基于自關斷器件整流/回饋電源的H橋級聯四象限變頻器制造技術

本實用新型專利技術涉及一種基于自關斷器件整流/回饋電源的H橋級聯四象限變頻器，其主要技術特點是：功率單元中的整流器采用由自關斷器件構成的整流/回饋電源，該整流/回饋電源由三相可控橋CB和三相進線電抗器X連接構成，該三相可控橋CB由6個電子開關S連接構成，每個電子開關S由一個可控開關器件V及一個續流二極管D反并聯構成。本實用新型專利技術采用允許功率雙向流動的自關斷器件構成整流/回饋電源，實現變頻器四象限運行功能，具有電路結構及控制調試簡單、性能穩定、安全可靠的特點。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于電壓型交-直-交中壓變頻調速
，尤其是一種基于自關斷器件整流/回饋電源的H橋級 聯四象限變頻器。
技術介紹
現有的電壓型H橋級聯交-直-交變頻器采用多級H橋功率單元級聯構成，如圖I所示。這種變頻器的特點是輸出電壓高且諧波小，dv/dt低，可以使用普通交流電動機；借助主電源變壓器中付方繞組間的移相，輸入電流諧波小，在中壓(I IOkV)交流電動機調速傳動領域得到最廣泛應用。由于這種變頻器中H橋功率單元數量大，通常各H橋功率單元中的交-直變換(也稱整流器、或稱整流電源等)都采用二極管三相整流器，如圖2所示，這種變頻器具有簡單且變頻器網側功率因數高(>0.95)的特點。這種整流器不允許反向功率流過，因此電動機只能單象限(電動)工作，功率只能從電網經變頻器流向電動機，不能返回電網。許多應用領域需要變頻器四象限運行，電動機既能電動工作又能再生工作，可把機械的制動能量或重物的勢能通過電動機轉變成電能，再經變頻器返回電網，以節省能源和實現快速制動，例如提升傳動就是如此。這就要求這類級聯型變頻器中每個H橋功率單元中的交-直變換(整流器)都允許功率雙方向流動。為滿足四象限運行要求，可以將H橋功率單元的交-直變換(整流器)由二極管整流電源改為PWM整流(又稱有源前端AFE)電源。它由自關斷器件IGBT (或IGCT、或IEGT)橋和交流進線電抗構成，采用PWM控制，是三相逆變器的逆應用。這種電源具有良好性能雙方向功率流動；正弦波網側電流(一個開關周期平均值)；功率因數可控，可以為I。這種電源存在的主要問題是需要較大進線電抗值(>10%)，而變頻器主電源變壓器中各組付方繞組的漏抗一般不能滿足，需另外增設電抗器和濾波電容器，使H橋功率單元和變頻器主電路復雜；控制電路由直流電壓外環、電流內環、矢量變換、及PWM調制等環節構成，系統復雜且調試麻煩。由于級聯變頻器中H橋功率單元數量多，上述問題變得更加突出。
技術實現思路
本技術的目的在于克服現有技術的不足，提出一種電路簡單、調試方便且性能穩定的基于自關斷器件整流/回饋電源的H橋級聯四象限變頻器。本技術解決其技術問題是采取以下技術方案實現的一種基于自關斷器件整流/回饋電源的H橋級聯四象限變頻器，由每相多個功率單元級聯構成，每個功率單元中的整流器采用由自關斷器件構成的整流/回饋電源，該整流/回饋電源由三相可控橋CB和三相進線電抗器X連接構成，該三相可控橋CB由6個電子開關S連接構成，每個電子開關S由一個可控開關器件V及一個續流二極管D反并聯構成。而且，所述的可控開關器件V為IGBT器件，或者為IGCT器件，或者為IEGT器件。而且，所述的電子開關S采用與交流進線電源同步的控制方式，每個交流進線電源周期只開通和關斷一次。本技術的優點和積極效果是I、本技術的整流器采用由自關斷器件構成的整流/回饋電源，允許雙向功率流過，變頻器四象限運行，電動工作時功率從電網流向電動機，再生工作時功率從電動機返回電網。2、本技術的整流/回饋電源的進線電抗可利用變頻器主變壓器付方繞組的漏抗實現，不必另外增設電抗器和濾波電容器，電路簡單。3、本技術的整流/回饋電源不用PWM控制，無閉環調節，控制和調試特別簡單。4、本技術的整流/回饋電源網側功率因數及電流諧波與二極管整流電源基本相同，因此變頻器的交流進線功率因數及相電流諧波與普通采用二極管三相整流器的H橋級聯變頻器基本相同，功率因數>0. 95，諧波電流小，滿足國標GB/T14549-1993。5、本技術在交流電源故障或進線電壓降低過多時，可通過關斷所有IGBT (或IGCT、或IEGT)來避免逆變顛覆發生。附圖說明圖I為H橋(5級)級聯變頻器主電路圖；圖2為交-直變換(整流器)采用二極管三相整流電源構成的H橋功率單元電路圖；圖3 (a)為本技術變頻器中H橋交-直變換(整流器)整流/回饋電源基本電路圖；圖3 (b)為圖3 Ca)所示電路中的電子開關S電路圖；圖4為本技術的H橋功率單元電路電路圖；圖5為本技術的整流/回饋電源電路中三相交流進線相電壓(uiA、uiB、uiC)及6個電子開關的門極驅動控制信號(GA1、GA2、Gbi> Gb2> Gci> Gc2)不意圖；圖6 Ca)為本技術的整流/回饋電源電路在空載狀態下開關Sai導通期間的直流母線電壓(Ud)、三相交流進線線電壓(uiAB和uiAC;)及A相電流(iiA)波形示意圖；圖6 (b)為本技術的整流/回饋電源電路在整流狀態下開關Sai導通期間的直流母線電壓(Ud)、三相交流進線線電壓(uiAB和uiAC;)及A相電流(iiA)波形示意圖；圖6 (c)為本技術的整流/回饋電源電路在回饋狀態下開關Sai導通期間的直流母線電壓(Ud)、三相交流進線線電壓(uiAB和uiAC;)及A相電流(iiA)波形示意圖。具體實施方式以下結合附圖對本技術進行詳細說明—種基于自關斷器件整流/回饋電源的H橋級聯四象限變頻器，由多級H橋功率單元級聯構成，如圖I所示。每個H橋功率單元電路均包括交-直變換(整流器)和直-交變換(逆變器)兩部分，如圖4所示，圖中，所有開關器件均為并有反向續流二極管的自開關器件IGBT (或IGCT、或IEGT)。由于本技術中的功率單元采用的直-交變換(逆變器)、橋間級聯電路及其控制與現有采用二極管三相整流電源的傳統單象限級聯變頻器相同，因此它們的交流輸出特性也相同輸出電壓高且諧波小，dv/dt低，可以用于普通交流電動機。本技術與現有變頻器的區別是功率單元中的交-直變換(整流器)不同，本技術采用由自關斷器件構成的整流/回饋電源，允許雙向功率流，變頻器可四象限運行，電動工作時功率從電網流向電動機，再生工作時功率從電動機返回電網。由于各個功率單元的逆變器控制屬于公知技術，在此不做說明。本技術中的各個功率單元中的整流器均采用由自關斷器件構成的整流/回饋電源，如圖3(a)及3(b)所示，圖中X是三相進線電抗器;CB是由6個電子開關(SA1、SA2、Sbi> SB2, Sci, Sc2)構成的三相可控橋，每個電子開關S由一個自開關器件V (IGBT、或IGCT、或IEGT)及一個續流二極管D反并聯構成；Cd是直流貯能電容；Id.K和Iil分別是交-直變換(整流器)和直-交變換(逆變器)的直流電流；Ud是直流母線電壓；uiA、uiB、uiC是三相交流進線相電壓；^八是々相相電流；該整流/回饋電源由6個電子開關S構成的三相可控橋CB和三相進線電抗器X兩部分連接構成，三相可控橋CB中的每個電子開關S均由一個自控開關器件V及一個續流二極管D反并聯構成，該可控開關器件V可以采用IGBT器件，或者`采用IGCT器件，或者采用IEGT器件。由于整流/回饋電源需要的進線電抗值小，變頻器主電源變壓器中各組付方繞組的漏抗己能滿足，不需另外增設電抗器；三相可控橋CB的控制不采用脈寬調制(PWM)，也沒有任何閉環調節。橋中每個電子開關S被用作交流進線電源的同步開關，每周期只開通和關斷一次，于自然換流點(a=0° )處開始導通，持續120°后關斷(如圖5所示)。由于電路中開關器件的開關頻率只有本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于自關斷器件整流/回饋電源的H橋級聯四象限變頻器，由每相多個功率單元級聯構成，其特征在于：每個功率單元中的整流器采用由自關斷器件構成的整流/回饋電源，該整流/回饋電源由三相可控橋CB和三相進線電抗器X連接構成，該三相可控橋CB由6個電子開關S連接構成，每個電子開關S由一個可控開關器件V及一個續流二極管D反并聯構成。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬小亮，
申請(專利權)人：天津電氣傳動設計研究所，天津天傳能源設備有限公司，
類型：實用新型
國別省市：