[發(fā)明專(zhuān)利]基于超級(jí)電容儲(chǔ)能的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能控制器及控制方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310750646.7
• 申請(qǐng)日: 2013-12-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103647500A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安群濤;孫力;趙克;魏鑫;劉瑞博
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02P27/08
• 分類(lèi)號(hào): H02P27/08;H02J3/28
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 岳泉清

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能控制器及控制方法，屬于電機(jī)節(jié)能調(diào)速領(lǐng)域。

背景技術(shù)

變頻器通常采用交-直-交變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由二極管整流橋、直流母線(xiàn)濾波電容和逆變器組成。當(dāng)電機(jī)制動(dòng)運(yùn)行時(shí)將產(chǎn)生再生電能，為防止再生電能使母線(xiàn)電壓泵升而燒壞器件，母線(xiàn)上通常并聯(lián)斬波電路將電能通過(guò)電阻泄放掉，這在電機(jī)處于頻繁制動(dòng)運(yùn)行的應(yīng)用中造成了能量的浪費(fèi)。為此，學(xué)者提出在傳統(tǒng)二極管整流器處反并聯(lián)逆變器拓?fù)涞脑偕芰炕仞亞卧蛘咧苯硬捎肞WM整流器實(shí)現(xiàn)整流和再生能量向電網(wǎng)的回饋。然而，這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，并且需要對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)控制不好容易造成電網(wǎng)的污染。

為實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)能，本發(fā)明通過(guò)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)器直流母線(xiàn)上并聯(lián)超級(jí)電容儲(chǔ)能單元，將電機(jī)的再生能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，并當(dāng)電機(jī)電動(dòng)運(yùn)行時(shí)再將這部分能量回饋給電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了再生能量的存儲(chǔ)和再利用，提高了電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的效率，在抽油機(jī)、電梯、提升機(jī)等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用價(jià)值和前景。另外，本發(fā)明的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能控制器可以直接對(duì)現(xiàn)有調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能升級(jí)改造，節(jié)省開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)成本。

現(xiàn)有的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行效率低，不能有效的實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和再利用的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行效率低，不能有效的實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和再利用的問(wèn)題，而提出了一種基于超級(jí)電容儲(chǔ)能的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能控制器及控制方法。

基于超級(jí)電容儲(chǔ)能的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能控制器，它包括二極管整流橋、第一直流濾波電容、逆變器、雙向DC/DC功率變換器和超級(jí)電容模塊，

雙向DC/DC功率變換器包括第二直流濾波電容、n重IGBT橋式電路和n個(gè)濾波電感，其中，n個(gè)濾波電感包括第一濾波電感L₁、第二濾波電感L₂…第n濾波電感Ln，n為正整數(shù)，直流母線(xiàn)電壓檢測(cè)電路、超級(jí)電容電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路、A/D轉(zhuǎn)換器、DSP控制器和FPGA，

二極管整流橋的三相交流輸入端接三相電網(wǎng)，二極管整流橋的輸出端為直流母線(xiàn)，直流母線(xiàn)兩端并聯(lián)第一直流濾波電容；

逆變器的直流端掛接在直流母線(xiàn)上，逆變器交流端接電機(jī)的三相繞組輸入端；

第二直流濾波電容跨接在直流母線(xiàn)上，n重IGBT橋式電路的橋臂上下端接直流母線(xiàn)，構(gòu)成雙向DC/DC變換器的高壓端，n重IGBT橋式電路的每個(gè)橋臂中點(diǎn)分別連接n個(gè)濾波電感的一端，n個(gè)濾波電感的另一端連接到一起，構(gòu)成雙向DC/DC變換器的低壓端，低壓端連接到超級(jí)電容模塊的兩端；

直流母線(xiàn)電壓檢測(cè)電路的輸入端掛接在兩條直流母線(xiàn)上，直流母線(xiàn)電壓檢測(cè)電路的檢測(cè)信號(hào)輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的檢測(cè)信號(hào)輸入端相連；

超級(jí)電容電壓檢測(cè)電路的輸入端掛接在兩條直流母線(xiàn)上，超級(jí)電容電壓檢測(cè)電路的檢測(cè)信號(hào)輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的檢測(cè)信號(hào)輸入端相連；

電流檢測(cè)電路的檢測(cè)信號(hào)輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的檢測(cè)信號(hào)輸入端相連；

A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號(hào)輸出端與DSP控制器的數(shù)字信號(hào)輸入端相連，DSP控制器的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入/輸出端與FPGA的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出/輸入端相連；

FPGA的信號(hào)輸出端與n重IGBT橋式電路的信號(hào)輸入端相連。

本發(fā)明是基于超級(jí)電容儲(chǔ)能的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能控制器，在交-直-交電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中的直流母線(xiàn)上并聯(lián)雙向DC/DC功率變換器，雙向DC/DC功率變換器與超級(jí)電容模塊連接，超級(jí)電容模塊將電機(jī)產(chǎn)生的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，當(dāng)電機(jī)電動(dòng)運(yùn)行時(shí)再將這部分能量回饋給電機(jī)，有效地實(shí)現(xiàn)了能量的存儲(chǔ)和再利用，提高了電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行效率。它可用于抽油機(jī)、電梯和提升機(jī)等領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1是具體實(shí)施方式一所述的基于超級(jí)電容儲(chǔ)能的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能控制器的原理框圖，Udc表示直流母線(xiàn)電壓值，Usc表示超級(jí)電容電壓值；

圖2是本發(fā)明中雙向DC/DC功率變換器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖3是傳統(tǒng)采用斬波器和電阻的再生能量泄放原理圖；

圖4是傳統(tǒng)采用PWM整流器的電機(jī)四象限運(yùn)行驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖；

圖5是本發(fā)明中載波移相PWM調(diào)制波形圖，m表示Buck降壓狀態(tài)，n表示Boost升壓狀態(tài)，f表示三角載波信號(hào)。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一、結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的基于超級(jí)電容儲(chǔ)能的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能控制器，它包括二極管整流橋1、第一直流濾波電容2、逆變器3、雙向DC/DC功率變換器5和超級(jí)電容模塊6，