一种直流斩波控制的电励磁同步电机励磁变流器

专利摘要:
本实用新型公开了一种直流斩波控制的电励磁同步电机励磁变流器，包括输入模块、斩波模块、平波电抗器和输出模块；输入直流电源的正、负端子分别与输入模块的正、负端子相连，输入模块的正、负端子又与斩波模块的正、负端子相连；斩波模块的输出正端子连接平波电抗器的一端，斩波模块的输出负端子连接至输出模块的负端子；平波电抗器的另一端连接至输出模块的正端子；输出模块的正、负端子连接至电机的励磁绕组两端。本实用新型用于控制电励磁同步电机转子励磁电流和电机磁场，具有高动态响应，低成本，完善的器件检测功能等优势。采用直流‑直流变换方式，省去了转子开关柜和转子变压器，降低系统复杂度和成本，提高设备的空间利用率。
公开号:CN214337800U
申请号:CN202023288789.5U
申请日:2020-12-31
公开日:2021-10-01
发明作者:杨波；王浩；崔梦秋
申请人:China Mining Drives and Automation Co Ltd；
IPC主号:H02M3-00

专利说明:
[n0001] 本实用新型涉及电机控制领域，更具体的讲，涉及一种直流斩波控制的电励磁同步电机励磁变流器。
[n0002] 电励磁同步电机因其转子侧采用独立供电的励磁绕组而得名，其具有单机容量大、体积小、效率高等优势。
[n0003] 现有技术电励磁同步电机转子侧励磁绕组采用三相可控硅整流供电。该方式采用交流-直流的整流变换方式，输入交流电源需要变压器降压及隔离，导致结构复杂，空间利用率较低，总体成本较高。
[n0004] 如何降低系统复杂度和成本，提高设备的空间利用率，是电励磁同步电机变频驱动系统的重要因素。
[n0005] 本实用新型提供一种直流斩波控制的电励磁同步电机励磁变流器，用于控制电励磁同步电机转子励磁电流和电机磁场，具有高动态响应，低成本，完善的器件检测功能等优势。采用直流-直流变换方式，省去了转子开关柜和转子变压器，降低系统复杂度和成本，提高设备的空间利用率。
[n0006] 本实用新型按以下技术方案实现：
[n0007] 一种直流斩波控制的电励磁同步电机励磁变流器，包括输入模块、斩波模块、平波电抗器和输出模块；输入直流电源的正、负端子分别与所述输入模块的正、负端子相连，所述输入模块的正、负端子又与斩波模块的正、负端子相连；所述斩波模块的输出正端子连接平波电抗器的一端，斩波模块的输出负端子连接至输出模块的负端子；所述平波电抗器的另一端连接至输出模块的正端子；所述输出模块的正、负端子连接至电机的励磁绕组两端。
[n0008] 进一步，所述斩波模块包括模块正输入端子Ⅰ、模块负输入端子Ⅰ、模块正输出端子Ⅱ、模块负输出端子Ⅱ、IGBT、二极管和电容；所述电容并联在模块正输入端子Ⅰ、模块负输入端子Ⅰ两端；所述模块正输入端子Ⅰ与IGBT的集电极相连，IGBT的发射极与二极管的阴极连接，二极管的阳极连接至模块负输入端子Ⅰ，并与模块负输出端子Ⅱ相连；电压传感器的正极性测量端子与电容的正极性端子及IGBT的集电极端子相连，电压传感器的负极性测量端子与电容的负极性端子相连；电流传感器置于IGBT发射极端子与模块正输出端子Ⅱ之间。
[n0009] 进一步，所述斩波模块还包括风冷散热器；IGBT和IGBT驱动电路安装在风冷散热器上。
[n0010] 进一步，所述风冷散热器包括散热器和散热风机；所述散热器固定安装在壳体的底板上，所述散热风机安装在壳体的侧板上。
[n0011] 进一步，所述电容的数量为四个；四个电容并排安装在位于风冷散热器左侧的壳体底板上。
[n0012] 进一步，还包括叠层母线；所述模块正输入端子Ⅰ、模块负输入端子Ⅰ、模块正输出端子Ⅱ、模块负输出端子Ⅱ连接在叠层母线上。
[n0013] 进一步，所述叠层母线水平放置在壳体中，且连接有模块正输入端子Ⅰ、模块负输入端子Ⅰ、模块正输出端子Ⅱ、模块负输出端子Ⅱ的叠层母线那一端从壳体的侧板穿出。
[n0014] 进一步，所述输入模块的正端子与斩波模块的正端子之间串接有快熔。
[n0015] 进一步，所述输入模块的负端子与斩波模块的负端子之间串接有快熔。
[n0016] 本实用新型有益效果：
[n0017] 本实用新型采用直流-直流的变流型式，该方式无需转子变压器降压及隔离，总体成本大幅降低。由于省去了庞大的转子开关柜和变压器，系统的占地面积降低，空间利用率提高，适用于空间分布严格的场合，如船舶驱动，风力发电，海上石油开采等应用领域。采用该电路方式的励磁变流器结构紧凑，易于模块化设计，易于通过并联拓展功率，且电容并联与IGBT两端，能够有效的抑制过压，降低了电路的复杂程度。
[n0018] 附图作为本实用新型的一部分，用来提供对本实用新型的进一步的理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[n0019] 在附图中：
[n0020] 图1为本实用新型的直流斩波控制的电励磁同步电机励磁变流器结构示意图；
[n0021] 图2为本实用新型的斩波模块结构示意图一；
[n0022] 图3为本实用新型的斩波模块结构示意图二；
[n0023] 图4为本实用新型的直流斩波控制的电励磁同步电机励磁变流器电路示意图。
[n0024] 附图标识：1-输入模块，2-斩波模块，3-平波电抗器，4-输出模块，201-模块正输入端子Ⅰ，202-模块负输入端子Ⅰ，203-模块正输出端子Ⅱ，204-模块负输出端子Ⅱ，205-散热器，206-散热风机，207- IGBT，208-二极管，209- IGBT驱动电路，210-叠层母线，211-电容，212-壳体。
[n0025] 需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本实用新型的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本实用新型的概念。
[n0026] 为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
[n0027] 在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[n0028] 在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[n0029] 如图1、图4所示，一种直流斩波控制的电励磁同步电机励磁变流器，包括输入模块1、斩波模块2、平波电抗器3和输出模块4；输入直流电源的正、负端子分别与输入模块1的正、负端子相连，输入模块1的正、负端子又与斩波模块2的正、负端子相连；斩波模块2的输出正端子连接平波电抗器3的一端，斩波模块2的输出负端子连接至输出模块4的负端子；平波电抗器3的另一端连接至输出模块4的正端子；输出模块4的正、负端子连接至电机的励磁绕组两端。
[n0030] 以下给出上述实施例关于斩波模块的一优选实施例：
[n0031] 如图2、图3所示，斩波模块2包括模块正输入端子Ⅰ201，模块负输入端子Ⅰ202，模块正输出端子Ⅱ203，模块负输出端子Ⅱ204，散热器205，散热风机206，IGBT207，二极管208，IGBT驱动电路209，叠层母线210，电容211。
[n0032] 具体的，电容211并联在模块正输入端子Ⅰ201、模块负输入端子Ⅰ202两端；模块正输入端子Ⅰ201与IGBT207的集电极相连，IGBT207的发射极与二极管208的阴极连接，二极管208的阳极连接至模块负输入端子Ⅰ202，并与模块负输出端子Ⅱ204相连；电压传感器的正极性测量端子与电容211的正极性端子及IGBT207的集电极端子相连，电压传感器的负极性测量端子与电容211的负极性端子相连；电流传感器置于IGBT207发射极端子与模块正输出端子Ⅱ204之间。
[n0033] 需要说明的是，电容起到滤波和缓冲能量的作用，以及抑制IGBT过电压的作用。IGBT开通时电容储存的电能向负载供电，断开时电容与负载隔离。二极管采用具有快速恢复特性的二极管，在IGBT断开时为负载提供续流通路。电压传感器采集直流电源电压，电流传感器采集输出电流。
[n0034] 具体的，IGBT207和IGBT驱动电路209安装在风冷散热器上。
[n0035] 优选的方案；风冷散热器包括散热器205和散热风机206；散热器205固定安装在壳体212的底板上，散热风机206安装在壳体212的侧板上。
[n0036] 具体的，电容211的数量为四个；四个电容211并排安装在位于风冷散热器左侧的壳体212底板上。
[n0037] 具体的，模块正输入端子Ⅰ201、模块负输入端子Ⅰ202、模块正输出端子Ⅱ203、模块负输出端子Ⅱ204连接在叠层母线210上。叠层母线210水平放置在壳体212中，且连接有模块正输入端子Ⅰ201、模块负输入端子Ⅰ202、模块正输出端子Ⅱ203、模块负输出端子Ⅱ204的叠层母线210那一端从壳体212的侧板穿出。
[n0038] 作为本实用新型的优化方案：输入模块1的正端子与斩波模块2的正端子之间串接有快熔，输入模块1的负端子与斩波模块2的负端子之间串接有快熔，用于阻断后级电路短路故障引起的危害。
[n0039] 以下给出上述实施例关于平波电抗器的一优选实施例：
[n0040] 平波电抗器3由直流电抗器组成，平波电抗器3串接在模块正输出端子Ⅱ203与输出模块4正端子之间，使负载电流连续且电流脉动小。
[n0041] 以下给出上述实施例关于输入、输出模块的一优选实施例：
[n0042] 输入模块1由输入接线端子、连接线缆、快熔组成。输入端子分为正端子和负端子。正、负线路中串接快熔以阻断后级电路短路故障引起的危害。输入模块的输出通过线缆连接至斩波模块的正、负端子。输出模块4通过正、负端子将变流器的连接至电机的励磁绕组两端。
[n0043] 综上，本实用新型采用直流-直流的变流型式，该方式无需转子变压器降压及隔离，总体成本大幅降低。由于省去了庞大的转子开关柜和变压器，系统的占地面积降低，空间利用率提高，适用于空间分布严格的场合，如船舶驱动，风力发电，海上石油开采等应用领域。采用该电路方式的励磁变流器结构紧凑，易于模块化设计，易于通过并联拓展功率，且电容并联与IGBT两端，能够有效的抑制过压，降低了电路的复杂程度。
[n0044] 在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
[n0045] 此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包含的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合同样意味着处于本实用新型的保护范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的实施例中，本领域技术人员能够根据获知的技术方案和本申请所要解决的技术问题，以组合的方式来使用。
[n0046] 以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型方案的范围内。

权利要求:
Claims (9)
[0001] 1.一种直流斩波控制的电励磁同步电机励磁变流器，其特征在于：
包括输入模块、斩波模块、平波电抗器和输出模块；
输入直流电源的正、负端子分别与所述输入模块的正、负端子相连，所述输入模块的正、负端子又与斩波模块的正、负端子相连；
所述斩波模块的输出正端子连接平波电抗器的一端，斩波模块的输出负端子连接至输出模块的负端子；
所述平波电抗器的另一端连接至输出模块的正端子；
所述输出模块的正、负端子连接至电机的励磁绕组两端。
[0002] 2.根据权利要求1所述的一种直流斩波控制的电励磁同步电机励磁变流器，其特征在于：
所述斩波模块包括模块正输入端子Ⅰ、模块负输入端子Ⅰ、模块正输出端子Ⅱ、模块负输出端子Ⅱ、IGBT、二极管和电容；
所述电容并联在模块正输入端子Ⅰ、模块负输入端子Ⅰ两端；
所述模块正输入端子Ⅰ与IGBT的集电极相连，IGBT的发射极与二极管的阴极连接，二极管的阳极连接至模块负输入端子Ⅰ，并与模块负输出端子Ⅱ相连；
电压传感器的正极性测量端子与电容的正极性端子及IGBT的集电极端子相连，电压传感器的负极性测量端子与电容的负极性端子相连；
电流传感器置于IGBT发射极端子与模块正输出端子Ⅱ之间。
[0003] 3.根据权利要求2所述的一种直流斩波控制的电励磁同步电机励磁变流器，其特征在于：
所述斩波模块还包括风冷散热器；
IGBT和IGBT驱动电路安装在风冷散热器上。
[0004] 4.根据权利要求3所述的一种直流斩波控制的电励磁同步电机励磁变流器，其特征在于：
所述风冷散热器包括散热器和散热风机；
所述散热器固定安装在壳体的底板上，所述散热风机安装在壳体的侧板上。
[0005] 5.根据权利要求2所述的一种直流斩波控制的电励磁同步电机励磁变流器，其特征在于：
所述电容的数量为四个；
四个电容并排安装在位于风冷散热器左侧的壳体底板上。
[0006] 6.根据权利要求2所述的一种直流斩波控制的电励磁同步电机励磁变流器，其特征在于：
还包括叠层母线；
所述模块正输入端子Ⅰ、模块负输入端子Ⅰ、模块正输出端子Ⅱ、模块负输出端子Ⅱ连接在叠层母线上。
[0007] 7.根据权利要求6所述的一种直流斩波控制的电励磁同步电机励磁变流器，其特征在于：
所述叠层母线水平放置在壳体中，且连接有模块正输入端子Ⅰ、模块负输入端子Ⅰ、模块正输出端子Ⅱ、模块负输出端子Ⅱ的叠层母线那一端从壳体的侧板穿出。
[0008] 8.根据权利要求1所述的一种直流斩波控制的电励磁同步电机励磁变流器，其特征在于：
所述输入模块的正端子与斩波模块的正端子之间串接有快熔。
[0009] 9.根据权利要求1所述的一种直流斩波控制的电励磁同步电机励磁变流器，其特征在于：
所述输入模块的负端子与斩波模块的负端子之间串接有快熔。

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2021-10-01| GR01| Patent grant|

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2021-10-01| GR01| Patent grant|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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CN202023288789.5U|CN214337800U|2020-12-31|2020-12-31|一种直流斩波控制的电励磁同步电机励磁变流器|CN202023288789.5U| CN214337800U|2020-12-31|2020-12-31|一种直流斩波控制的电励磁同步电机励磁变流器|