一種用于電機(jī)和供電網(wǎng)的連接裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于電機(jī)和供電網(wǎng)的連接裝置，包括：變頻器(VFD)以及第一和第二開(kāi)關(guān)(S1、S2)，其中，變頻器(VFD)與第一開(kāi)關(guān)(S1)串聯(lián)，第二開(kāi)關(guān)(S2)并聯(lián)至變頻器(VFD)和第一開(kāi)關(guān)(S1)組成的串聯(lián)電路的兩端，其特征在于：還包括雙向可控硅(SCR)或者兩個(gè)反并聯(lián)的單向可控硅(SCR1、SCR2)，雙向可控硅(SCR)或者兩個(gè)反并聯(lián)的單向可控硅(SCR1、SCR2)與第二開(kāi)關(guān)(S2)并聯(lián)。該連接裝置在旁路切換時(shí)沒(méi)有電流沖擊，避免了對(duì)電纜及旁路開(kāi)關(guān)過(guò)標(biāo)定引起的高成本，并且易于實(shí)現(xiàn)。
【專利說(shuō)明】
一種用于電機(jī)和供電網(wǎng)的連接裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于電力工業(yè)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于電機(jī)和供電網(wǎng)的連接裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電機(jī)，俗稱“馬達(dá)”，廣泛應(yīng)用于信息處理、航空航天、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域。在電機(jī)的啟動(dòng)方式中，變頻器是技術(shù)含量最高、控制功能最全、控制效果最好的電機(jī)控制裝置，它通過(guò)改變輸出頻率和電壓來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。然而，如果要求電機(jī)的負(fù)載能夠在供電網(wǎng)的固定頻率連續(xù)工作(例如在暖通空調(diào)(HVAC)應(yīng)用中的多栗或多風(fēng)扇功能)，通常使用接觸器實(shí)現(xiàn)旁路以將功率損耗最小化，使用該旁路，電機(jī)在啟動(dòng)之后從變頻器(VFD)斷開(kāi)并直接連接至供電網(wǎng)。
[0003]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的用于電機(jī)與供電網(wǎng)的連接裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，Grid為供電網(wǎng)，VFD為變頻器，M為電機(jī)，第一接觸器S1為輸出接觸器，第二接觸器S 2為旁路接觸器。在這種連接裝置中，由于輸出接觸器31和旁路接觸器S2的開(kāi)關(guān)死區(qū)引起的供電網(wǎng)電壓和電機(jī)電壓之間的不可控的相位差和幅值差，當(dāng)電機(jī)旁路至供電網(wǎng)(從變頻器斷開(kāi)并直接連接至供電網(wǎng))時(shí)會(huì)產(chǎn)生切換電流沖擊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種用于電機(jī)和供電網(wǎng)的連接裝置，包括:變頻器(VFD)以及第一和第二開(kāi)關(guān)(Sp S2)，其中，所述變頻器(VFD)與所述第一開(kāi)關(guān)(S1)串聯(lián)，所述第二開(kāi)關(guān)(S2)并聯(lián)至所述變頻器(VFD)和所述第一開(kāi)關(guān)(S1)組成的串聯(lián)電路的兩端，其特征在于:還包括雙向可控硅(SCR)，所述雙向可控硅(SCR)與所述第二開(kāi)關(guān)(S2)并聯(lián)。
[0005]本發(fā)明還提供了另外一種用于電機(jī)和供電網(wǎng)的連接裝置，包括:變頻器(VFD)以及第一和第二開(kāi)關(guān)(Sp S2)，其中，所述變頻器(VFD)與所述第一開(kāi)關(guān)(S1)串聯(lián)，所述第二開(kāi)關(guān)(S2)并聯(lián)至所述變頻器(VFD)和所述第一開(kāi)關(guān)(S1)組成的串聯(lián)電路的兩端，其特征在于:還包括兩個(gè)反并聯(lián)的單向可控硅(SCRUSCR2)，所述反并聯(lián)的單向可控硅(SCRUSCR2)與所述第二開(kāi)關(guān)(S2)并聯(lián)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的連接裝置，優(yōu)選地，所述開(kāi)關(guān)為接觸器。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的連接裝置，優(yōu)選地，還包括用于發(fā)出指令的控制單元。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的連接裝置，優(yōu)選地，所述控制單元設(shè)置在所述變頻器(VFD)內(nèi)。
[0009]本發(fā)明的用于電機(jī)和供電網(wǎng)的連接裝置在旁路切換時(shí)沒(méi)有電流沖擊，避免了對(duì)電纜及旁路開(kāi)關(guān)過(guò)標(biāo)定引起的高成本，并且易于實(shí)現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0010]以下參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明，其中:
[0011]圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的電機(jī)與供電網(wǎng)的連接裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電機(jī)與供電網(wǎng)的連接裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)過(guò)程的參數(shù)變化曲線；
[0014]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電機(jī)驅(qū)動(dòng)過(guò)程的參數(shù)變化曲線；
[0015]圖5示出使用多個(gè)本發(fā)明的連接裝置將供電網(wǎng)與多個(gè)電機(jī)連接的示意圖；
[0016]圖6示出根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例的電機(jī)與供電網(wǎng)的連接裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖7a為使用現(xiàn)有技術(shù)的連接裝置將供電網(wǎng)與電機(jī)連接的情況下，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的進(jìn)行旁路切換時(shí)通過(guò)電機(jī)的沖擊電流；
[0018]圖7b為使用本發(fā)明的的連接裝置將供電網(wǎng)與電機(jī)連接的情況下，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的進(jìn)行旁路切換時(shí)通過(guò)電機(jī)的沖擊電流。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0020]眾所周知，可控硅SCR是一種具有三個(gè)PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件，亦稱晶閘管。其具有體積小、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，是比較常用的半導(dǎo)體器件之一。在性能上，可控硅不僅具有單向?qū)щ娦?，還具有高可控性，只有導(dǎo)通和斷開(kāi)兩種狀態(tài)，并且“一觸即發(fā)”，響應(yīng)速度通常為微秒量級(jí)。
[0021]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于電機(jī)與供電網(wǎng)的連接裝置，包括:變頻器VFD、第一和第二接觸器SjP S 2以及雙向可控硅SCR，其中，變頻器VFD與第一接觸器S ι串聯(lián)，第二接觸器&以及雙向可控硅SCR分別并聯(lián)至所述變頻器VFD和第一接觸器S i組成的串聯(lián)電路的兩端，所述變頻器VFD包含用于發(fā)出指令的控制單元。
[0022]下面將參照?qǐng)D3和圖4，對(duì)圖2所示的實(shí)施例的工作過(guò)程進(jìn)行描述，其中圖3表示使用圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)的連接裝置驅(qū)動(dòng)電機(jī)的過(guò)程中各個(gè)參數(shù)隨時(shí)間的變化關(guān)系，圖4表示使用圖2的連接裝置驅(qū)動(dòng)電機(jī)的過(guò)程中各個(gè)參數(shù)隨時(shí)間的變化關(guān)系。圖中的各個(gè)符號(hào)分別表不:
[0023]SpSjP SCR分別表示第一和第二接觸器S S 2以及雙向可控硅SCR的狀態(tài)隨時(shí)間的變化關(guān)系，高位表示導(dǎo)通，低位表示斷開(kāi)；虛線表示控制單元發(fā)出的指令信號(hào)，實(shí)線表示接觸器和雙向可控硅的實(shí)際狀態(tài)；
[0024]隊(duì)表示供電網(wǎng)的電壓變化曲線，周期例如為20ms；
[0025]Um表示電機(jī)兩端的電壓變化曲線；
[0026]Im表示電機(jī)的相電流隨時(shí)間的變化。
[0027]參照?qǐng)D3，在現(xiàn)有的裝置中，首先導(dǎo)通第一接觸器S1，通過(guò)變頻器VFD給電機(jī)M供電，當(dāng)電機(jī)工作穩(wěn)定之后，在h時(shí)刻，控制單元給變頻器發(fā)出停止指令，變頻器接收到指令之后迅速地(微秒量級(jí))斷開(kāi)輸出電壓，電機(jī)的相電流也迅速斷開(kāi)，但是由于電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以及磁路中的剩余磁通，電機(jī)兩端仍然有剩余電壓并且該電壓隨時(shí)間逐漸衰減，同時(shí)，控制單元給第一接觸器S1發(fā)出斷開(kāi)指令，但是由于接觸器本身的延遲，第一接觸器S 1在13時(shí)刻實(shí)際斷開(kāi)；在、時(shí)刻，控制單元給第二接觸器s2&出導(dǎo)通指令，同樣由于接觸器本身的延遲，第二接觸器32在〖4時(shí)刻實(shí)際導(dǎo)通。由于電機(jī)兩端的剩余電壓正比于電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速在死區(qū)時(shí)間ti?14時(shí)段內(nèi)逐漸衰減，所以t 14的間隔越長(zhǎng)，電機(jī)兩端的剩余電壓相對(duì)于供電網(wǎng)電壓的相位差越不可控、幅值差越大，在圖3中所示的情況下，14時(shí)刻二者的相位差為180°，所以在第二接觸器&實(shí)際導(dǎo)通的瞬間，產(chǎn)生非常大的沖擊電流IM。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，為了保證在第二接觸器&導(dǎo)通之前變頻器VFD已經(jīng)徹底斷開(kāi)，通常給第二接觸器S2發(fā)出導(dǎo)通指令的時(shí)刻滯后于給第一接觸器S 出斷開(kāi)指令的時(shí)刻。
[0028]參照?qǐng)D4，在本發(fā)明中，同樣的，首先通過(guò)變頻器VFD給電機(jī)M供電，在該過(guò)程中，第一接觸器S1是導(dǎo)通的，電機(jī)M兩端的電壓Um由變頻器提供，該電壓模式的基波由虛線的U 1M曲線表示?？梢钥闯觯趫D4所示的情況下，變頻器VFD提供的電壓的基波與供電網(wǎng)的電壓隊(duì)的相位和幅值都相同。
[0029]當(dāng)電機(jī)M工作穩(wěn)定之后，在h時(shí)刻，控制單元發(fā)出指令，要求變頻器VFD停止工作，變頻器VFD迅速地(微秒量級(jí))斷開(kāi)輸出電壓，在該時(shí)刻，同時(shí)要求第一接觸器S1斷開(kāi)、第二接觸器S2導(dǎo)通，在該實(shí)施例中，第一接觸器S i的延遲時(shí)間為18ms而第二接觸器S 2的延遲時(shí)間為23ms，所以，在t4時(shí)刻，第一接觸器S其際斷開(kāi)，而在14之后的15時(shí)刻，第二接觸器32實(shí)際導(dǎo)通；在12時(shí)刻，控制單元要求雙向可控硅SCR導(dǎo)通，雙向可控硅SCR在13時(shí)刻實(shí)際導(dǎo)通，并且通過(guò)旁路給電機(jī)M供電，由于SCR“一觸即發(fā)”，t2?t3的間隔非常短(微秒量級(jí))。然后，在第二接觸器S2實(shí)際導(dǎo)通的15時(shí)刻之后的16時(shí)刻，控制單元發(fā)出指令以斷開(kāi)雙向可控硅SCR，從而完成從第一接觸器S1向第二接觸器S 2的切換。
[0030]使用本發(fā)明的連接裝置，接觸器的切換過(guò)程中電機(jī)M的死區(qū)時(shí)間非常短，為微秒量級(jí)，如圖4所示，ti?t2為設(shè)定的死區(qū)時(shí)間，而ti?t3為實(shí)際的死區(qū)時(shí)間。所以第一接觸器S1切換至第二接觸器S 2的旁路時(shí)間幾乎為零(〈10 μ s)。
[0031]另外，在微秒量級(jí)的t3時(shí)段內(nèi)，電機(jī)M的相電流和剩余電壓幾乎不變。在七3時(shí)刻，雙向可控硅SCR實(shí)際導(dǎo)通，其保證了接觸器的平緩切換，在第二接觸器S2實(shí)際導(dǎo)通的t5時(shí)刻，電機(jī)電壓Um和供電網(wǎng)電壓之間無(wú)相位差和幅值差，不會(huì)出現(xiàn)切換電流沖擊。由于沒(méi)有電流沖擊，在設(shè)計(jì)連接裝置時(shí)不需要對(duì)供電裝置的電纜和接觸器過(guò)標(biāo)定，并且SCR是較為廉價(jià)的器件，因此大大節(jié)約了成本。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例，使用多個(gè)實(shí)施例1所述的連接裝置將供電網(wǎng)與多個(gè)電機(jī)連接，如圖5所示。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，用反并聯(lián)連接的單向可控硅SCRl和SCR2代替雙向可控硅SCR，如圖6所示。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，所述接觸器可以是本領(lǐng)域公知的任意其他的開(kāi)關(guān)器件。
[0035]在一個(gè)實(shí)施例中，所述接觸器的延遲時(shí)間彡10ms ;在又一個(gè)實(shí)施例中，所述接觸器的延遲時(shí)間< 200ms。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在本發(fā)明中，不對(duì)第一接觸器和第二接觸器的延遲時(shí)間以及二者之間的關(guān)系作任何限定。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，所述用于發(fā)出指令的控制單元可以設(shè)置在變頻器外部，甚至可以是設(shè)置在所述連接裝置外部的控制器。
[0037]為了充分說(shuō)明本發(fā)明的有益效果，發(fā)明人將本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定的進(jìn)行旁路切換時(shí)通過(guò)電機(jī)的沖擊電流進(jìn)行比較，如圖7a和7b所示。圖7a為使用現(xiàn)有技術(shù)的連接裝置得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的峰值電流為387.50A，為穩(wěn)態(tài)峰值電流(16.46A)的23倍；而在圖7b所示的使用本發(fā)明的連接裝置得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，峰值電流為
16.46A，與穩(wěn)態(tài)峰值電流相等，說(shuō)明沖擊電流為零。
[0038]雖然本發(fā)明已經(jīng)通過(guò)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，然而本發(fā)明并非局限于這里所描述的實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下還包括所作出的各種改變以及變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于電機(jī)和供電網(wǎng)的連接裝置，包括:變頻器(VFD)以及第一和第二開(kāi)關(guān)(S1、S2)，其中，所述變頻器(VFD)與所述第一開(kāi)關(guān)(S1)串聯(lián)，所述第二開(kāi)關(guān)(S2)并聯(lián)至所述變頻器(VFD)和所述第一開(kāi)關(guān)(S1)組成的串聯(lián)電路的兩端，其特征在于: 還包括雙向可控硅(SCR)，所述雙向可控硅(SCR)與所述第二開(kāi)關(guān)(S2)并聯(lián)。2.—種用于電機(jī)和供電網(wǎng)的連接裝置，包括:變頻器(VFD)以及第一和第二開(kāi)關(guān)(SpS2)，其中，所述變頻器(VFD)與所述第一開(kāi)關(guān)(S1)串聯(lián)，所述第二開(kāi)關(guān)(S2)并聯(lián)至所述變頻器(VFD)和所述第一開(kāi)關(guān)(S1)組成的串聯(lián)電路的兩端，其特征在于: 還包括兩個(gè)反并聯(lián)的單向可控硅(SCR1、SCR2)，所述反并聯(lián)的單向可控硅(SCR1、SCR2)與所述第二開(kāi)關(guān)(S2)并聯(lián)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連接裝置，其特征在于:所述開(kāi)關(guān)為接觸器。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連接裝置，還包括用于發(fā)出指令的控制單元。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連接裝置，其特征在于:所述控制單元設(shè)置在所述變頻器(VFD)內(nèi)。
【文檔編號(hào)】H02P25/32GK105991080SQ201510088664
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年2月26日
【發(fā)明人】洪小圓, 羅浩, 李華強(qiáng)
【申請(qǐng)人】伊頓公司