本实用新型涉及可调速驱动器
技术领域：
：，具体是一种带耦合电感升压器的可调速驱动器。
背景技术：
：：可调速驱动器(adjustablespeeddrives,asd)通过将固定幅值和频率的电压转变为随工业生产需求而变化的电压，常用于控制旋转设备的转速。可调速驱动器常被用于交流电动机转速的调节，是交流电动机最理想的调速方案，且因其所具有的软启动、远程交流与控制、自诊断易维护以及显著节能效应等特点，变频调速系统在电力、纺织与化纤、建材、石油、化工、冶金、造纸、食品饮料、烟草等行业以及公用工程(中央空调、供水、水处理、电梯等)中，都发挥着重要作用，并成为不可或缺的重要设备，如图1所示。输电线路因短路故障、大电机启动等，会导致电网电压有效值短时间(10ms-1min)内下降到额定电压的90％-1％的现象，称为电压暂降。作为典型的复杂、非线性的电力电子设备，asd对电压暂降十分敏感，因此电压暂降和供电电压的短时中断将影响可调速驱动器的正常工作。而可调速驱动器常常是整个工业系统的一部分，它与其他电气设备一起运行，通常用于驱动关键的系统负荷。在连续工业过程中，由于电压暂降，asd的故障(或不正常工作)可能导致生产过程中断，造成严重的经济损失，甚至造成设备损坏。据统计，一个使用可调速驱动器的工厂的平均生产过程中断成本大约是没有使用可调速驱动器的同类行业的8倍。并且在暂降时可能导致含有可调速驱动器的设备，如传送带、中央空调、电梯等设备不正常工作，这不仅涉及到经济损失，更涉及到更严重的安全问题。提升asd的电压暂降耐受能力，是工业界和学术界共同关心的问题。如图2所示，现有可调速驱动器整体上可以分为四部分：整流模块、直流回路模块、逆变模块和控制器。整流模块：其主要作用是将电网输入的工频电流进行整流，进行变频调节的第一步，整流后的直流电压在稳态情况下，稳定在一定的数值上，同时此电压给后级的直流回路模块和逆变模块提供所需的直流电源。整流模块根据实际应用情况有不可控和全控，其区别在于可调速驱动器的功率不同采用的整流模块类型也不同。直流回路模块：将前级整流模块输出的电压稳定在一定的范围之内，保证后面逆变模块的正常稳定工作。暂降发生时，因为输入端的电压幅值减小，因此直流电容的电压也会减小。同时其可以作为一个很小的储能单元，作为控制回路的电源。在实际的应用中直流回路模块的电容值一般较大，以保证电压稳定的效果。逆变模块：逆变模块是可调速驱动器实现变压和变频的重要环节，整流模块输出的直流电压通过逆变模块，在门极触发信号的作用下，变换成为一系列的同时占空比不同的方波信号，根据冲量相等原理，其作用效果和正弦信号作用效果相同。因此，其用来实现对电机的变频调速。当其输入电压减小到阈值后，逆变器将无法正常工作，从而影响感应电机的正常工作。这是可调速驱动器因电压暂降不正常工作的主要原因。控制器：其主要作用是通过检测驱动器的电流信号、转速信号、电磁转矩信号和直流回路电压信号，通过内置的控制算法和参考值，产生逆变模块中变频器的所需要的门极驱动信号，同时，还通过一系列的保护模块保护着整个逆变模块和电机。运行过程中，功率从整流模块流向直流回路模块中的直流电容，在直流电容中会储存一部分能量，再经逆变器流至感应电机，在此过程中实现将固定频率和幅值的电压转变成为频率和幅值可调的电压。控制器对功率回路的各种电气量进行控制，同时对整个可调速驱动器进行保护，通过开关或者接触器和驱动信号对驱动器进行运行状态的控制。在遭受电压暂降的情况下，可调速驱动器会因为输入端的二极管的短暂截止，缺少能量输入而导致直流回路模块电压降低，电机转速降低，暂降恢复时会产生较大的充电电流，以上情况严重时会导致可调速驱动器跳闸，使得整个工业过程中断。因此，现有的可调速驱动器在电压暂降下会因为能量的缺失导致性能的下降，例如转速的下降，力矩降低，从而影响工业生产过程，造成巨大的经济损失。技术实现要素：针对现有技术存在的上述不足，本实用新型提出一种带耦合电感升压器的可调速驱动器，可解决可调速驱动器对电压暂降的耐受能力不足的问题，实现可调速驱动器的电压暂降穿越能力。一种带耦合电感升压器的可调速驱动器，包括控制器以及依次连接的整流模块、直流回路模块、逆变模块、感应电机，其特征在于：还包括串接在整流模块与直流回路模块之间的耦合电感升压器，所述耦合电感升压器包括功率开关s、滤波电容cin、电容c1、电容c2、电容c3、耦合电感l1、耦合电感l2、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5；滤波电容cin的两端并联接在整流模块的输出端，耦合电感l1与功率开关s串接后与滤波电容cin并联连接，滤波电容cin的正极与二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4依次串接后连接直流回路模块；耦合电感l2的同名端与耦合电感l1和功率开关s的节点连接；电容c1接于二极管d1的阴极和电感l2的异名端之间；电容c3接于二极管d3的阴极和电感l2的异名端之间；二极管d2的阴极通过电容c2接于耦合电感升压器的负极，所述功率开关s的控制端与控制器的第一输出端连接，用于接收控制器输出的开关控制信号。进一步的，所述功率开关s采用igbt。进一步的，逆变模块采用三相逆变器，三相逆变器的门极与控制器的第二输出端连接，用于接收控制器输出的门极控制信号。进一步的，整流模块的电压输出端和感应电机与控制器的信号输入端连接，控制器从整流模块获取直流回路电压信号，从感应电机获取电机的电流信号、电机转速信号和电磁转矩信号。进一步的，所述整流模块采用不可控的整流桥。进一步的，所述直流回路模块采用直流电容。本实用新型基于在电压暂降的情况下可调速驱动器的响应，采用带耦合电感升压器的拓扑结构，当控制器检测到暂降发生导致整流桥输出电压下降到设定值时，控制器通过给出变换器的开关器件的触发脉冲，控制变换器工作，将低电压升高至直流回路模块稳态情况下的额定电压值，继续维持逆变器的正常工作，可有效避免因暂降能量缺失而导致的转速下降以及工业过程受到影响。附图说明图1是可调速驱动器的应用示意图；图2是现有可调速驱动器的电路结构图；图3是本实用新型带耦合电感升压器的可调速驱动器的电路结构图；图4是本实用新型中耦合电感升压器的电路结构图；图5是本实用新型中耦合电感升压器的等效电路图；图6是本实用新型稳态工作下电流实际流向图；图7是本实用新型模态1电流实际流向图；图8是本实用新型模态2电流实际流向图。具体实施方式下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。请参阅图3，本实用新型其中一个实施例提供一种带耦合电感升压器的可调速驱动器，包括控制器以及依次连接的整流模块、耦合电感升压器、直流回路模块、逆变模块、感应电机。本实用新型(一种带耦合电感升压器的可调速驱动器)较可调速驱动器，控制器需要采集的信号不变，仍为电流信号、转速信号、电磁转矩信号和直流回路电压信号；输出信号除三相逆变器的门极控制信号外，还包括耦合电感升压器的开关控制信号。其中整流模块可采用不可控的整流桥，直流回路模块采用直流电容，逆变模块采用三相逆变器，控制器采用矢量控制策略。请进一步参阅图4，所述耦合电感升压器串接在整流模块与直流回路模块之间，其拓扑结构包括：功率开关s(一般采用igbt)、滤波电容cin、电容(c1-c3)、耦合电感(l1和l2)、二极管(d1-d5)。滤波电容cin的两端并联接在整流模块的输出端，耦合电感l1与功率开关s串接后与滤波电容cin并联连接，滤波电容cin的正极与二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4依次串接后连接直流回路模块；耦合电感l2的同名端与耦合电感l1和功率开关s的节点连接；电容c1接于二极管d1的阴极和电感l2的异名端之间；电容c3接于二极管d3的阴极和电感l2的异名端之间；二极管d2的阴极通过电容c2接于升压器的负极。各器件具体参数选择因根据实际功率需求进行选定。耦合电感升压器的开关控制信号(触发脉冲)嵌入在控制器中，即功率开关s的控制端与控制器的第一输出端连接，用于接收控制器输出的开关控制信号，逆变模块中的三相逆变器的门极与控制器的第二输出端连接，用于接收控制器输出的门极控制信号，整流模块的电压输出端和感应电机与控制器的信号输入端连接，控制器从整流模块获取直流回路电压信号，从感应电机获取电机的电流信号和电机转速信号。其中升压环节的等效电路如图5所示。根据图4、图5解释说明其工作原理，首先做出如下假设：忽略耦合电感(l1和l2)中的漏感，其他所有器件都视为理想器件，均不考虑寄生参数的影响；电容c1-c3足够大，在一个开关周期内电容电压被认定为定值；电容cin为滤波电容；激磁电感lm足够大，激磁电流连续；耦合电感(l1和l2)的耦合系数k＝1，匝数比n＝n2/n1。稳态下：耦合电感升压器不工作，相当于被短路掉，如图5所示。忽略升压器的二极管(d1-d5)导通压降，由于直流电容的充放电作用，二极管(d1-d5)在整流桥输出电压(vin)高于直流回路模块电压(vought)时截止；在直流回路模块电压低于整流桥输出电压时，二极管(d1-d5)导通。因此并不妨碍原本可调速驱动器的正常工作。暂降条件下：当控制器检测到暂降发生导致整流桥输出电压下降到设定值时，控制器通过给出变换器的开关器件的触发脉冲，控制变换器工作，耦合电感升压器工作在电流连续模式(即电感l1的电流始终大于0)。将低电压升高至直流回路模块稳态情况下的额定电压值，继续维持逆变器的正常工作，使得感应电机m输出正常转矩和转速。暂降条件下带耦合电感升压器的可调速驱动器共有2个模态，各模态的主要工作过程如下所述：模态1[t0-t1]：如图6所示，整流模块仍继续导通，功率开关s导通，二极管d1、d3导通，d2、d0关断。在此模态下，激磁电感lm从整流模块中吸收能量，激磁电流film上升。同时二次侧电流in2开始增长。整流模块输出电压vin通过功率开关s、二极管d1和耦合电感(l1和l2)二次侧，给电容c1充电。激磁电感lm通过耦合电感(l1和l2)和电容c2一起给电容c3充电。当t＝t1时，功率开关s关断，此模态结束。此阶段逆变模块通过直流回路模块供电。模态2[t1-t2]：如图7所示，整流模块保持导通，功率开关s关断，二极管d2、d0导通，d1、d3关断。在此模态下，电网、耦合电感(l1和l2)和电容c1一起给电容c2供电。激磁电感电流film开始下降。同时，电网、耦合电感(l1和l2)和电容c3一起向负载侧供电。当t＝t2时，功率开关s再次开通，此模态结束，变换器开始进入新一个开关周期的工作。当暂降结束时，控制器检测到整流模块输出电压恢复到额定值时，控制功率开关s关断，从而使得升压回路再次短路，带耦合电感升压器的可调速驱动器工作在稳态情况下。升压性能说明：在开关模态1中，如图6所示，功率功率开关s导通，可以得到：vlm-charge＝kvin(1)在开关模态2中，如图7所示，功率功率开关s关断，可以得到：由式4可得：通过电压平衡原理得到：其中，d为功率功率开关s的占空比。vc1＝(1+nk)vin(8)由式(7)(8)可以得到由式(3)(9)可得由上述式(1)～(10)可以计算得到变换器工作在电流连续模式下，输出电压与输入电压之间的数值关系为：由假设条件可以得到变换器的升压增益比为：由式(13)可以看出，当耦合电感升压器中耦合电感匝数比取值较小时(为1或2)，变换器的整体增益仍是较高的，因此可以做到在较低的暂降下仍然能够输出额定电压的能力。同时可以通过调节功率开关的占空比实现不同增益之间的平滑调节，以面对不同的电压暂降幅值。以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何属于本
技术领域：
：的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。当前第1页12当前第1页12