[實用新型]轉差功率回饋式大功率中高壓異步電機調速系統

有效

• 申請號: 201020162394.8
• 申請日: 2010-04-16
• 公開（公告）號: CN201656905U
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發明（設計）人: 曾翔君;張穎;張育團
• 申請（專利權）人: 西安新興自動控制電器有限公司
• 主分類號: H02P25/16
• 分類號: H02P25/16;H02P23/10;H02P1/26;H02J3/18
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

技術領域

本實用新型屬于異步電機調速技術領域，尤其是涉及一種轉差功率回饋式大功率中高壓異步電機調速系統。

背景技術

總體來看，目前國內中高壓繞線式電機調速領域普遍采用以下兩種技術方案，即變頻器調速技術和內反饋斬波調速技術。其中，變頻調速是目前交流電機調速領域應用最廣泛，調速性能最好的技術。在中小功率以及低電壓等級(1000V以下)電機調速領域中，變頻器的優勢和市場占有率均不可動搖；但是，隨著功率和電壓等級的不斷提高，在中高壓異步電機的調速領域(電壓等級3kV/6kV/10kV，功率250kW以上)，變頻器技術遭遇了重大的瓶頸，即由于需要承受很高的電壓和全部的容量，中高壓變頻器的成本非常高，這導致在此領域另外一種調速技術受到重視并開始在產業界獲得應用，即從交流電機的轉子側進行調速控制。轉子側調速的主要問題是只能對繞線式異步電機適用，而對于鼠籠式高壓電機，則只能采用高壓變頻器方案進行調速控制。

繞線式高壓異步電機如果采用轉子側串聯變換器實現無級調速，其主要的技術方案包括以下幾種：內反饋斬波調速方案、轉差功率回饋式調速方案和雙饋調速方案。目前，國內轉子側無級調速的主要技術方案是內反饋斬波調速技術，內反饋斬波調速技術是在高壓異步電機的定子側制作另外一個反饋繞組，轉子變換器回饋的轉差功率不通過高壓變壓器直接回饋電網，而是通過反饋繞組回饋到電動機定子，間接實現能量的回饋。其中轉子變換器的工作原理簡述如下：首先二極管整流橋將轉子繞組三相交流電壓變換為直流電壓，施加到直流側電感上，并通過對IGBT模塊的高頻斬波控制實現電感內的平均電流維持不變，即實現一個恒流源；恒定的電流通過晶閘管逆變橋逆變成三相交流電流，最后回饋到電機定子側的反饋繞組。可見，上述電路的核心一是直流斬波，二是電流源逆變。

實際使用過程中，內反饋斬波調速技術由于電流控制是通過直流側單個IGBT模塊來實現，因此控制上比較簡單，但是缺點也很明顯。首先，由于直流側電感電流被控制成恒流源，因此逆變到三相反饋繞組中的電流是方波，而且各相電流是不連續的，這導致非常大的電流諧波；同時，由于IGBT模塊的高頻斬波動作，使得電流波形中還包括開關頻率諧波分量。這些諧波分量會引起電機的發熱，造成效率下降，而且由于電流諧波過大，電流源逆變器也不能向電網直接饋送能量。電流源逆變器的各個晶閘管必須根據反饋繞組的電壓相位正確的進行觸發，如果出現誤觸發，則由于直流側電感的儲能作用，被觸發的晶閘管將能夠導通，這會導致電感電流瞬時流過順接的交流電源，因此電感電流不會下降反而增加，這種現象稱為逆變顛覆。上述逆變顛覆現象出現后，轉子變換器的電路本身卻無法對這種情況進行保護，最后只能造成逆變器過流燒毀。因而從技術原理上講，內反饋斬波調速是一種比較落后的轉差功率回饋式調速技術。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種轉差功率回饋式大功率中高壓異步電機調速系統，其電路設計合理、接線方便且投資成本低、使用效果好、工作性能穩定，能有效解決傳統內反饋斬波調速系統所存在的電流諧波過大、工作效率低、易出現逆變顛覆等缺陷和不足。

為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是：一種轉差功率回饋式大功率中高壓異步電機調速系統，其特征在于：包括串接在被調速電機轉子側的電力電子變換器和對電力電子變換器所輸出的三相交流電壓進行調整并反饋至高壓供電網的升壓變壓器，所述升壓變壓器的輸入輸出端分別與電力電子變換器和高壓供電網相接；所述電力電子變換器包括與被調速電機的轉子繞組相串接的三相整流電路、與三相整流電路相并接的升壓斬波電路、與升壓斬波電路相并接的三相電壓源逆變器、對三相整流電路的輸出電流進行實時檢測的電流檢測單元一、對被調速電機的轉速進行實時檢測的轉速檢測單元、根據所述轉速檢測單元和電流檢測單元一所檢測信號并結合預先給定的被調速電機轉速值對升壓斬波電路進行控制的升壓斬波控制單元、對升壓斬波電路的輸出電壓進行實時檢測的電壓檢測單元一、對三相整流電路所輸出的相電流進行實時檢測的電流檢測單元二以及根據電壓檢測單元一和所述電流檢測單元二所檢測信號并結合預先給定的直流母線電壓值對三相電壓源逆變器進行控制的逆變器控制單元，三相電壓源逆變器與升壓變壓器相接；所述轉速檢測單元和電流檢測單元一均接升壓斬波控制單元，升壓斬波控制單元與升壓斬波電路相接；所述電壓檢測單元一和所述電流檢測單元二均接逆變器控制單元，逆變器控制單元與三相電壓源逆變器相接。