[发明专利]复合斩波带快速过流保护的串级调速装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种串级调速装置，特别涉及一种复合斩波带快速过流保护的串级调速装置。

背景技术

我国是一个电力资源非常短缺的国家，节能作为一项重要的技术政策，对国民经济的发展具有深远的影响。风机和水泵在国民经济各部门中应用的数量众多，分布面极广，耗电量巨大。据统计，全国风机和水泵的耗电量占到整个工业用电量的40％以上，而风机、水泵一般在运行中都要进行负荷调节，相应的流量也要跟踪调节。传统的调节方法是调节入口或出口的阀门开度，使得风机、水泵用电量的30%-40％消耗在调节阀门及管网压降上，这是一种效益差、能耗大、设备损坏快、维修量大、运行费用高的落后办法，不仅造成了电能的巨大浪费，而且与经济运行标准也有相当大的差距。如果对风机、水泵进行调速，则可以取得很好的节能效果，提高经济效益。目前比较有发展前景的高压大功率调速技术应该是串级调速技术和高压变频技术，其中串级调速技术是从电机转子侧来实现调速，而高压变频调速技术是直接从定子侧来调速，两者各有千秋。但是对于那些调速性能要求不高，调速范围不宽的高压大功率风机、水泵，串级调速是一种比较经济可行的调速方案。然而传统的串级调速系统存在功率因数低、谐波含量大等缺点，并且目前工业现场使用的内馈斩波串级调速系统的斩波器大多采用开环控制，其动态性能不好，转子整流电流不可控，容易发生过流故障，使得装置的可靠性降低，这些都影响了串级调速在风机、泵类负载调速场合的推广应用。

目前关于串级调速装置的已公开的专利大致有以下几类：

（1）传统型：这种类型主电路拓扑主要由整流模块，逆变模块构成，没有斩波模块，其功率因数比较低，直流脉动也大，如专利CN02109096.3所公开的定子双绕组内反馈串级调速高压电动机及其调速控制装置。

（2）开环控制型：这种类型主电路虽然也带有斩波环节，但是其不足是采用开环控制，容易发生过流保护，且斩波环节不是采用移相控制，直流电流脉动大。如专利02260070所公开的内反馈式高频斩波交流调速装置。

（3）闭环控制型：这种类型主电路斩波器带有闭环控制，但是由于其电流环采用两点式滞环控制，IGBT开关频率不固定，有的高达好几千赫玆，开关损耗比较大，散热比较难。如专利200710122573 所公开的IGBT逆变器中压电动机斩波式双DSP数字调速系统。

（4）逆变颠覆保护型：这种类型在有源逆变器直流侧串联IGBT来防止逆变颠覆，后端全部采用IGBT来构成有源逆变器，不仅控制比较复杂，而且其成本比较高，接近高压变频器成本，因此在价格上不占有优势。

发明内容

本发明是针对现在串级调速装置功率因数低、谐波含量大的问题，提出了一种复合斩波带快速过流保护的串级调速装置,其具有斩波电流脉动小、调速平稳、快速过流及掉电故障保护的特点。

本发明的技术方案为：一种复合斩波带快速过流保护的串级调速装置，包括内馈电机、串级调速装置和控制模块，内馈电机包括定子绕组、转子绕组和调节绕组，串级调速装置包括整流部分、斩波部分和逆变部分，内馈电机转子绕组电流分别依次经过串级调速装置包括整流部分、斩波部分和逆变部分后输出返回到内馈电机的调节绕组，串级调速装置的斩波部分输出的电流信号和来自测速接近开关从内馈电机处取得的速度信号同时送入控制模块, 控制模块根据速度和电流双闭环控制算法以及错相控制法产生的错相的斩波脉冲到串级调速装置的斩波部分，同时有源逆变脉冲信号到串级调速装置的逆变部分。

所述串级调速装置斩波部分由两个斩波模块并联而成，每个斩波模块由电感、绝缘栅双极晶体管、吸收二极管和输出二极管组成，串联的电感和绝缘栅双极晶体管接整理部分输出两端，吸收二极管并联在绝缘栅双极晶体管两端，串联的电感和绝缘栅双极晶体管中间连接点经过输出二极管接逆变部分，斩波部分输出和逆变部分输入端并联有储能电容。

所述逆变部分为有源逆变器，由三组串联的绝缘栅双极晶体管和可控硅晶体管并联组成，三个绝缘栅双极晶体管上都并联吸收二极管，三个绝缘栅双极晶体管和可控硅晶体管的连接点接所述内馈电机的调节绕组。