斩波内馈调速能取代变频么？ 点击：20139 | 回复：217
发表于：2004-11-19 16:09:00
142楼
聊城热电多年来十分支持北方公司的工作,不但做了"第一个吃螃蟹的人"而且在舆论压力和周围环境十分被动的时候仍然坚持这一道路.尽管若干年前聊城的设备确实存在着这样或那样的问题,但是通过北方员工的努力,但已经成功克服.仅拿1250KW循环水泵来讲,全年调速运行,故障率几乎为零.只是有一次高压柜拒动才坏过一次,而且24小时内就修复了.目前连运行人员也承认了当年他们十分反感的设备.
无论是上海科祺,秦皇岛晨砻,还是上海南征,他们都不能否认自己的技术核心来自于保定北方调速有限公司,即使他们以后在某些方面超越了北方,仍然不能忘记这项技术在初级研发阶段北方人所付出的巨大艰辛.
如果没有当年聊城电厂的勇敢运用,如果没有遇到当时所谓的技术难题,如果没有北方员工坚持不懈的努力,那么,现在所有的订单都将是天方夜谈.
发表于：2005-06-09 00:00:00
155楼
如果斩波内馈调速有前途的话,作为电机要新制造的项目,那我的方案要更好,况且我的电机不用重新设计,只是把原来的一套高压三相绕组分成2--4四套空间位置不同的三相绕组,这些2--4套三相绕组可以串联回原来的一套高压三相绕组,具体看下面论文.联系电话:13509635954
一种中（高）压变频主电路结构可行性分析
深圳市泽迅达实业发展有限公司 丁振荣
摘 要：本文介绍了一种基于具有多套较低电压等级三相绕组且空间位置依次相邻的三相中（高）交流电机的变频系统，并分析了其可行的原理。
关键字：中（高）压变频 正弦脉宽调制 逆变器串联
相位
1、引言
本人于2004年5月在《变频器世界》发表了一篇“基于具有多个分支绕组的交流电动机的变频系统探讨”的论文，文章简单介绍了多个三相逆变单元串联接入高压直流电源或并联接入低压直流电源或各自接入独立直流电源或分成几组接入几种直流电源的几种线路，每个逆变单元其输入并有一个滤波电容和一个均压电阻、输出连接一个三相分支绕组。这篇论文在中（高）压交流电机的应用中，实质是把中（高）压电机一套三相绕组分成多套较低电压等级的三相绕组，然后，每个较低电压等级的三相绕组被一个三相逆变器驱动，这些三相逆变器每个直流端都并联一个均压电阻和一个滤波电容，把这些连接了三相绕组、均压电阻和滤波电容的三相逆变器按正负极相间依次串联接入中（高）压直流电源，每个逆变器相同桥臂位置的IGBT触发是并联的，但需要彼此隔离，这样就构成了一种中（高）压变频系统。这种技术没有输入变压器，也能很好地解决IGBT的动、静态均压问题，这是经过实验证实的，但电机的分三相绕组太多，构成6000V的系统需要16组380V普通变频器用的三相逆变器，也没有脱离一般变频技术其逆变输出载波要求高频化的框框。
经过近一年的思考，在以上技术的基础上，本人提出了一种新的方案，可以说现在的方案比起以前的有质的改进，与原方案比较，分三相绕组数减为3—4个，每个串联三相逆变器的高耐压电力半导体可以用几个耐压较低的电力半导体直接串联替代或使用开关速度慢耐压高的电力半导体。主要技术是基于一种具有多套较低电压等级三相绕组且空间位置依次相邻的三相中（高）压交流电机和具有多套串联三相逆变器且输出相位不同的变频器。
2、原理
所谓一种具有多套较低电压等级三相绕组且空间位置依次相邻的三相中（高）交流电机，就是把交流电机原来一套三相定子绕组设计成具有M套电压为原来电压1/M的三相绕组，M取值大于、等于2的整数，每套三相绕组的线圈导线截面积、线圈匝数、线圈绕向、线圈节距、并联支路数、线圈组数、线圈数、极数、绕组形式等都一一对应相同，除了每套三相绕组的空间位置是不同的，在具体应用中每套三相绕组的空间位置可以依次相邻。这种电机与普通的多相交流电机结构相同，但其不是普通的多相交流电机，普通的多相交流电机其每组三相绕组是并联使用的，而这种电机的每组三相绕组是为串联使用而设计的，其耐压是按中（高）压交流电机的耐压要求设计的，当然，其每组三相绕组也可以并联使用。图一的三相交流电机A相绕组形式为双层叠绕，极数为2，槽数为24，节距为1—10，支路数为1，极相组为2个，每个由4个线圈串联构成，每个线圈匝数为S。假设把这台电机分成2套电压是原来电压一半的三相绕组，且新的相绕组并联支路为1，则新的A相极相组为U11—U12、U21—U22，每个极相组由2个线圈串联构成，每个线圈匝数为S，即不改变原线槽的嵌线，每个新相绕组相邻，相位相差30°电气角度，见图二。
图一
图二
所谓具有多套串联三相逆变器且输出相位不同的变频器，就是变频器具有N套串联三相逆变装置，N取值2或2以上的整数，每套三相逆变装置输出三相电压或三相电流基波的幅值、频率都相同，相位都不相同，在具体应用中每套三相逆变装置同相逆变电压或电流基波的相位可以依次相差同一个角度60°/N。具体就是，对电压型变频器，假设第一个逆变装置输出三相电压基波为UA=Umsinωt UB= Umsin(ωt-120°) UC= Umsin(ωt-240°) ， 第二个逆变装置输出三相电压基波为UA=Umsin（ωt- 60°/N） UB= Umsin(ωt-120°-60°/N) UC= Umsin(ωt-240°-60°/N) ，第三个逆变装置输出三相电压基波为UA=Umsin（ωt-2╳60°/N） UB= Umsin(ωt-120°-2╳60°/N) UC= Umsin(ωt-240°-2╳60°/N)，第N个逆变装置输出三相电压基波为UA=Umsin（ωt-60°+60°/N） UB= Umsin(ωt-120°-60°+60°/N) UC= Umsin(ωt-240°-60°+60°/N)。假设，有两个三相逆变装置，第一个三相逆变装置输出三相电压基波为UA1=Umsinωt UB1= Umsin(ωt-120°) UC1= Umsin(ωt-240°)，则第二个逆变装置与第一个逆变装置相比同相电压基波滞后60°/N=60°/2=30°，第二个三相逆变装置输出三相电压基波为UA2=Umsin（ωt- 30°） UB2= Umsin(ωt-150°) UC2= Umsin(ωt-270°)。图三为单个三相逆变输出的电压波形图，图四为两个三相逆变输出、相位相差30°的电压波形图。
图三
图四
三相交流电机，除两极高速电机外，其余极数的电机其每个极相组串联线圈数也就3个或4个，假如把这些极相组中所有相同位置的线圈串联起来构成新的相绕组引出电机外，就构成了3个或4个电压为原来电压1/3或1/4、电气角度依次相差20°或15°的分三相绕组。对两极高速电机，可以把一个极相组相邻的两个或三个线圈串联起来当作一个线圈单元，同样，也可构成3个或4个电压为原来电压1/3或1/4、电气角度依次相差20°或15°的分三相绕组。假设这3个或4个分三相绕组由3个或4个相位依次相差20°或15°的串联三相逆变器驱动，其逆变输出正弦化调制已变得不重要了，只需要直流调压、调频就行了，因为这时的三相交流电动机如果是同步电动机的话就已经是没有换向器的直流电动机了，不需要对逆变输出正弦化调制，也不需要消除相对单个三相绕组而存在的所谓谐波，三相交流电动机已经有非常均匀的旋转磁场了，所以开关管也没必要高频工作了。
在以上的应用中，每个三相逆变器并联接入同一个直流电源是直观的、容易理解的。以下要分析的是每个三相逆变器串联后接入一个直流电源并且每个三相逆变器输出电压相位依次相差20°或15°的可行性。为达到目的，每个串联三相逆变器的控制可选用“180°导通的三相逆变器” 或“120°导通的三相逆变器”触发规律，或选用“三相正弦脉宽调制”时，全部串联三相逆变器用同一个三角形波作载波，通过软件控制使每个三相逆变器“零矢量”出现、结束时间相同，通过控制触发时序或正弦波参考信号相位使全部三相逆变器之间输出电压相位依次相差同一个角度60°/N，并且使每个三相逆变器同时导通或截止。这些控制办法可行的原因在于：对“180°导通的三相逆变器”的控制办法，任何时候，一套三相绕组的三个绕组都同时通电；对“120°导通的三相逆变器”的控制办法，任何时候，一套三相绕组都有二个绕组同时通电；所以无论“180°导通的三相逆变器”还是 “120°导通的三相逆变器”，每个串联三相逆变器在工作时任何时刻都是导通的。对“三相正弦脉宽调制”的控制办法，全部串联三相逆变器用同一个三角形波作载波，即每个三相逆变器出现“零矢量”的时刻是重叠的，且时间是很短的，通过软件控制可使每个逆变器“零矢量”出现、结束时间相同，其他大部分时间，每套三相绕组的三个绕组都同时通电，即每个串联三相逆变器都是导通的。每个串联三相逆变器其直流端可以并联一个均压电阻和一个滤波电容，其作用有二：对“180°导通的三相逆变器”或“120°导通的三相逆变器”，可以保证每个串联的三相逆变器换相瞬间电压不突变；对“三相正弦脉宽调制”，可使每个串联三相逆变器在一小段足够的时间里电压相对独立，为总直流电压的1/3或1/4（串联逆变器为3个或4个时），在“零矢量”电力半导体导通、截止一致性出问题时，每个串联三相逆变器不用承受总直流电压，而只承受总直流电压的1/3或1/4，这对每个逆变器里的电力半导体或直接串联的电力半导体的正常工作有着非常重要的意义，可以简化保护线路和减少因保护线路而产生的损耗。虽然串联三相逆变器输出的电压或电流基波相位相差一定的电气角度，电机也由几个相差一定电气角度的三相绕组构成，但每个串联三相逆变器、电机每个三相绕组是对称的，每个三相逆变器直流阻抗是相同的，加上每个三相逆变器并联一个均压电阻和一个滤波电容，所以，每个串联三相逆变器的均压是可靠的。图五为三个串联的三相逆变器、每个输出相位相差20°的变频器与具有三个三相绕组、每个相差20°的电机的连接示意图。
3、结束语
这种中（高）压变频系统最大的特点是输出相位不同的多个三相逆变器可以直接串联；载波频率可以很低、滤波电容可以较小；每个三相逆变器里的电力半导体可以直接串联，也可以选用耐压高、开关速度慢的电力半导体。
图五
参考文献
贾正春 马志源 .电力电子学. 中国电力出版社,2002
作者简介
丁振荣（1963--） 男 大连海运学院船电专业本科毕业 电气工程师 在深圳市泽迅达实业发展有限公司从事技术开发工作
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