CN106982013A - 高可靠性的无刷双馈电机调速装置及其控制方法 - Google Patents

高可靠性的无刷双馈电机调速装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的高可靠性的无刷双馈电机调速装置，包括第一、二三相交流电源、第一、二全控型变流器、三相电感、直流母线电容和无刷双馈电机及与该无刷双馈电机转轴相连的机械负载，以及不可控变流器、七个三相交流开关和三个直流开关。本发明还提供了该调速装置的控制方法。本发明高可靠性的无刷双馈电机调速装置及其控制方法的优点是：由于设置了五个三相交流开关、三个直流开关和三个全控型变流器，在任一变流器出现故障时，由另两个变流器组成完整的调速控制***，实现了在超同步和亚同步状态的正常运行，提高和确保了无刷双馈电机运行的高可靠性。该调速***还具有成本优势，有助于无刷双馈电机调速***在中高压交流调速领域的应用。

Description

高可靠性的无刷双馈电机调速装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及电机调速***领域，具体涉及一种高可靠性的无刷双馈电机调速装置及其控制方法。
背景技术
由于无刷双馈电机不存在电刷和滑环的维护问题，使得其工作寿命远比与其配套的三相全控型PWM变流器工作寿命长。但是，一旦变流器中某一功率器件发生故障，***必然发生突发性停机，将导致巨大的经济损失，很难实现调速***的高可靠性运行。为了解决这一问题，专利文献ZL 201410382239.X(可平滑切换的冗余型四象限无刷双馈电机调速***)采用4个三相PWM整流器构成冗余型四象限无刷双馈电机调速***，相对提高了可靠性，但是在成本上有显著的增加，这不利于推动无刷双馈电机调速***在中高压交流调速领域的应用。专利文献ZL 201510808905.6(可柔性运行的冗余型无刷双馈电机调速***)通过采用三相全控型PWM变流器、三相不可控整流器、交流开关和直流开关构成的具有冗余结构的变流装置，解决了三相全控型PWM第一全控型变流器或第二全控型变流器损坏时，电机亚同步调速的问题，但无法实现三相全控型PWM第一全控型变流器或第二全控型变流器损坏时，电机超同步运行的问题。
发明内容
鉴于上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有三个全控型变流器的无刷双馈电机调速装置及其方法，在任一变流器出现故障时，可以由另两个变流器组成完整的调速控制***，实现在超同步和亚同步状态的正常运行，进一步提高和确保无刷双馈电机运行的可靠性。同时，该调速***还以成本优势利于无刷双馈电机调速***在中高压交流调速领域的应用。
为达上述目的，本发明一种高可靠性的无刷双馈电机调速装置，包括第一三相交流电源、第二三相交流电源、第一全控型变流器、第二全控型变流器和无刷双馈电机及与该无刷双馈电机转轴相连的机械负载，还包括七个三相交流开关、三个直流开关和不可控变流器，其中：所述第一三相交流电源、第一三相交流开关与无刷双馈电机的功率绕组依次分相串联连接，所述第二三相交流电源、第二三相交流开关与第一全控型变流器的交流侧依次分相串联连接，所述第二三相交流电源、第三三相交流开关与不可控变流器5的交流侧依次分相串联连接，所述第二三相交流电源、第三三相交流开关、第四三相交流开关与无刷双馈电机的控制绕组依次分相串联连接，所述第二三相交流电源与第七三相交流开关依次分相串联连接并与第二全控型变流器的交流侧依次分相并联连接，所述第一全控型变流器的交流侧、第六三相交流开关与无刷双馈电机的控制绕组依次分相串联连接，所述第一全控型变流器的直流侧高电压端、第一直流开关、第二直流开关与第二全控型变流器的直流侧高电压端依次串联连接，所述第二全控型变流器的交流侧、第五三相交流开关与无刷双馈电机的控制绕组依次分相串联连接，所述不可控变流器的直流侧高电压端与第三直流开关串联连接并与第一直流开关和第二直流开关的串联结点相连，两个全控型变流器和不可控变流器各直流侧低电压端相互连接为参考地线端。
本发明高可靠性的无刷双馈电机调速装置，还包括三相电感和直流母线电容，其中所述三相电感依次分相连接在第二三相交流电源与第二三相交流开关、第三三相交流开关和第七三相交流开关三个三相交流开关的公共输入端之间，所述直流母线电容连接在第一直流开关和第二直流开关的串联结点与参考地线端之间。
本发明高可靠性的无刷双馈电机调速装置，其中所述第一三相交流电源与第二三相交流电源为相同的三相交流电源。
本发明高可靠性的无刷双馈电机调速装置，其中所述第一三相交流电源与第二三相交流电源为不相同的三相交流电源。
为达上述目的，本发明提供了一种高可靠性的无刷双馈电机调速装置的控制方法，该方法包括：
1)当调速***运行在四象限状态时，先断开第三三相交流开关、第四三相交流开关、第五三相交流开关、第七三相交流开关和第三直流开关，再闭合第一三相交流开关、第二三相交流开关、第六三相交流开关、第二直流开关和第一直流开关，由所述三相电感、第一全控型变流器、直流母线电容和第二全控型变流器构成无刷双馈电机的变流器***；
2)当第一全控型变流器发生故障且电机工作于超同步状态时，先断开第二三相交流开关、第四三相交流开关、第五三相交流开关、第七三相交流开关和第一直流开关，再闭合第一三相交流开关、第三三相交流开关、第六三相交流开关、第三直流开关和第二直流开关，由所述三相电感、不可控变流器、直流母线电容和第二全控型变流器构成无刷双馈电机的变流器***；
3)当第二全控型变流器发生故障且电机工作于亚同步状态时，先断开第二三相交流开关、第三三相交流开关、第五三相交流开关、第六三相交流开关和第一直流开关，再闭合第一三相交流开关、第三三相交流开关、第六三相交流开关、第三直流开关和第二直流开关，由所述三相电感、不可控变流器、直流母线电容和第二全控型变流器构成无刷双馈电机的变流器***。
4)当第一全控型变流器发生故障时且电机工作于亚同步状态时，先断开第二三相交流开关、第三三相交流开关、第五三相交流开关、第六三相交流开关和第一直流开关，再闭合第一三相交流开关、第四三相交流开关、第七三相交流开关、第三直流开关和第二直流开关，由所述三相电感、不可控变流器、直流母线电容和变流器形成无刷双馈电机的变流器***。
5)当第二全控型变流器发生故障时且电机工作于超同步状态时，先断开第二三相交流开关、第四三相交流开关、第六三相交流开关、第七三相交流开关和第二直流开关，再闭合第一三相交流开关、第二三相交流开关、第五三相交流开、第三直流开关和第一直流开关，由所述三相电感、不可控变流器、直流母线电容和第二全控型变流器形成无刷双馈电机的变流器***。
6)当第二全控型变流器发生故障时且电机工作于亚同步状态时，先断开第三三相交流开关、第五三相交流开关、第六三相交流开关、第七三相交流开关和第二直流开关，再闭合第一三相交流开关、第二三相交流开关、第四三相交流开关、第三直流开关和第一直流开关，由所述三相电感、不可控变流器、直流母线电容和第二全控型变流器形成无刷双馈电机的变流器***。
本发明高可靠性的无刷双馈电机调速装置及其控制方法的优点和积极效果是：由于设置了七个三相交流开关、三个直流开关、两个全控型变流器和一不可控变流器，构成的无刷双馈电机调速***在三个变流器中任一变流器出现故障时，实现了调速***在超同步和亚同步状态的正常运行，进一步提高和确保了无刷双馈电机运行的高可靠性。同时，该调速***还具有成本优势，有助于无刷双馈电机调速***在中高压交流调速领域的应用。
附图说明
图1是本发明高可靠性的无刷双馈电机调速装置的电路结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合参照附图对本发明进一步详细说明本发明高可靠性的无刷双馈电机调速装置及其控制方法的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，本发明高可靠性的无刷双馈电机调速装置，包括第一三相交流电源1、第二三相交流电源2、第一全控型变流器3、第二全控型变流器4、三相电感L1、直流母线电容C和无刷双馈电机7及与该无刷双馈电机转轴相连的机械负载，还包括七个三相交流开关K1-K7、三个直流开关K8-K10和不可控变流器5，其中：
第一三相交流电源1、第一三相交流开关K1与无刷双馈电机的功率绕组依次分相串联连接。第二三相交流电源2、第二三相交流开关K2与第一全控型变流器3的交流侧依次分相串联连接。第二三相交流电源2、第三三相交流开关K3与不可控变流器5的交流侧依次分相串联连接。第二三相交流电源2、第三三相交流开关K3、第四三相交流开关K4与无刷双馈电机的控制绕组依次分相串联连接。第二三相交流电源2与第七三相交流开关K7依次分相串联连接并与第二全控型变流器4的交流侧依次分相并联连接。第一全控型变流器3的交流侧、第六三相交流开关K6与无刷双馈电机的控制绕组依次分相串联连接。第一全控型变流器3的直流侧高电压端、第一直流开关K10、第二直流开关K9与第二全控型变流器4的直流侧高电压端依次串联连接，第二全控型变流器4的交流侧、第五三相交流开关K5与无刷双馈电机的控制绕组依次分相串联连接。不可控变流器5的直流侧高电压端与第三直流开关K8串联连接并与第一直流开关K10和第二直流开关K9的串联结点相连，两个全控型变流器3、4和不可控变流器5各直流侧低电压端相互连接为参考地线端。
三相电感L1依次分相连接在第二三相交流电源2与第二三相交流开关K2、第三三相交流开关K3和第七三相交流开关K7三个三相交流开关的公共输入端之间，直流母线电容C连接在第一直流开关K10和第二直流开关K9的串联结点与参考地线端之间。
在本发明高可靠性的无刷双馈电机调速装置不同的实施例中，第一三相交流电源1与第二三相交流电源2可以为相同的三相交流电源，也可以为不相同的三相交流电源。
本发明高可靠性的无刷双馈电机调速装置，采用的控制方法包括：
1)当调速***运行在四象限状态时，先断开第三三相交流开关K3、第四三相交流开关K4、第五三相交流开关K5、第七三相交流开关K7和第三直流开关K8，再闭合第一三相交流开关K1、第二三相交流开关K2、第六三相交流开关K6、第二直流开关K9和第一直流开关K10，由三相电感L1、第一全控型变流器3、直流母线电容C和第二全控型变流器4构成无刷双馈电机7的变流器***；
2)当第一全控型变流器3发生故障且电机工作于超同步状态时，先断开第二三相交流开关K2、第四三相交流开关K4、第五三相交流开关K5、第七三相交流开关K7和第一直流开关K10，再闭合第一三相交流开关K1、第三三相交流开关K3、第六三相交流开关K6、第三直流开关K8和第二直流开关K9，由三相电感L1、不可控变流器5、直流母线电容C和第二全控型变流器4构成无刷双馈电机7的变流器***；
3)当第二全控型变流器4发生故障且电机工作于亚同步状态时，先断开第二三相交流开关K2、第三三相交流开关K3、第五三相交流开关K5、第六三相交流开关K6和第一直流开关K10，再闭合第一三相交流开关K1、第三三相交流开关K3、第六三相交流开关K6、第三直流开关K8和第二直流开关K9，由三相电感L1、不可控变流器5、直流母线电容C和第二全控型变流器4构成无刷双馈电机7的变流器***。
4)当第一全控型变流器3发生故障时且电机工作于亚同步状态时，先断开第二三相交流开关K2、第三三相交流开关K3、第五三相交流开关K5、第六三相交流开关K6和第一直流开关K10，再闭合第一三相交流开关K1、第四三相交流开关K4、第七三相交流开关K7、第三直流开关K8和第二直流开关K9，由三相电感L1、不可控变流器5、直流母线电容C和第二全控型变流器4形成无刷双馈电机的变流器***。
5)当第二全控型变流器4发生故障时且电机工作于超同步状态时，先断开第二三相交流开关K2、第四三相交流开关K4、第六三相交流开关K6、第七三相交流开关K7和第二直流开关K9，再闭合第一三相交流开关K1、第二三相交流开关K2、第五三相交流开关K5、第三直流开关K8和第一直流开关K10，由三相电感L1、不可控变流器5、直流母线电容C和第一全控型变流器3形成无刷双馈电机的变流器***。
6)当第二全控型变流器4发生故障时且电机工作于亚同步状态时，先断开第三三相交流开关K3、第五三相交流开关K5、第六三相交流开关K6、第七三相交流开关K7和第二直流开关K9，再闭合第一三相交流开关K1、第二三相交流开关K2、第四三相交流开关K4、第三直流开关K8和第一直流开关K10，由三相电感L1、不可控变流器5、直流母线电容C和第一全控型变流器3形成无刷双馈电机的变流器***。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (5)

1.一种高可靠性的无刷双馈电机调速装置，包括第一三相交流电源(1)、第二三相交流电源(2)、第一全控型变流器(3)、第二全控型变流器(4)和无刷双馈电机(7)及与该无刷双馈电机转轴相连的机械负载，其特征在于：还包括七个三相交流开关(K1-K7)、三个直流开关(K8-K10)和不可控变流器(5)，其中：所述第一三相交流电源(1)、第一三相交流开关(K1)与所述无刷双馈电机的功率绕组依次分相串联连接，所述第二三相交流电源(2)、第二三相交流开关(K2)与所述第一全控型变流器(3)的交流侧依次分相串联连接，所述第二三相交流电源(2)、第三三相交流开关(K3)与不可控变流器(5)的交流侧依次分相串联连接，所述第二三相交流电源(2)、第三三相交流开关(K3)、第四三相交流开关(K4)与所述无刷双馈电机的控制绕组依次分相串联连接，所述第二三相交流电源(2)与第七三相交流开关(K7)依次分相串联连接并与第二全控型变流器(4)的交流侧依次分相并联连接，所述第一全控型变流器(3)的交流侧、第六三相交流开关(K6)与无刷双馈电机的控制绕组依次分相串联连接，所述第一全控型变流器(3)的直流侧高电压端、第一直流开关(K10)、第二直流开关(K9)与第二全控型变流器(4)的直流侧高电压端依次串联连接，所述第二全控型变流器(4)的交流侧、第五三相交流开关(K5)与无刷双馈电机的控制绕组依次分相串联连接，所述不可控变流器(5)的直流侧高电压端与第三直流开关(K8)串联连接并与第一直流开关(K10)和第二直流开关(K9)的串联结点相连，两个全控型变流器(3、4)和不可控变流器(5)各直流侧低电压端相互连接为参考地线端。
2.根据权利要求1所述的高可靠性的无刷双馈电机调速装置，其特征在于：还包括三相电感(L1)和直流母线电容(C)，其中所述三相电感(L1)依次分相连接在所述第二三相交流电源(2)与所述第二三相交流开关(K2)、第三三相交流开关(K3)和第七三相交流开关(K7)三个三相交流开关的公共输入端之间，所述直流母线电容(C)连接在第一直流开关(K10)和第二直流开关(K9)的串联结点与参考地线端之间。
3.根据权利要求2所述的高可靠性无刷双馈电机调速装置，其特征在于：其中所述第一三相交流电源(1)与第二三相交流电源(2)为相同的三相交流电源。
4.根据权利要求2所述的高可靠性无刷双馈电机调速装置，其特征在于：其中所述第一三相交流电源(1)与第二三相交流电源(2)为不相同的三相交流电源。
5.一种采用权利要求1-4所述高可靠性无刷双馈电机调速装置的控制方法，其特征在于：该方法包括：
1)当调速***运行在四象限状态时，先断开第三三相交流开关(K3)、第四三相交流开关(K4)、第五三相交流开关(K5)、第七三相交流开关(K7)和第三直流开关(K8)，再闭合第一三相交流开关(K1)、第二三相交流开关(K2)、第六三相交流开关(K6)、第二直流开关(K9)和第一直流开关(K10)，由所述三相电感(L1)、第一全控型变流器(3)、直流母线电容(C)和第二全控型变流器(4)构成无刷双馈电机(7)的变流器***；
2)当第一全控型变流器(3)发生故障且电机工作于超同步状态时，先断开第二三相交流开关(K2)、第四三相交流开关(K4)、第五三相交流开关(K5)、第七三相交流开关(K7)和第一直流开关(K10)，再闭合第一三相交流开关(K1)、第三三相交流开(K3)、第六三相交流开关(K6)、第三直流开关(K8)和第二直流开关(K9)，由所述三相电感(L1)、不可控变流器(5)、直流母线电容(C)和第二全控型变流器(4)构成无刷双馈电机(7)的变流器***；
3)当第二全控型变流器(4)发生故障且电机工作于亚同步状态时，先断开第二三相交流开关(K2)、第三三相交流开关(K3)、第五三相交流开关(K5)、第六三相交流开关(K6)和第一直流开关(K10)，再闭合第一三相交流开关(K1)、第三三相交流开关(K3)、第六三相交流开关(K6)、第三直流开关(K8)和第二直流开关(K9)，由所述三相电感(L1)、不可控变流器(5)、直流母线电容(C)和第二全控型变流器(4)构成无刷双馈电机(7)的变流器***；
4)当第一全控型变流器(3)发生故障时且电机工作于亚同步状态时，先断开第二三相交流开关(K2)、第三三相交流开关(K3)、第五三相交流开关(K5)、第六三相交流开关(K6)和第一直流开关(K10)，再闭合第一三相交流开关(K1)、第四三相交流开关(K4)、第七三相交流开关(K7)、第三直流开关(K8)和第二直流开关(K9)，由所述三相电感(L1)、不可控变流器(5)、直流母线电容(C)和第二全控型变流器(4)形成无刷双馈电机(7)的变流器***。
5)当第二全控型变流器(4)发生故障时且电机工作于超同步状态时，先断开第二三相交流开关(K2)、第四三相交流开关(K4)、第六三相交流开关(K6)、第七三相交流开关(K7)和第二直流开关(K9)，再闭合第一三相交流开关(K1)、第二三相交流开(K2)、第五三相交流开关(K5)、第三直流开关(K8)和第一直流开关(K10)，由所述三相电感(L1)、不可控变流器(5)、直流母线电容(C)和第一全控型变流器(3)形成无刷双馈电机(7)的变流器***。
6)当第二全控型变流器(4)发生故障时且电机工作于亚同步状态时，先断开第三三相交流开关(K3)、第五三相交流开关(K5)、第六三相交流开关(K6)、第七三相交流开关(K7)和第二直流开关(K9)，再闭合第一三相交流开关(K1)、第二三相交流开关(K2)、第四三相交流开关(K4)、第三直流开关(K8)和第一直流开关(K10)，由所述三相电感(L1)、不可控变流器(5)、直流母线电容(C)和第一全控型变流器(3)形成无刷双馈电机(7)的变流器***。
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