專利名稱：感應(yīng)型交流變頻器的制作方法
專利說(shuō)明
一、技術(shù)領(lǐng)域本實(shí)用新型屬電子工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種感應(yīng)型交流變頻器。
二背景技術(shù)：
在目前的交流變頻調(diào)速技術(shù)領(lǐng)域，其裝置的主回路是采用交—直—交變流型式為主，并用可關(guān)斷電力電子器件及其脈寬調(diào)制(PWM)方式而構(gòu)成性能較優(yōu)的變頻調(diào)速裝置。由于該型裝置經(jīng)由整流器與逆變器的電子器件直接向負(fù)載提供電能，因此也往往影響到裝置的可靠性。其次，在需要四象限運(yùn)行時(shí)還要增加裝置的復(fù)雜性。尤其在高壓變頻調(diào)速領(lǐng)域，常規(guī)的輸入降壓和輸出升壓的變頻方式，不可避免地存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜和造價(jià)較高的問題。中國(guó)專利ZL98219580.X，雙回型交流變頻器具有對(duì)感性負(fù)載在逆變換流中不回饋無(wú)功電流的優(yōu)點(diǎn)，但存在輸出電壓的波形較差和裝置的可靠性較低的問題。
三
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型旨在提供一種在主回路中串聯(lián)主繞組，其組合接線的副繞組利用逆變器形成電壓幅值變化并近于工頻的旋轉(zhuǎn)，經(jīng)電磁感應(yīng)使其主繞組的電壓變化而構(gòu)成動(dòng)態(tài)的補(bǔ)償過(guò)程，在其輸出端產(chǎn)生可調(diào)頻調(diào)壓的并可四象限運(yùn)行的交—交型變頻調(diào)速裝置。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是感應(yīng)型交流變頻器，包括有共同裝設(shè)于變流變壓器三相鐵心的主繞組與副繞組，三相橋式整流器和六相逆變器，以及相應(yīng)的觸發(fā)控制器，其特征在于所述的變流變壓器的三相鐵心上裝設(shè)有三只主繞組和九只副繞組，其WA1、WB1和WC1三只主繞組分別串聯(lián)于三相主回路的三個(gè)輸入端與三個(gè)輸出端的A1與A2、B1與B2、C1與C2之間，對(duì)應(yīng)裝設(shè)于三相鐵心的WB3、WA4、WC3、WB4、WA3和WC4六只副繞組，按照依次相差π/3電壓相位方式聯(lián)接成六邊形回路，并依次引出H、G、F、K、J和I六個(gè)接線端、還在其I、G、K三個(gè)接線端聯(lián)接WA2、WB2和WC2構(gòu)成的中性點(diǎn)為E的星形接線副繞組。感應(yīng)型交流變頻器的電力電子回路為整流器是用D1、D2、D3、D4、D5和D6六只整流二極管聯(lián)成三相橋式電路，并在其直流輸出聯(lián)接C0電容器而成；逆變器是用T1、T2、T3、T4、T5和T6六只可關(guān)斷晶閘管GTO，依次將其正極端聯(lián)接于六邊形副繞組的F、G、H、I、J、K接線端，并將其副繞組的中性點(diǎn)E聯(lián)接于整流器的正極端。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是包括裝設(shè)于變流變壓器三相鐵心的主繞組與副繞級(jí)及輔助繞組、整流器和逆變器，以及觸發(fā)控制器，其特征在于所述的三只主繞組WA1、WB1和WC1聯(lián)接成三相星形接線而引出A2、B2和C2三個(gè)接線端，在三個(gè)工頻電源端的A1、B1、C1同A2、B2、C2三端對(duì)應(yīng)的A1與A2、B1與B2、C1與C2之間，分別聯(lián)接三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組WA、WB、WC而形成串聯(lián)聯(lián)接；副接組的十二只繞組聯(lián)接成其電壓相量圖形為六邊形與六星形的組合接線，也就是在其九只副繞組構(gòu)成的其電壓相量為六邊形與三星形的接線后，再將WA5、WB5和WC5副繞組聯(lián)成的三相星形接線共同組合而成，并引出F、G、H、I、J、K和中性端E七個(gè)接線端；三只輔助繞組WA6、WB6和WC6聯(lián)接成三角形接線，其三個(gè)端子聯(lián)接于由D12、D42、D32、D62、D52和D22整流二級(jí)管聯(lián)成的三相輔助橋式電路的交流輸入端。電力電子回路的技術(shù)方案為輔助橋式電路同D1、D2、D3、D4、D5和D6整流二極管組成的主橋式電路串聯(lián)聯(lián)接，其三個(gè)交流輸入端聯(lián)接于a1、b1和c1交流電源端，兩個(gè)橋式整流電路串聯(lián)后的直流輸出端E聯(lián)接于組合接線副繞組的中性端；采用電力晶體管GTR或絕緣柵晶體管IGBT的T1、T2、T3、T4、T5和T6，依次反向并聯(lián)整流二極管D11、D21、D31、D41、D51和D61，其電力晶體管的正極端依次聯(lián)接于組合副繞的F、G、H、I、J、K六端，對(duì)應(yīng)的六只電力晶體管的負(fù)極端(e端)共同聯(lián)接并聯(lián)接于整流電路的D端。在用較低電壓值的電力電子器件時(shí)，可采用12只電力電子器件組成六相逆變橋，其六個(gè)交流接線端對(duì)應(yīng)聯(lián)接于組合接線的副繞組。
本實(shí)用新型的工作原理是采用了一種獨(dú)特的調(diào)節(jié)感應(yīng)電壓變頻方法，即對(duì)各微小時(shí)間段內(nèi)的工頻輸入電壓與調(diào)頻輸出電壓量進(jìn)行測(cè)量及取樣，據(jù)此差值量進(jìn)行脈寬調(diào)制，并由六只電力電子器件控制其副繞組隨時(shí)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電壓量，從而經(jīng)由主繞組并以動(dòng)態(tài)的增壓或減壓方式實(shí)現(xiàn)交—交型的交流變頻。三相主繞組分別的電壓差值量仍基本保持其三相的矢量和等于零的基本規(guī)律，據(jù)此可將其副繞組聯(lián)接成六邊形與星形的組合接線，并在其T1～T6六只可關(guān)斷電力電子器件的依次近于導(dǎo)通5/6π或π電壓角度的脈寬調(diào)制中，使其副繞組產(chǎn)生平均頻率近于工頻的但其幅值隨時(shí)變化的輪徊式旋轉(zhuǎn)。如果以頻率為f1的幅值為Um的工頻電源的A1相電壓UA1＝Umsin2πf1t作為參考正弦量，并以f2為變頻后的頻率及f2/f1Um為其幅值的A2相電壓為UA2＝f2/f1Umsinf2/f12πf1t選擇為同一起點(diǎn)，則三相工頻電壓與三相變頻電壓隨時(shí)間t的函數(shù)的差值量分別為ΔUA＝Umsin2πf1t-f2/f1msinf2/f12πf1tΔUB＝Umsin(2πf1t-2/3π)-f2/f1Umsin(f2/f12πf1t-2/3π)ΔUC＝Umsin(2πf1t-4/3π)-f2/f1Umsin(f2/f12πf1t-4/3π)用此電壓差值量控制對(duì)應(yīng)的可關(guān)斷電子器件的導(dǎo)通的脈沖寬度，例如在其A相電壓差值量為正且數(shù)值較大時(shí)，控制其T1管子導(dǎo)通且導(dǎo)通間隔較寬，為負(fù)值時(shí)則控制T4管子導(dǎo)通。經(jīng)由主繞時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓量的調(diào)節(jié)，達(dá)到預(yù)設(shè)的調(diào)頻與調(diào)壓VVVF的目的。采用十二只電力電子器件組成六相逆變橋的變流方式，在其至少保持四個(gè)管子始終接近導(dǎo)通的過(guò)程中，同樣可使其副繞組形成輪徊式的旋轉(zhuǎn)。
本實(shí)用新型的積極效應(yīng)是利用主、副繞組的電磁感應(yīng)的特點(diǎn)，可使副繞組與電力電子回路在高壓變頻中而工作于低電壓；在工頻電源與三相異步電動(dòng)機(jī)之間串聯(lián)主繞組的電路形式，具有便于實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行和耐沖擊的優(yōu)點(diǎn)；六相逆變方式與其脈寬調(diào)制形成的諧調(diào)、可經(jīng)其主、副繞組的電磁感應(yīng)過(guò)程而有所消減。
四

1、本實(shí)用新型實(shí)施例1主副繞組與電力電子器件聯(lián)接原理圖。
2、本實(shí)用新型實(shí)施例2主副輔繞組與電力電子器件聯(lián)接原理圖。
五、實(shí)施例1、實(shí)施例1本裝置設(shè)計(jì)輸入電壓為工頻380V，輸出頻率為0～50HZ，輸出電壓為50～380V，負(fù)載為四象限運(yùn)行的低壓三相異步電動(dòng)機(jī)。變流變壓器采用三柱式疊鐵心，設(shè)置有匝數(shù)相同的主繞組三只，匝數(shù)相同的副繞組WA2、WA3、WA4、WB2、WB3、WB4、WC2、WC3和WC4九只；同相的一只主繞組和三只副繞組共同裝設(shè)于某一個(gè)鐵心柱上；設(shè)計(jì)其主繞組與副繞組的匝數(shù)比為1∶1或1.6∶1。電力電子回路的三相橋式整流器由D1～D6六只整流二極管組成，其URRM電壓值可選為1200V；六相逆變器由T1～T6六只可關(guān)斷晶閘管GTO組成，其UDSM電壓值可選為1200V；C0濾波電解電容器的額定電壓值可選為1200V。
依照?qǐng)D1的變流變壓器的聯(lián)接方式為三只主繞組串聯(lián)于三相主回路之中，負(fù)載電動(dòng)機(jī)連接于輸出端的A2、B2和C2；九只副繞組采用其感應(yīng)電壓同相位的相對(duì)，不同相位的相連的方式而聯(lián)接成六邊形與三星形組合的接線。電力電子回路的接線方式為三相低壓整流器的輸入端連接于工頻電源的A1、B1和C1三端或聯(lián)接于較低電壓值的電源端，其直流輸出的正端E與其負(fù)端D之間連接有電解電容器C0；六相逆變器的六只可關(guān)斷晶閘管T1、T2、T3、T4、T5和T6的正極端依次聯(lián)接于副繞組組合接線的F、G、H、I、J、K六個(gè)接線端，其六個(gè)負(fù)極端并聯(lián)后接于D端；直流輸出的E端聯(lián)接于副繞組組合接線的中性端。
本型的電力電子器件的控制方式為六只GTO管子按照依次間隔60度并接近民通180度的循環(huán)規(guī)律進(jìn)行控制，并按照工頻電源的三相信號(hào)與設(shè)定的變頻信號(hào)進(jìn)行比較而用其差值量轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制信號(hào)；依據(jù)其差值量愈大則導(dǎo)通角度愈寬的規(guī)律分別進(jìn)行觸發(fā)控制。組合副繞組在六相的始終有二個(gè)或三個(gè)GTO保持導(dǎo)通中形成近于工頻頻率的旋轉(zhuǎn)，其主繞組的感應(yīng)電壓的幅值在0～517V之間脈動(dòng)，并在其隨時(shí)承擔(dān)工頻電壓與變頻電壓的差值量的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)三相異步電功機(jī)從零至額定轉(zhuǎn)速的速度調(diào)節(jié)。
2、實(shí)施例2本裝置設(shè)計(jì)輸入電壓為工頻6000V，高壓電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)范圍為10％～100％額定轉(zhuǎn)速。變流變壓器的結(jié)構(gòu)為在A相鐵心柱上裝設(shè)有WA1高壓繞組同WA2、WA3、WA4、WA5和WA6低壓繞組，在B、C相鐵心柱上同樣分別裝設(shè)有一只高壓繞組和五只低壓繞組。依照?qǐng)D2的變壓器的繞組聯(lián)接方式為三只高壓繞組的末端聯(lián)接成三相星形，其三個(gè)繞組首端與三個(gè)高壓工頻電源端之間分別串聯(lián)聯(lián)接高壓電動(dòng)機(jī)的WA、WB和WC三相定子繞組；在九只副繞組構(gòu)成的六邊形與三星形的組合接線中，將增設(shè)的WA5、WB5和WC5三只副繞組以星形形式而聯(lián)接于F、H、J三端，構(gòu)成其電壓相量為六邊形與六星形的組合接線；副繞組的WA6、WB6和WC6聯(lián)接成三角形接線，共三端作為D12～D62六只整流二極管構(gòu)成的輔助整流橋的交流輸入端。電力電子回路的聯(lián)接方式為由D1～D6整流管構(gòu)成的主整流橋和D12～D62構(gòu)成的輔整流橋串聯(lián)聯(lián)接，C0電容器作為二個(gè)整流橋的直流輸出的濾波器而聯(lián)接于E端與D端；六只或六組電力晶體管GTR或緣緣柵晶體管IGBI T1～T6分別反向并聯(lián)反饋二極管D11～D61；六只GTR的正極端依次聯(lián)接于組合副繞組的F、G、H、I、J和K六端，其六個(gè)負(fù)極性端聯(lián)接于D端。
本例的六只電力電子器件的脈寬調(diào)制及控制規(guī)律同上例基本相同。輔助整流器具有一定量的直流電壓的調(diào)節(jié)作用，在調(diào)頻至50HZ時(shí)，其電壓值近于零；在調(diào)頻至0HZ時(shí)，其電壓值升高至200V。主整流器和輔助整流器二者也可只用其一。在副繞組利用六只GTR依次的脈寬調(diào)制中，三只聯(lián)接于回路末端的主繞組感應(yīng)有工頻電壓與調(diào)頻電壓疊加的合成電壓相量，三相獨(dú)立的電機(jī)繞組在對(duì)應(yīng)的頻率與電壓量的作用下而變速運(yùn)轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求1.感應(yīng)型交流變頻器，包括裝設(shè)于三相鐵心的主繞組與副繞組、整流器和逆變器，以及觸發(fā)控制器，其特征在于——所述的裝設(shè)于三相鐵心的主繞組(WA1)、(WB1)和(WC1)分別串聯(lián)于三相主回路之中，其六只副繞組(WB3)、(WA4)、(WC3)、(WB4)、(WA3)和(WC4)聯(lián)接成六邊形回路，依次引出(H)、(G)、(F)、(K)、(J)、(I)六個(gè)接線端，在其(I)、(G)、(K)三端聯(lián)接有(WA2)、(WB2)和(WC2)聯(lián)成三相星形接線的中性端為(E)的三只副繞組；——所述的整流器是用六只整流二極管(D1)、(D2)、(D3)、(D4)、(D5)和(D6)及電容器(Co)組成橋式整流電路，逆變器是用六只可關(guān)斷晶閘管GTO(T1)、(T2)、(T3)、(T4)、(T5)和(T6)，依次將其正極端聯(lián)接于(F)、(G)、(H)、(I)、(J)和(K)端，將其各負(fù)極端聯(lián)接于(D)端，并將(E)端聯(lián)接于整流器的正極端而成。
2.感應(yīng)型交流變頻器，包括裝設(shè)于三相鐵心的主繞組與副繞組及輔助繞組、整流器和逆變器，其特征在于——所述的主繞組(WA1)、(WB1)和(WC1)聯(lián)接成三相星形接線，在其三個(gè)電源端(A1)、(B1)、(C1)與主繞組的三個(gè)首端(A2)、(B2)、(C2)之間分別聯(lián)結(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的繞組(WA)、(WB)和(WC)；——所述的副繞組(WA5)、(WB5)和(WC5)聯(lián)成三相星形接線，再與其余九只副繞組共同聯(lián)接成電壓相量為六邊形與六星形組合的接線；——所述的輔助繞組(WA6)、(WB6)和(WC6)聯(lián)接成三角形接線，其三端作為(D12)、(D42)、(D32)、(D62)、(D52)和(D22)整流二級(jí)管組成的三相輔助橋式電路的輸入端；——所述的逆變器是用六只或十二只電力晶體管GTR或IGBT絕緣柵晶體管，并分別反向并聯(lián)一只整流二極管而組成六相逆變器或六相橋式逆變器。
專利摘要本實(shí)用新型由具有主繞組與組合接線副繞組的變流變壓器、整流器和六相逆變器等組成。采用對(duì)各微小時(shí)間段內(nèi)的工頻輸入與變頻輸出電壓量進(jìn)行取樣，并用其差值量控制六只電力電子器件進(jìn)行脈寬調(diào)制，使其副繞組形成頻率近于恒定而電壓幅值隨時(shí)變化的輪徊式轉(zhuǎn)動(dòng)，從而感應(yīng)于主繞組以隨時(shí)調(diào)壓方式實(shí)現(xiàn)交－交型的變壓與變頻。本裝置具有輸出波形好、便于能置回饋和可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，尤其在高電壓及工頻以下頻率的變頻調(diào)速領(lǐng)域有較突出的優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)H02M5/02GK2689584SQ20042000524
公開日2005年3月30日 申請(qǐng)日期2004年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月18日
發(fā)明者劉建平 申請(qǐng)人:劉建平