[实用新型]逆变桥电路和异步电动机串级调速装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及异步电动机串级调速装置及其逆变桥电路。

背景技术

串级调速技术是在上世纪60-80年代兴起的一种较为经典的电动机调速方式。

如图1所示，在绕线式电动机10的转子侧连接一个整流逆变装置(即串级调速装置，包括整流器20、电感器L1和由晶闸管VT1～VT6构成的逆变桥)，然后在通过变压器30，把电动机运行过程中产生的转差功率通过串级调速装置反馈到电网中，实现电动机调速和节能的目的。传统串级调速装置采用晶闸管组成逆变桥(如图1所示)，通过控制晶闸管VT1～VT6的逆变角来改变逆变桥直流侧的电压，进而改变电动机的转子电流，以达到调节电动机转速的目的。

这一时期的调速技术存在的问题是：晶闸管属于半控器件，关断时需要足够大的反向偏压才能使其彻底关断，因此在换流过程中，容易出现“逆变颠覆”现象，导致换流失败；又由于其采用改变晶闸管逆变角来进行转速的控制，在低速时会使调速系统功率因数急剧下降，严重影响电网电能质量，调速范围受到限制。

上世纪90年代，由于在高压大容量电动机的调速方面，变频调速存在控制难度高、投资成本大等缺陷，工程师们又开始重新考虑研究串级调速技术，提出采用内反馈电动机进行串级调速控制，省去了庞大的逆变变压器，使得调速系统结构大大简化；随着串级调速系统直流回路斩波控制方式的提出(使晶闸管逆变角固定在最小角，通过控制斩空比来控制直流回路电压)，使串级调速系统与传统可控硅移相控制相比，功率因数得到大大提高，在高压大容量电动机调速方面展现出良好节能效果，这种调速也称之为现代串级调速技术，如图2所示。

图2中，内反馈电动机210从外部电源接收电力。串级调速系统与其相连接。内反馈电动机210的定子中有两套绕组，其中一套绕组是定子绕组，用来连接电源；另一套绕组是反馈绕组，用来连接逆变桥，达到反馈能量的目的。

串级调速系统包括整流器220，连接到内反馈电动机的转子侧线圈，用于将来自转子侧线圈的交流电流转换为直流电流。

晶闸管VT1～VT6构成的逆变桥电路的两个输入节点分别连接到整流器的正负两个输出端，逆变桥电路的三个输出节点分别连接到内反馈电动机的定子中的反馈绕组侧。

第一电感器L1的第一端连接到整流器220的正输出端。

二极管D的正极连接到第一电感器L1的第二端。

第二电感器L2的第一端连接到二极管D的负极，第二电感器L2的第二端连接到逆变桥电路的第一输入节点。

IGBT(绝缘栅双极型晶体管)开关240的集电极连接到第一电感器L1的第二端和二极管D的正极，其发射极连接到整流器220的负输出端。

电容器C并联在逆变桥电路的第一输入节点和第二输入节点之间。

然而，无论是传统串级调速技术还是现代串级调速技术，仍旧采用晶闸管逆变桥。由于晶闸管属于半控器件，要有足够高的反向偏压才能够彻底关断，因此在换流过程中依然存在“逆变颠覆”和电流严重畸变等现象。即便是现代串级调速系统采用斩波控制技术，为了能使换流更稳定，仍然要留有较大的逆变裕量(即设定最小逆变角，通常逆变角为30°)，从根本上限制了调速系统功率因素的提高。

实用新型内容

针对以上晶闸管可控硅串级调速系统中存在的问题，本实用新型提出采用可关断器件IGBT(绝缘栅双极型晶体管)和大功率二极管组成的逆变桥代替传统晶闸管逆变桥，在保持串级调速系统优点的基础上，利用IGBT的可控性等特点，增强调速系统逆变桥各相之间换流的稳定性，避免“逆变颠覆”现象的产生，同时进一步提升调速系统的功率因数，改善网侧交流电流的波形，减小电流谐波污染。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种逆变桥电路，包括：第一输入节点和第二输入节点；三个输出节点；三个上桥臂，分别连接在第一输入节点和三个输出节点之间；三个下桥臂，分别连接在三个输出节点和第二输入节点之间，三个上桥臂和三个下桥臂中的每一个桥臂包括串联连接的IGBT和逆阻二极管以及并联连接在IGBT的集电极和发射极之间的续流二极管。

优选地，在每个上桥臂中，IGBT的集电极和逆阻二极管的正极直接或间接连接到第一输入节点；并且在每个下桥臂中，IGBT的发射极和逆阻二极管的负极直接或间接连接到第二输入节点。