CN101577518B - 一种高功率因数负载换流同步电机调速*** - Google Patents
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Abstract
一种高功率因数负载换流同步电机调速***，属于电力电子技术领域。包括交流侧LC滤波器，全控型电力电子器件直接串联的PWM型整流电路，直流侧的滤波电抗器以及6脉冲多晶闸管直接串联逆变电路；三相输入电源通过由三相电感电容组成的交流侧LC滤波器接到三相由全控型电力电子器件组成的PWM型整流电路的输入上端，PWM型整流电路根据控制***的计算结果，通过改变全控型电力电子器件的触发脉冲，将交流电源整流成可变幅值的直流电源，逆变电路根据控制***的计算结果，通过改变晶闸管的触发脉冲将此直流电流进行调制，控制同步电机定子电流的频率和幅值，输出给同步电机定子。优点在于，实现网侧电流是正弦波；网侧单位功率功率因数可调，可以做到接近于1。
Description
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，特别是提供了一种高功率因数负载换流同步电机调速***，该***可以用在大功率同步电机变频调速传动***中。
背景技术
在大功率工业领域，同步电动机由于其高效率和高可靠性，一直得到广泛应用。对同步电机进行变频调速可以显著地节能降耗，带来巨大的经济效益。目前在大功率特别是超大功率(超过100MW)的场合，一般都采用负载换流式逆变器(Load-CommutatedInverter，简称LCI)。LCI由三部分组成：整流器、直流滤波电抗器和逆变器。整流器一般采用常见的6脉冲晶闸管整流电路结构，作用是将固定电压和固定频率的交流电转换成直流电，并控制其电流为恒流。逆变器也采用脉冲晶闸管桥电路结构，作用是将直流电转换成电压和频率均可调节的交流电，供给同步电动机，其电流的变化率取决于电机电感。LCI的优点是***电路简单，成本经济，便于实现再生制动和四象限运行，限流能力强，短路保护可靠性高。但是LCI的主要缺点是由于其整流器通常采用常见的6脉冲晶闸管整流电路结构，这种整流电路输入电流中含有很高的谐波分量，输入电流的5次谐波可达20％，7次谐波可达12％，同时还含有晶闸管的快速换相产生的高次谐波，总的谐波电流失真约为30％；并且在晶闸管整流电路，中间直流环节的电压正比于电机线电压额定值乘以运行点电机实际的功率因数，再乘以转速百分比。所以，对于风机水泵等平方转矩负载，直流环节电压会随着转速的下降而很快降低，所以输入整流电路必须将触发角后移，这样导致输入功率因数很快下降，因此总体而言，LCI输入功率因数较低，且会随着电机转速的下降而降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高功率因数负载换流同步电机调速***，实现了网侧电流是正弦波；网侧单位功率功率因数可调，可以做到接近于1；并且具有较快的动态控制特性。
本发明包括交流侧LC滤波器，全控型电力电子器件直接串联的PWM型整流电路，直流侧的滤波电抗器以及6脉冲多晶闸管直接串联逆变电路；三相输入电源通过由三相电感电容组成的交流侧LC滤波器接到三相由全控型电力电子器件组成的PWM型整流电路的输入上端，PWM型整流电路根据控制***的计算结果，通过改变全控型电力电子器件的触发脉冲，将交流电源整流成可变幅值的直流电源，即PWM型整流电路的输出是可变幅值的直流电源，该直流电源经过直流侧的滤波电抗器进行平滑和滤波后，作为6脉冲多晶闸管串联逆变电路的输入，逆变电路根据控制***的计算结果，通过改变晶闸管的触发脉冲将此直流电流进行调制，控制同步电机定子电流的频率和幅值，输出给同步电机定子。
本发明所述的全控型电力电子器件的PWM型整流电路是由多只(根据产品功率等级确定串联器件的个数，一般为3～10只)全控型具有正反向电压阻断能力的逆阻型电力电子器件直接串联组成的三相全控桥式电路，用于控制直流侧电流，即同步电机定子电流的幅值；同时控制网侧功率因数，实现网侧电流是正弦波；网侧单位功率功率因数可调，做到接近于1。
交流侧LC滤波器的主要功能是滤出高次电流谐波，改善电力电子器件换相过程；全控型电力电子器件的PWM型整流电路的主要功能是控制直流侧电流，即同步电机定子电流的幅值以及网侧功率因数；直流侧的滤波电抗器是对直流侧电流进行平滑和滤波，使得对逆变电路而言前端类似电流源；6脉冲多晶闸管串联逆变电路的主要功能是控制同步电机定子电流的频率和相位。
本发明的有益效果：
与传统LCI相比，本发明采用全控型电力电子器件的PWM型整流电路取代原有的6脉冲晶闸管整流电路结构，从而可以实现网侧电流是正弦波；网侧单位功率功率因数可调，可以做到接近于1；并且具有较快的动态控制特性。
附图说明
图1为本发明的高功率因数负载换流同步电机调速***的拓扑结构
图2为本发明的高功率因数负载换流同步电机调速***的整体控制方法
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步说明：
图1是本发明的主电路拓扑结构图。如图所示，三相交流电网UA UB UC，经过电抗器LrA LrB LrC和电容器CrA CrB CrC组成的LC滤波器接入三相整流电路，三相整流电路由6个全控型具有正反向电压阻断能力的逆阻型电力电子器件单元S1…S6以三相全控桥式电路形式连接而成，每个单元都由多只电力电子器件直接串联而成，整流电路输出的直流电流经过直流侧的滤波电抗器进行平滑和滤波后，作为逆变电路的输入，逆变电路是三相晶闸管桥式变流器，有6个桥臂，每个桥臂由晶闸管元件串联构成，逆变器将直流电源逆变成频率可变，电压可变的交流电，并输出给同步电机定子。
图2是本发明的整体控制框图。这种控制方法是通过逆变侧的控制得到直流母线电流的给定值，然后通过整流侧的控制保证直流侧电流跟随负载变动要求，同时保证网侧功率因数可控，并接近于1。
同步电机速度给定值ω*与反馈值ω进行比较作速度闭环控制，速度调节器的输出为直流电流给定值 
送入整流电路控制器，整流电路控制器由直流侧电流控制环节和功率因数控制环节两个控制环节组成，在直流侧电流控制环节中，输入直流电流给定值 和直流电流反馈值id，输出调制函数的直轴分量md，直接控制直流电流id的大小；在功率因数控制环节中，采样电网电压同步信号Usa，sb，sc和网侧三相电流isa，sb，sc的实际值，通过网侧电流无功分量计算环节得到网侧电流无功分量isr，isr和输入直流电流前馈id输入到功率因数控制环节中，通过计算得到调制函数的交轴分量mq，md、mq综合电网电压相位角θs，得到调制函数的αβ轴分量mα、mβ，最后通过SVM调制技术得到6路PWM控制信号，控制逆阻型电力电子器件单元S1…S6的开关动作。
同步电机定子电流的频率和相位由晶闸管逆变器控制器来控制。逆变器控制器根据换流超前角给定γ0 *，通过计算产生晶闸管逆变器的触发脉冲。同步机定子电流超前空载感应电势，使晶闸管逆变器可靠换流。
同步电机激磁电流控制是独立的，激磁电流调节器对激磁电流进行闭环控制，使激磁电流安装给定值变化。
Claims (2)
1.一种高功率因数负载换流同步电机调速***，其特征在于，包括交流侧LC滤波器，全控型电力电子器件直接串联的PWM型整流电路，直流侧的滤波电抗器以及6脉冲多晶闸管直接串联逆变电路；三相输入电源通过由三相电感电容组成的交流侧LC滤波器接到三相由全控型电力电子器件组成的PWM型整流电路的输入上端，PWM型整流电路根据控制***的计算结果，通过改变全控型电力电子器件的触发脉冲，将交流电源整流成可变幅值的直流电流，即PWM型整流电路的输出是可变幅值的直流电流，该直流电流经过直流侧的滤波电抗器进行平滑和滤波后，作为6脉冲多晶闸管串联逆变电路的输入，逆变电路根据控制***的计算结果，通过改变晶闸管的触发脉冲将此直流电流进行调制，控制同步电机定子电流的频率和幅值，输出给同步电机定子。
2.根据权利要求1所述的高功率因数负载换流同步电机调速***，其特征在于，全控型电力电子器件的PWM型整流电路是由3～10只全控型具有正反向电压阻断能力的逆阻型电力电子器件直接串联组成的三相全控桥式电路，用于控制直流侧电流，同步电机定子电流的幅值；同时控制网侧功率因数，实现网侧电流是正弦波；网侧单位功率功率因数可调，做到接近于1。
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