[发明专利]高功率因数异步电机串级调速系统

说明书

本发明涉及异步电机串级调速系统，用于提高异步电机串级调速系统的功率因数，特别适用于风机、水泵调速节能用的异步电机串级调速系统。

目前，在异步电机的串级调速系统中大多采用由六个可控硅组成的桥式电网电压自然换流式逆变器，由于该逆变器需从电网吸取较多的无功电流，故使整个调速系统的功率因数很低，通常系统的功率因数只有0.4～0.6。美国电气工程师学会工业应用协会，在1981年年会论文集P534～542中公开了一种用带斩波器调压的逆变器或用带可控续流管的逆变器来提高异步电机串级调速系统的功率因数，这些逆变器虽然从电网吸取的无功功率有所减小，但对整个系统而言，功率因数仍提高不多，最高也不超过0.78。另有一种，是采用串联二极管式逆变器，这种逆变器由于采用强迫换流，虽可使系统的功率因数得到较明显地改善，但其线路复杂，所需的元件不仅数量多，且要求可控硅元件的电压等级较高，因而价格昂贵，实用价值不大。

本发明的目的旨在促进上述这些问题的解决，提供一种线路简单、价格低廉、高功率因数的异步电机串级调速系统。

本发明的解决方案是：异步机串调系统中所用的逆变器采用三次谐波强迫换流式逆变器，对逆变器中的主可控硅实行强迫换流，在系统中还设置了控制装置，对主可控硅实行适时延迟触发控制，来抑制可控硅的过电压，保证强迫换流的可靠性，并使主可控硅的触发角处在180°～300°之间。

本发明提出的异步机串调系统，由于采用了三次谐波强迫换流式逆变器，该逆变器从电网吸收的超前的无功电流，补偿了异步电机从电网吸收的滞后的无功电流，从而使异步电机串级调速系统的总体功率因数显著提高，从本质上解决了异步机串调系统功率因数低的问题。

本发明有如下附图：

图1为异步电机串级调速系统的原理图;

图2为同步脉冲信号发生器（仅示出了发生一个脉冲信号的电路）。

图3为电容隔离检测电路与门槛电压鉴别器。

图4为脉冲逻辑分配器及启动逻辑控制器。

图5为功率放大器（仅示出了放大一个触发信号的电路）。

其中图2～图5给出了本发明控制装置的一种具体实施例。

为了便于理解本发明的构成，下面结合图1加以说明。参照图1，异步机串调系统由主回路和控制装置构成，其主回路包括绕线式异步电机D，转子整流器S，平波电抗器L，三次谐波强迫换流式逆变器A及逆变变压器B，该逆变器A是在由六个主可控硅T₁～T₆组成的桥式电路中增加二个辅助可控硅T₇，T₈并在T₇，T₈的中间与逆变变压器三相绕组的中点之间接入换流电容C而构成。控制装置包括同步脉冲信号发生器1，启动逻辑控制器2，脉冲逻辑分配器3，电容隔离检测电路4，门槛电压鉴别器5，功率放大器6及电容预充电电路7。工作时，在平波电抗器电流建立起来前，启动逻辑控制器2首先产生一个低电平，将同步脉冲信号发生器1来的信号全部封锁，这时，预充电电路7先给换流电容C预充电，换流电容C的电压经电容隔离检测电路4检测后被送到门槛电压鉴别器5中，鉴别电容电压的极性和大小，当换流电容电压达到预定的门槛电压时，就使相应的输出由低电平转为高电平。在平波电抗器电流建立起来后，达到换流电流时，启动逻辑控制器就解除了对同步脉冲信号的封锁，使逆变器起动。由脉冲逻辑分配器3将来自同步脉冲信号发生器1，启动逻辑控制器2以及门槛电压鉴别器5的信号进行综合，产生控制可控硅T₁～T₈的触发信号。又经功率放大器6进行放大后，供给逆变器中的可控硅，其中主可控硅T₁～T₆实行适时延迟触发控制，以抑制可控硅的过电压，并使逆变器可控硅的触发角处在180°～300°之间，以获得较高的功率因数。

该逆变器借助于适当地控制辅助可控硅和主可控硅的触发时间来控制换流电容C的充放电，以强迫流经逆变器的负载电流先从需要关断的可控硅支路转移到由辅助可控硅和换流电容C所组成的支路，然后再由该辅助可控硅和换流电容C组成的支路把负载电流转移到需要开通的可控硅支路上，以此来实现逆变器主可控硅之间的换流，并使逆变器从电网吸收超前的无功电流。