CN101814873A

CN101814873A - 用于电动机的连续变频变压的软启动器

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Publication number: CN101814873A
Application number: CN 201010146265
Authority: CN
Inventors: 汪槱生
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-04-13
Filing date: 2010-04-13
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2030-04-13
Also published as: CN101814873B

Abstract

本发明涉及电力电子控制设备，旨在提供一种用于电动机的连续变频变压的软启动器。该软启动器包括与三相电网电源相连的机械开关K1；还包括由逆变器与全控型高频电子开关Kd组成的串联电路，该串联电路与电容C₀并联在一个三相二极管整流桥输出两端；机械开关K1连接于三相二极管整流桥输入端；逆变器由六组晶闸管Th1，1’～Th6，6’组成3对桥臂，每个桥臂均由两个反并的晶闸管组成；3对桥臂的上下桥臂的中点分别引出导线并经机械开关K4连接至三相异步电机。本发明仅用一只全控型电子开关Kd就能同时起到调压、关断逆变器晶闸管、和在需要保护时切断主电路等三个作用。同时因为采用晶闸管逆变器使线路简单可靠，成本较低，具有相当大的使用灵活性。

Description

用于电动机的连续变频变压的软启动器

技术领域

本发明涉及一种电力电子控制设备，更具体地说，本发明涉及一种用于电动机的连续变频变压的软启动器。

背景技术

在目前的工业生产运行中，因为大电动机启动时电流太大，使电网难以承受，所以常需加一套软启动器。常用的软启动器实际上就是一套由晶闸管组成的降压器。随着电压的降低，虽然启动电流可以减小，但启动转矩也大大减小，对较重负载难以启动。最好是在降压的同时能降低频率，因为降低频率能使电动机的磁场增强，从而提高转矩。而从减少对电网冲击和提高电动机稳定性两者需求角度考虑，这种变频变压要求能够连续调节(或近于连续调节)。虽然利用晶闸管的不同接法会产生若干级不同的频率，但因为级数太少，常不能满足软启动的要求。因此有时只好采用昂贵的变频器来代替启动器。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种用于电动机的连续变频变压的软启动器。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种用于电动机的连续变频变压的软启动器，包括与三相电网电源相连的机械开关K1；该软启动器还包括由逆变器与全控型高频电子开关Kd组成的串联电路，该串联电路与电容C₀并联在一个三相二极管整流桥输出两端；所述机械开关K1连接于三相二极管整流桥输入端；所述逆变器由六组晶闸管Th1，1’～Th6，6’组成3对桥臂，每个桥臂均由两个反并的晶闸管组成；3对桥臂的上下桥臂的中点分别引出导线并经机械开关K4连接至三相异步电机。

本发明中，所述逆变器中桥臂的连接方式为：Th1与Th1’反并、Th4与Th4’反并，两者串联后组成第一对桥臂；Th2与Th2’反并、Th5与Th5’反并，两者串联后组成第二对桥臂；Th3与Th3’反并、Th6与Th6’反并，两者串联后组成第三对桥臂。

本发明中，还包括电感L₀的设置，是下述设置形式中的任意一种：

A：电感L₀有三只，并列设置于机械开关K1与三相二极管整流桥输入端之间的三根导线上；

B：电感L₀有一只，设置于三相二极管整流桥的输出端与电容C₀之间的导线上。

本发明中，所述三相异步电机连接至一个机械开关K2，机械开关K2与所述机械开关K1通过同一组导线连接至三相电网电源，三只电感L₀并列设置与该组导线之上。

本发明中，所述全控型高频电子开关Kd具有以下任意一种构成形式：

A：由一个高频电子开关串联在整流桥输出的任一端；

B：由多个芯片串联并封装在一个模块中成为一只高压开关，接在整流桥输出的任一端；

C：由多个高频电子开关串联成一个高压开关，接在整流桥输出的任一端；

D：由两组高压高频电子开关组成，二者工作于同样频率和相同相位；作为两个Kd/2串联于逆变器的两端，即各自接于三相二极管整流桥的两端。

本发明中，所述机械开关K4与三相异步电机之间设置一只LC滤波器。

本发明中，还包括一组双向电子开关ThD、ThE、ThF，分别串联接于3对桥臂的上下桥臂的中点与机械开关K4之间，双向电子开关ThD、ThE、ThF均由两个反并晶闸管组成。

本发明中，所述三相异步电机另行通过导线连接至三相电源，该导线上设有一个机械开关K3，其两端并联有一组双向电子开关Th_A、Th_B、Th_C，双向电子开关Th_A、Th_B、Th_C均由两个反并晶闸管组成；ThA、ThB、ThC与ThD、ThE、ThF这两组开关是连锁的，两者不允许同时导通，二者形成电子切换开关。

本发明中，所述软启动器安装于所述三相异步电机的机壳内部，该三相异步电机成为能连续变频变压启动的电动机。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出了用逆变器的方波电压启动和在电网正弦波电压下运行的创新思想，实现这一创新思想的基本方案是采用一只全控型电子开关Kd和反向并联晶闸管组成的逆变桥臂，使启动器具有较高性能。过改变上述逆变器的驱动频率可以实现变频，通过改变上述Kd的占空比可以实现变压，同时连续改变驱动频率和占空比可以实现连续变频变压。

本发明仅用一只全控型电子开关Kd(或上下各接半只，Kd/2，，即两只开关各自承担一半电压)就能同时起到调压、关断逆变器晶闸管、和在需要保护时切断主电路等三个作用。同时因为采用晶闸管逆变器使线路简单可靠，成本较低。

本发明提出了完整的切换电路，可以在软启动电源和三相电网电源之间进行电子式切换，具有下列功能：1，一套软启动器可以分时启动两台或更多台电动机；2，两套软启动器可以供给一台电动机，一套在用，另一套备用；3，软启动器的输入、输出端分别接了机械式开关K1、K4，可以保证启动完成后启动器不带高电位，不会造成意外人身安全事故，必要时还可另加连锁的接地装置；4，可以进行在线检查维修；5，电子切换开关有故障时可以用机械式开关替代；...等。但开关用得多会增加成本，根据用户的需要可以增减其中的一些开关。最少时可只用一只机械式开关和一套电子式开关提供电子式切换，或者只用两只机械式开关提供机械式切换，用户在使用时具有相当大的灵活性。

附图说明

图1为连续变频变压软启动器原理电路图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进一步详细描述：

本发明中的用于电动机的连续变频变压的软启动器如图1所示。该软启动器包括与三相电网电源串联的机械开关K1与电感L0，其特征在于，该软启动器还包括由六组晶闸管Th1，1’～Th6，6’构成的逆变器与全控型高频电子开关Kd组成的串联电路，该串联电路与一个电容并联在一个三相二极管整流桥输出两端；所述电感L₀连接于三相二极管整流桥输入端；所述逆变器由3对桥臂组成，每个桥臂均由两个反并的晶闸管组成；3对桥臂的上下桥臂的中点分别引出导线并经机械开关K4连接至三相异步电机。三相异步电机也可另行连接至三相电网电源。

该逆变器工作于三相方波电压，其桥臂的连接方式为：Th1与Th1’反并、Th4与Th4’反并，两者串联后组成第一对桥臂；Th2与Th2’反并、Th5与Th5’反并，两者串联后组成第二对桥臂；Th3与Th3’反并、Th6与Th6’反并，两者串联后组成第三对桥臂。

全控型高频电子开关Kd可选择SEMIKRON公司生产的SKM145GB176D型号的产品，全控型高频电子开关Kd在电压较高时是由多个芯片串联并封装在一个模块中，或者由多个高频电子开关串联成一个开关。全控型高频电子开关Kd可以作为两个开关，每个为Kd/2串联于逆变器输入的两端，即各自接于三相二极管整流桥输出的两端；也可以合在一起成为一只开关，接在整流桥输出的任一端。

全控型高频电子开关K_d起了三个作用：1，改变高频电子开关K_d的占空比可以改变电压；2，可以关断逆变器的晶闸管使之换流；3，当逆变器和负载出现过流、过压、过热、短路等故障时迅速切断电路，起到保护作用。全控型高频电子开关K_d可以是低压的，也可以是高压的。

软启动器中，还可以包括一组双向电子开关ThD、ThE、ThF，分别串联接于3对桥臂的上下桥臂的中点与机械开关K4之间，双向电子开关ThD、ThE、ThF均由两个反并晶闸管组成。

同时，在所述三相异步电机另行连接至三相电网电源的线路上时可以设有一个机械开关K3，其两端并联有一组双向电子开关ThA、ThB、ThC，双向电子开关ThA、ThB、ThC均由两个反并晶闸管组成。利用ThA、ThB、ThC和ThD、ThE、ThF可以在软启动电源和三相电网电源之间进行电子式切换。

K1、K2、K3、K4为机械式开关，ThA、ThB、ThC、和ThD、ThE、ThF为双向电子开关。这些开关的继电动作关系如下：

1，长期停机不用时，K1、K2、K3、K4全部断开，所有晶闸管及Kd也全部断开；

2，电子式切换：启动前合上K1、K2、K4，导通ThD、ThE、ThF，按变频变压方式启动，启动完成后断开逆变器、ThD、ThE、ThF和高频电子开关Kd的触发，在电压过零时导通ThA、ThB、ThC，这样就完成了电子式切换。这种转换很快，而且合闸平稳。接着断开K1、K4，其后再合上K3，这是辅助动作。也可省去K3，而让ThA、ThB、ThC一直工作，代替K3。进一步还可省去K2，也一并用ThA、ThB、ThC代替，但此时应将ThA、ThB、ThC接在K1的后面，让K1既切断软启动器又切断ThA、ThB、ThC。

上述切换完成后，能量从电网流入电动机，而不能从电动机流向电网，在电动机减速时不能将电动机和负载的动能(机械能)转变成电能流向电网，因此上面没有考虑逆向切换问题。但有的用户有逆向切换的要求。逆向切换就是将原来接在电网上的电动机切换到逆变器上。

3，逆向切换：在需要逆向切换的场合，考虑如下：由于电动机不能同时接到矩形波的逆变器电源和正弦波的电网，因此必须采用电子式开关从电网正弦波快速切换到逆变器矩形波电源。本发明中采取下述第一、第二两个阶段。

第一，准备阶段：电动机原来运行于电网正弦波电压，图1中的K1、K4都是断开的，K2、K3是导通的。图二中K4上串接了双向电子开关ThD、ThE、ThF，它们都是断开的。切换前首先将K3断开，再将K1、K4合上，对逆变器供电，然后调节逆变器的频率和电压，使.之适应于电动机接入后工作于发电机状态并有合适的电流。这种调节是由控制系统自动完成的。

切换阶段：断开ThA、ThB、ThC，接着迅速导通ThD、ThE、ThF。这阶段也是自动完成的。断开和导通之间留有一定死区。我们也可省去ThD、ThE、ThF，而用Kd来代替，让Kd先断一下，待ThA、ThB、ThC断开后，再迅速导通Kd。

需要逆向切换的场合，还需采用能量可以双向流动的电路来代替图1的电路。

4，机械式切换：利用图1中的开关K1、K2、K3、K4、同样可以完成切换动作，但动作较慢，切换前后电动机的速度可能已有较大变化，使切换后接入时的电流冲击较大。一般讲不能适用于逆向切换。

如果只需顺向切换，不需逆向切换，则图1中可以省去ThD、ThE、ThF。如果只需机械式切换，则还可以省去ThA、ThB、ThC，K2、K3也可改成一套。

图1中设置了四套机械式开关和两套电子式开关。这是充分考虑到各种需要，例如1，一套软启动器可以分时启动两台或更多台电动机；2，两套软启动器可以供给一台电动机，一套在用，另一套备用；3，软启动器的输入、输出端分别接了机械式开关K1、K4，可以保证启动完成后它不带高电位，不会造成意外人身安全事故，必要时还可另加连锁的接地装置；4，可以进行在线检查维修；5，电子切换开关有故障时可以用机械式开关替代；...等。但开关用得多会增加成本，按上面所述：K2、K3，K4和ThD、ThE、ThF是可以省去的。多用几只开关可以减少操作上的错误和增加某些功能。具体用几只开关应由设备制造厂和用户单位协商决定，本专利不作硬性规定。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于电动机的连续变频变压的软启动器，包括与三相电网电源相连的机械开关K1，其特征在于，该软启动器还包括由逆变器与全控型高频电子开关Kd组成的串联电路，该串联电路与电容C₀并联在一个三相二极管整流桥输出两端；所述机械开关K1连接于三相二极管整流桥输入端；所述逆变器由六组晶闸管Th1，1’～Th6，6’组成3对桥臂，每个桥臂均由两个反并的晶闸管组成；3对桥臂的上下桥臂的中点分别引出导线并经机械开关K4连接至三相异步电机。

2.根据权利要求1所述的软启动器，其特征在于，所述逆变器中桥臂的连接方式为：Th1与Th1’反并、Th4与Th4’反并，两者串联后组成第一对桥臂；Th2与Th2’反并、Th5与Th5’反并，两者串联后组成第二对桥臂；Th3与Th3’反并、Th6与Th6’反并，两者串联后组成第三对桥臂。

3.根据权利要求1所述的软启动器，其特征在于，还包括电感L₀的设置，是下述设置形式中的任意一种：

4.根据权利要求1或2中任意一项所述的软启动器，其特征在于，所述三相异步电机连接至一个机械开关K2，机械开关K2与所述机械开关K1通过同一组导线连接至三相电网电源，三只电感L₀并列设置与该组导线之上。

5.根据权利要求1至3中任意一项所述的软启动器，其特征在于，所述全控型高频电子开关Kd具有以下任意一种构成形式：

A：由一个高频电子开关串联在整流桥输出的任一端；

6.根据权利要求1至3中任意一项所述的软启动器，其特征在于，所述机械开关K4与三相异步电机之间设置一只LC滤波器。

7.根据权利要求1至3中任意一项所述的软启动器，其特征在于，还包括一组双向电子开关ThD、ThE、ThF，分别串联接于3对桥臂的上下桥臂的中点与机械开关K4之间，双向电子开关ThD、ThE、ThF均由两个反并晶闸管组成。

8.根据权利要求7所述的软启动器，其特征在于，所述三相异步电机另行通过导线连接至三相电源，该导线上设有一个机械开关K3，其两端并联有一组双向电子开关Th_A、Th_B、Th_C，双向电子开关Th_A、Th_B、Th_C均由两个反并晶闸管组成；ThA、ThB、ThC与ThD、ThE、ThF这两组开关是连锁的，两者不允许同时导通，二者形成电子切换开关。

9.根据权利要求1或2中任意一项所述的软启动器，其特征在于，所述软启动器安装于所述三相异步电机的机壳内部，该三相异步电机成为能连续变频变压启动的电动机。