CN102843094A

CN102843094A - 高压变频控制系统

Info

Publication number: CN102843094A
Application number: CN2012103540888A
Authority: CN
Inventors: 丁森浩; 王喜乐; 李业; 徐永跃; 戴娣; 王润北
Original assignee: ZHENGZHOU SAIJIN ELECTRIC CO Ltd
Current assignee: ZHENGZHOU SAIJIN ELECTRIC CO Ltd
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2012-12-26

Abstract

本发明涉及一种高压变频控制系统，包括移相变压器，移相变压器的一次侧用于连接电网，二次侧包括至少两组、每组A相、B相、C相三个二次线圈，每组三个二次线圈的接法相同；每个二次线圈均连接一个不控整流-可控逆变的功率单元。本发明采用多级移相整流的方式，每相电压都由多个功率电压串联产生。从而使每个功率单元的功率管承受电压成倍降低，大大减少了成本，提高了整个系统的可靠性。

Description

高压变频控制系统

技术领域

本发明涉及一种高压变频控制系统。

背景技术

现有的变频控制系统通常主要由变压器、二极管不控整流电路、可控的三相逆变电路构成，在逆变环节通过PWM方式控制功率管，如IGBT的触发，产生幅值和频率都可调的三相交流电压，提供给电机。

如果直接将上述方案应用于高压变频系统，逆变电路需要功率管有很高的额定电压，成本高。而且，上述方案的电路产生的高次谐波对电网污染大。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压变频控制系统，用以解决现有技术的变频控制系统成本高、网侧谐波性能差的问题。

为实现上述目的，本发明的方案是：一种高压变频控制系统，包括移相变压器，移相变压器的一次侧用于连接电网，二次侧包括至少两组、每组A相、B相、C相三个二次线圈，每组的三个二次线圈的接法相同；每个二次线圈均连接一个不控整流-可控逆变的功率单元，每个功率单元有两个输出端子，输出端子输出与其连接的二次线圈对应相序的单相交流电压；对应A相的各功率单元的输出端首尾相接形成所述高压变频控制系统的A相输出，对应B相的各功率单元的输出端首尾相接形成所述高压变频控制系统的B相输出，对应C相的功率单元的输出端首尾相接形成所述高压变频控制系统的C相输出；所述A相输出、B相输出、C相输出组成星形连接方式，用于供电连接高压电机；所述高压变频控制系统还包括控制所述功率单元的控制器。

所述功率单元的可控逆变部分的功率管为IGBT模块。

所述移相变压器的一次侧设有输入电压电流互感器，高压电机的电源输入端设有输出电压电流互感器，高压电机上设有测量转速的编码器，所述输入电压电流互感器、输出电压电流互感器、编码器的输出信号连接所述控制器。本发明采用多级移相整流的方式，每相电压都由多个功率电压串联产生。从而使每个功率单元的功率管承受电压成倍降低，大大减少了成本，提高了整个系统的可靠性。多电平PWM控制方式，提供正弦波电流输出，共模电压和dV/dt小，对电机、电缆无特殊要求，老设备变频改造，无须更换电机。采用多级整流，输入变压器二次线圈多重化，降低了高次谐波电流对电网的污染。

附图说明

图1是本发明的电路原理图；

图2是本发明的功率单元电路原理图；

图3是高频变压器电气接线图；

图4是多电平叠加示意图。

图5、图6分别是本发明的两种处理功率单元损坏的方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示的一种高压变频控制系统，包括移相变压器，移相变压器的一次侧用于连接电网（3kV/6kV/10kV/），二次侧包括5组共15个二次线圈，两组二次线圈均分为A相、B相、C相三种，每组三个二次线圈的接法相同。对应A相的二次线圈连接功率单元A1、A2、A3、A4、A5，对应B相的二次线圈连接功率单元B1、B2、B3、B4、B5，对应C相的二次线圈连接功率单元C1、C2、C3、C4、C5。如图2所示，15个功率单元结构相同，均为不控整流-可控逆变的功率单元，功率单元的可控逆变部分的功率管为IGBT模块，每个功率单元均有两个交流输出端。对应A相的功率单元A1、A2、A3、A4、A5的输出端首尾相接形成高压变频控制系统的A相输出，对应B相的功率单元B1、B2、B3、B4、B5的输出端首尾相接形成所述高压变频控制系统的B相输出，对应C相的功率单元C1、C2、C3、C4、C5的输出端首尾相接形成所述高压变频控制系统的C相输出。A相输出、B相输出、C相输出组成星形连接方式，如图4所示，用于供电连接高压电机。

高压变频控制系统还包括控制功率单元的控制器，即图1中所示主控板，主控板通过光纤连接光收发板，通过光收发板1控制触发第一组功率单元A1、B1、C1的IGBT模块，通过光收发板2控制触发第二组功率单元A2、B2、C2的IGBT模块，通过光收发板3控制触发第一组功率单元A3、B3、C3的IGBT模块，通过光收发板4控制触发第一组功率单元A4、B4、C4的IGBT模块，通过光收发板5控制触发第一组功率单元A5、B5、C5的IGBT模块。图1的移相变压器二次侧的图形标识表示移相角度，如三角形为移相60°。

移相变压器的一次侧设有输入电压电流互感器，高压电机的电源输入端设有输出电压电流互感器，高压电机上设有测量转速的编码器，输入电压电流互感器、输出电压电流互感器、编码器的输出信号通过一个信号采集板连接到控制器。控制器连接HMI(远程监控设备)和触摸屏等操作设备，以及其他备用I/O设备等。

如图3为高压变频控制系统，即图中AS800高压变频控制器的电气连接图，接线方式简单，输入端通过断路器QF1连接进线，KM3为旁路开关，KM1输入端刀闸、KM2为连接高压电机M的刀闸。

本发明的变频控制系统输出如图4所示，5组功率单元，每组功率单元的A相串联、B相串联、C相串联，每个功率单元输出690V，则相电压为3450V，线电压为6000V。

采用本发明的多级移相方式，功率管耐受电压低，节省成本。而且由于采用这种结构，可以将电压分级加入，如开始投入一组A1、B1、C1功率单元，然后逐渐投入其他组功率单元，电机所受起动电流和冲击电流小，利于延长电机寿命。

如图5、图6是处理某一个功率单元损坏的两种方法。每个功率单元均设有能够短路其输出的旁路。当A相某功率单元损坏时，图5是将A相的该功率单元和B、C相与之对应的功率单元都旁路掉，以此保证输出电压均衡，输出电压降为原来的80%。图6是将A相的该功率单元旁路，B、C相通过PWM控制，调整每个功率单元输出电压矢量角度，在输出电压最大，相电压不相等的情况下，保证最大电压输出，采用这种线电压均衡方法，电压降至原来的93.3%。

本发明的有益效果还包括：

多电平PWM控制方式，提供正弦波电流输出，共模电压和dV/dt小，对电机、电缆无特殊要求，老设备变频改造，无须更换电机。

采用多级整流，输入变压器二次线圈多重化，降低了高次谐波电流对电网的污染。

传感器测量网侧输入电压电流、变频器输出电压电流和电动机转速，可以进行高精度速度闭环控制，能输出巨大高起动转矩，满足煤矿、化工等企业的重负载应用场合的各种高指标的工艺要求。

输出电流中含有的高次谐波成本小，由此产生的脉动力矩对轴系统的影响力可以忽略不计。

恒压源型变频控制，能在全速范围内维持高功率因数。

多电平PWM控制，消减了IGBT自身的高频开关损耗。

Claims

1.一种高压变频控制系统，其特征在于，包括移相变压器，移相变压器的一次侧用于连接电网，二次侧包括至少两组、每组A相、B相、C相三个二次线圈，每组的三个二次线圈的接法相同；每个二次线圈均连接一个不控整流-可控逆变的功率单元，每个功率单元有两个输出端子，输出端子输出与其连接的二次线圈对应相序的单相交流电压；对应A相的各功率单元的输出端首尾相接形成所述高压变频控制系统的A相输出，对应B相的各功率单元的输出端首尾相接形成所述高压变频控制系统的B相输出，对应C相的功率单元的输出端首尾相接形成所述高压变频控制系统的C相输出；所述A相输出、B相输出、C相输出组成星形连接方式，用于供电连接高压电机；所述高压变频控制系统还包括控制所述功率单元的控制器。

2.根据权利要求1所述的一种高压变频控制系统，其特征在于，所述功率单元的可控逆变部分的功率管为IGBT模块。

3.根据权利要求1所述的一种高压变频控制系统，其特征在于，所述移相变压器的一次侧设有输入电压电流互感器，高压电机的电源输入端设有输出电压电流互感器，高压电机上设有测量转速的编码器，所述输入电压电流互感器、输出电压电流互感器、编码器的输出信号连接所述控制器。