[发明专利]IGBT逆变器中压电动机斩波式双DSP数字调速系统

说明书

技术领域

本发明涉及交流电动机调速控制技术领域，特别涉及一种IGBT逆变器中压电动机斩波式双DSP数字调速系统。

背景技术

中高压电动机广泛使用于风机和水泵的拖动，若能利用调速来实现风量和水压调节，则可以节约大量的电能，所以市场对性能优良、成本适中的中高压调速系统的需求非常旺盛。以DSP、单片机等为代表的数字控制芯片的普及应用和模糊逻辑智能控制策略的推广使用，为中压交流异步电动机调速的数字化智能化控制打下了基础。

在交流电动机调速控制系统中，現有大功率(＞200KW)中压(3～10KV)交流异步电动机调速系统主要分为定子侧变频调速和转子侧串级调速两大类，它们各自都存在不足之处。

定子侧变频调速在电动机定子侧接中压变频器，通过改变定子电压和频率来调节转速。中压变频器容量大，为电动机额定功率P_N的1.2倍左右，变换电压高，需要许多电力电子器件串联，系统庞大、复杂、价高，可靠性受影响。

在传统的转子侧串级调速系统中，电机转子侧接不可控整流器及晶闸管逆变器，通过改变逆变器触发移相角来改变转子电压，实現调速。转子电压低(一般＜1000V)，加之风机和泵类负载要求调速范围小(一般40～50％)，调速系统低压(＜500V)变换电能，且容量小(0.4～0.5P_N)，避免了中压调速的困难。它的主要缺点是，逆变器的移相控制导致运行功率因数低，谐波大。

近年来开发出斩波式串级调速系统，电机转子侧也是接不可控整流器及晶闸管逆变器，但在整流器和逆变器之间加入一级升压斩波器，工作时晶闸管逆变器的触发移相超前角β固定在最小值(30°左右)不变，直流逆变电压固定，通过改变斩波器的占空比来改变转子电压，实现调速。和传统串级调速相比，斩波式串级调速以较小功率的低压控制设备调节全功率中压电机转速，功率因数提高，谐波减小。如果电机负载为风机和泵类之二次型负载，逆变器容量还可进一步减至(0.2～0.3P_N)但是，通过使用发現，現有的斩波式串级调速系统仍然存在两个问题：

●在电网故障，供电电压突然大幅度降低或消失時，晶闸管逆变器将逆变颠覆，损坏设备；

●在转速闭环控制中，升压斩波器的控制由速度外环和电流内环两部分构成，由于升压斩波器控制特性的非线性，使得电流内环的响应在不同转速下不同，电流调节器参数调整很困难。

为了克服串级调速上述的缺陷，最新的转子变频调速系统采用电流峰值两点式的限流控制脉冲，控制升压斩波器的开关管，根据调速的要求调节占空比，从而改变直流逆变电压，克服升压斩波器控制特性的非线性的问题；利用绝缘门基晶体管的关断能力，在晶闸管逆变器逆变颠覆时切断其直流主电路，实現了逆变颠覆保护，解决現有系统存在的晶闸管逆变器在电网故障時损坏设备的问题。

但使用中发现，设置了颠覆保护又带来一些新的问题：在晶闸管逆变器发生逆变颠覆切断其直流主电路时，会造成转子回路瞬时开路而产生高压，必须设置过压保护电路；过压保护电路动作快速性要求很高，否则升压斩波器首先损坏。结果增加了系统复杂性，可靠性降低，影响了斩波式串级调速技术的广泛应用。

发明内容

本发明的目的是克服带颠覆保护的斩波式串级调速上述的缺陷，提供一种不产生逆变颠覆、使用简单方便、数字化程度高且成本低廉的中压电动机斩波式数字化智能调速控制系统。