感1、晶閘管?\與Τ2、換流電感W2和整流管串聯(lián)成的支路，并在隊同?\與Τ2相聯(lián)點之間聯(lián)接換流電容器0?構(gòu)成第一組斬波換流橋，第二組斬波換流橋是將W4和Dot順向串聯(lián)支路也聯(lián)接在Q與Q兩端，并在％同T3與Τ4相聯(lián)點之間聯(lián)接換流電容器 c04。
[0010]兩組逆變橋與兩組波換流器配合工作而用后者對前者進行強迫換流，兩逆變橋的十二只晶閘管按照2-3-4-3-2的通流個數(shù)依次變化的規(guī)律進行觸發(fā)導通，以24節(jié)拍即分24步，完成六相電機繞組一周循環(huán)的換流過程，并在逆變器晶閘管分別通流接近η/2電角度與每節(jié)拍(步)間隔η/12的換流規(guī)律中進行頻率調(diào)節(jié)。每組用2只晶閘管、2只換流電感與一只換流電容器的兩組斬波換流橋，是在逆變橋的晶閘管在4-3-2通流個數(shù)的階段中，配合以T4-T3- T2-1\的順序或相反的順序進行觸發(fā)導通。本例的元器件的技術(shù)參數(shù)選擇為:D「D6、D01、D03、D05、D07 整流管選用 1200V 及 500A 的元件，D04、D02、D08、D06 整流管選用 1200V及200A的元件JnUm選用1600V、300A及關(guān)斷時間小于300 μ s元件換流電感(電抗器)按額定電流為100A及電感L=1.2mH參數(shù)自制；‘與Q4換流電容器額定電壓按1200V及300μ?.購置；‘與Q選擇為5000 μ f及直流500V，有關(guān)的函數(shù)發(fā)生、電流調(diào)節(jié)、電壓調(diào)節(jié)、頻率補償，壓頻變換及觸發(fā)環(huán)節(jié)采取現(xiàn)行技術(shù)及組件。T5可關(guān)斷器件(IGBT)采用頻率為10KHZ的三角形載波進行PWM控制。六相電動機在24節(jié)拍逆變橋的依次通流及載波換流橋的換流電容器電流伸入到電機繞組的強迫換流中，電機繞組的電感能量逐步轉(zhuǎn)移，從而 在無回饋逆變中使得電機的輸出功率提高。
【權(quán)利要求】
1.一種六相無回饋型交流電機變頻器，包括三相整流橋、直流調(diào)節(jié)器、斬波換流橋、逆變橋和六相電動機，其特征在于:所述的六相電動機是異步電動機，電動機的定子繞組采用使其電勢相量為正六邊形的組合接線，六個繞組以依次轉(zhuǎn)移η/3電勢相角方式相聯(lián)成閉合回路而引出六個接線端(a” c2、bp a2、q、b2);逆變橋是用六只普通晶閘管(Tn — T16)與六只普通晶閘管(T21—T26)分別連成其交流輸出端為apbpq與a2、b2、c2的兩組三相逆變橋，其直流正負兩端為仏與U2、U3與U4，并用24節(jié)拍及每節(jié)拍有2只或3只或4只晶閘管導通方式進行切換控制；直流調(diào)節(jié)器是在六只整流管(Di—Dj構(gòu)成的三相整流橋的正端與C01電容器之間聯(lián)接一只IGBT器件(T5)，并經(jīng)由相聯(lián)點為U0的兩只濾波電容器Q與Q構(gòu)成直流調(diào)壓電路；斬波換流器是在Q與Q兩端將整流管Dm、換流電感A、晶閘管?\與Τ2、換流電感W2和整流管進行同向串聯(lián)，在％同?\與Τ2兩晶閘管相聯(lián)點之間聯(lián)接換流電容器Q構(gòu)成第一組斬波換流橋；將整流管Dm、換流電感W3、晶閘管T3與Τ4、換流電感W4和整流管Dot進行串聯(lián)(同向)，在％同兩晶閘管T3與Τ4相聯(lián)點之間聯(lián)接CM換流電容器構(gòu)成第二組斬波換流橋；并在Α與D01同ff3相聯(lián)點U7、U3與D03同Wi相聯(lián)點U5、D05同ff2相聯(lián)點U6與U4、D07同W4相聯(lián)點U8與U2四對接線端之間分別順向聯(lián)接整流管％2、Dm、D08, D06進行電感電流的回饋及續(xù)流。
2.如權(quán)利要求1所述的六相無回饋型交流電機變頻器，其特征在于:所述的兩組逆變橋的十二只普通晶閘管Tn — T16與T21 — Τ26，按照2— 3— 4一3— 2通流只數(shù)(個數(shù))的規(guī)律依次進行觸發(fā)導通，在24節(jié)拍及各晶閘管分別導通接近π/2電角度的切換中對六相定子繞組進行每節(jié)拍轉(zhuǎn)移η /12電角度的控制；所述的兩組斬波換流橋是用四只普通晶閘管并按照Τ4、Τ3、Τ2、?\的正順序或相反的順序觸發(fā)導通，Wp W2、W3、ff4四只換流電抗器采用四只單相鐵心及單相繞`組構(gòu)成。
【文檔編號】H02M5/45GK103684201SQ201310599106
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】劉建平, 劉耀 申請人:劉建平