專利名稱：交流變頻調速裝置及其逆變器電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及到一種交流變頻調速裝置和一種逆變器電路。該交流變頻調速裝置是一種電流型交流變頻調速裝置。本裝置適用于占工業系統中能耗30%以上的風機泵類負載的異步電動機調速。
目前在我國開始采用的交流變頻調速裝置，屬于交-直-交電流型變頻調速裝置。是國際上最流行的一種調速方式，其主電路線路圖見附圖1。該裝置的逆變器需采用性能指標高、價格昂貴的高壓電容器進行強迫換向。逆變器的晶閘管元件要求采用高壓快速元件。為了保證逆變器正常工作，每一相序還要配裝兩支和晶閘管同等容量的整流管。這樣一來，逆變器部分不僅使用的元器件數量多，而且價格昂貴。另外，該調速裝置的輸出電流含有較大的高次諧波分量，電動機的損耗大，影響了其運行的經濟效果。由于上述原因限制了變頻調速裝置在對調速性能要求不高但用量很大的風機泵類負載電動機調速中的應用。
鑒于以上情況，本發明力圖采用一種新的逆變換向方法，設計一種新型逆變器和逆變器電路，從而組成一種新型的交流變頻調速裝置。主要滿足風機泵類負載電動機調速應用。其調速范圍為2～3。
本發明的主要目標之一是改善逆變器換向性能。采用一種新穎的逆變換向控制電路，和在逆變器輸出端并聯電容器的方法代替原來的電容器強迫換向。
本發明進一步的目標是減少逆變器環節元器件的數量，用一般性能的元器件取代性能指標高的元器件，從而降低交流變頻調速裝置的成本。
本發明另一個目標是減少電動機的諧波電流，改善電動機工作電流的品質，從而降低電動機能量消耗，達到節能目的，提高經濟效益。
圖1為目前國內外普遍采用的交流變頻調速裝置主電路的原理線路圖。其中(1)-三相橋式可控整流器，(2)-平波電抗器，(3)-三相橋式可控逆變器，(4)-異步電動機。
圖2為本發明工作原理框圖。其中(1)-三相橋式可控整流器，(2)-平波電抗器，(5)-三相橋式可控逆變器，(4)-異步電動機，(6)-給定部件，(7)-電壓頻率變換部件，(8)-整流脈沖發生器，(9)-逆變脈沖發生器，(10)-控制電源。
圖3為本發明交流變頻調速裝置整流器和逆變器部件原理線路圖。其中(1)-三相橋式可控整流器，(2)-平波電抗器，(4)-異步電動機，(17)-新型可關斷晶閘管(GTO)，(18)-反向電壓源，(11)、(12)、(13)、(14)、(15)、(16)-晶閘管元件，(19)、(20)、(21)-電容器。
圖4為本發明實際工作波形圖。其中A-50周工作波形圖，B-25周工作波形圖。(22)-電動機端電壓波形，(23)-逆變器電路輸出電流波形，(24)-電動機電流波形，(25)-逆變器電路直流側電壓波形，(26)-逆變器晶閘管管壓降波形。
圖5為本發明用于大型異步電機輔助起動的原理示意圖，其中(27)-起動開關A，(28)-起動開關B，(29)-交流變頻調速裝置，(30)-大型異步電動機，(31)-程序控制器。
現在結合


本發明最佳實施方案。本發明的主電路設有三相橋式可控整流器(1)，將交流電變為直流電。設有平波電抗器(2)，對直流電進行濾波。后進入三相橋式可控逆變器(5)，將直流電變為交流電，供異步電機(4)工作。為了控制整流、逆交過程和電動機調速，本發明設有控制電路。主要包括電壓頻率變換部件(7)、給定部件(6)、整流脈沖發生器(8)、逆變脈沖發生器(9)。電壓頻率變換器將來自給定部件電壓信號變為頻率信號，用以控制整流脈沖發生器和逆變脈沖發生器發出脈沖的時刻。以使主電路整流、逆變相互協調，達到改變電機頻率目的，以滿足異步電動機調速的需要。另外，設有控制電源(10)，為各控制部件提供電源。本發明還設有機箱和顯示部件等。本發明的主要特征在于采用了新的逆變電路，設計了一種新型三相橋式可控逆變器(5)，它由三部分所組成其一是由六支晶閘管元件(11)、(12)、(13)、(14)、(15)、(16)組成的三相橋式可控逆變主電路及其部件。這六支晶閘管可以是一般型晶閘管元件。其二是由一支新型可關斷晶閘管(GTO)(17)串接一個反壓電源(18)組成的逆變換向控制電路及其部件。該逆變換向控制電路或部件并聯在三相橋式可控逆變主電路及其部件上，用以控制晶閘管元件的換向。該新型可關斷晶閘管(GTO)(17)可以是一支大功率晶體管(GTR)。反向電壓源(18)的作用是保證三相橋式可控逆變器工作更為可靠(不加反向電壓源逆變電路也能正常工作)。其三是將一組由電容器(19)、(20)、(21)、接成星形或三角形聯接的電容器支路接入三相橋式可控逆變主電路(或部件)的輸出端。該電容器組一方面可以起到保證晶閘管可靠換向的作用，另一方面可以減少逆變器輸出電流的諧波分量，改善電動機電流品質，從而減少電動機的損耗。另外它還可以抑制尖峰電壓。該電容器組可由一般電力電容器組成。
本發明三相橋式可控逆變器換向原理如下該三相橋式可控逆變器中的六支晶閘管每隔60°電角分別施加大于70°電角(最好為120°)的觸發脈沖，與此同時，驅動(17)短時導通(相對50周波為10°電角左右)后，來自逆變脈沖發生器的脈沖使其強制關斷，從而使三相橋式可控逆變器中的晶閘管換向，達到逆變要求。當GTO導通時，使直流側電流經GTO(17)回路短接，流向逆變器的電流降到零，使三相橋式可控逆變器中導通的晶閘管電流也降到零。此時電動機端電壓靠電容器(19)、(20)、(21)維持，而且對晶閘管，呈現反向電壓(當電動機工作在電動機狀態下)，因而保證了晶閘管可靠關斷。當GTO被強行關斷后，直流電流又流入三相橋式可控逆變器，此時因其中又有一對晶閘管早已處于待導通狀態。重復以上工作，便可完成逆變過程。在這一換向過程中，電動機漏感儲能在晶閘管關斷時刻，很快消耗轉為電動機的電磁功率和電容器的儲能中，抑制了尖峰電壓。GTO的導通時間主要取決于三相橋式可控逆變器中晶閘管的關斷時間。
現將本發明的細節敘述如下三相交流電源接在三相橋式可控整流器(1)的進線端。三相橋式可控整流器的一個輸出端接入平波電抗器(2)的輸入端，平波電抗器的輸出端接三相橋式可控逆變器(5)的輸入端，三相橋式可控逆變器的輸出端接異步電動機(4)的輸入端。三相橋式可控整流器(1)的另一輸出端接三相橋式可控逆變器的另一輸入端。給定部件(6)的信號輸出端接電壓頻率變換部件(7)信號輸入端，電壓頻率變換器部件的整流信號輸出端接整流脈沖發生器(8)的信號輸入端，整流脈沖發生器的輸出端接三相橋式可控整流器的整流脈沖信號輸入端。電壓頻率變換器的逆變脈沖信號輸出端接逆變信號發生器(9)的信號輸入端，逆變信號發生器的逆變脈沖信號輸出端接三相橋式可控逆變器(5)的逆變脈沖信號(包括GTO和三相橋式可控逆變器晶閘管元件的逆變控制信號)輸入端。控制電源的輸出端分別接入給定部件、電壓頻率變換部件、整流脈沖發生器、逆變脈沖發生器電源輸入端。
由于本發明采用了新的逆變換向方法，三相橋式可控逆變器采用了一般性能的晶閘管元件，代替了高壓快速元件，以小容量可關斷晶閘管(GTO)取代了高壓電容器強迫換向，大大減少了逆變器部件元器件的數量，使產品成本降低 1/3 ～ 1/4 。本發明結構簡單，可廣泛使用于風抗泵類負載的電動機調速，并可大量節能。一臺100千瓦的風機電動機，使用本發明進行調速，在風量為80%的情況下，可節電50%左右，每年運行4000小時，年節電量為20萬度左右。
本發明可以作為大型異步電動機的輔助起動裝置。如圖5所示。大型異步電機(30)通過兩路供電。起動時，由起動開關A(27)經本發明(29)送電。當大型異步電機起動后，由程序控制器(31)切換，由起動開關A轉到起動開關B(28)送電。
本發明還可用于中頻加熱爐的控制。在這種情況下，只需要將逆變器中所用的普遍型晶閘管換為快速元件;把普通的電力電容器換為較高頻率的電容器即可。其它部分無需改變。
權利要求
1.一種交流變頻調速裝置由三相橋式可控整流器(1)、平波電抗器(2)、給定部件(6)、電壓頻率變換部件(7)、整流脈沖發生器(8)、逆變脈沖發生器(9)、控制電源(10)組成，其特征在于采用了新的逆變電路，設計了一種新型的三相橋式可控逆變器(5)，它由三部分組成其一是由六支晶閘管元件(11)、(12)、(13)、(14)、(15)、(16)組成的三相橋式可控逆變主電路及其部件，其二是由一支新型可關斷晶閘管(17)組成的逆變換向控制電路及其部件，該逆變換向控制電路或部件并聯在三相橋式可控逆變主電路及其部件上，其三是將一組由電容器(11)、(12)、(13)接成星形或三角形聯接的電容器支路接入三相橋式可控逆變主電路的輸出端。
2.根據權利要求1所敘述的交流變頻調速裝置其特征在于，三相橋式可控逆變電路中的六支晶閘管(11)、(12)、(13)、(14)、(15)、(16)可是一般型晶閘管元件。
3.根據權利要求1所述的交流變頻調速裝置其特征在于逆變換向控制電路中的新型可關斷晶閘管(GTO)(17)可以是一支大功率晶體管(GTR)。
4.根據權利要求1所敘述的交流變頻調速裝置其特征在于電容器(19)、(20)、(21)可以是一般電力電容器元件。
5.根據權利要求1所敘述的交流變頻調速裝置其特征在于逆變換向控制電路中GTO上可以串接一個反向電壓源。
全文摘要
一種交流變頻調速裝置，針對目前此類調速裝置使用元件數量多，價格昂貴，逆變器輸出電流品質不佳，電機損耗大的問題，設計了一種新的逆變電路。由六支一般型晶閘管組成三相橋式可控逆變主電路，由一支GTO元件組成逆變換向控制電路，由三支電容器組成電容器支路。該逆變器和調速裝置適用于風機泵類負載電動機調速之用，也可用于大型電機輔助起動及中頻感應電爐控制。
文檔編號H02M5/44GK1035922SQ88101020
公開日1989年9月27日 申請日期1988年3月15日 優先權日1988年3月15日
發明者諸祖同, 楊國權 申請人:北京整流器廠