一種多相變頻器的製造方法
2023-09-23 07:31:50 2
一種多相變頻器的製造方法
【專利摘要】本發明實施例提供了一種多相變頻器，改進後的多相變頻器中，n個逆變模塊串聯使用，在多相感應電機運行時，將整流部分處理後得到的直流電壓均分在n個逆變模塊上，實現了將高壓電源轉換為低壓電源。n個逆變模塊串聯使用，實現將高壓電源轉換為低壓電源時，各個逆變單元通過向各自連接的多相感應電機的定子繞組供電，實現了多相變頻器對多相感應電機的供電。由於本發明實施例提供的變頻器不需要設置多相變壓器即可對多相感應電機供電，因此降低了高壓變頻器的成本，還減小了多相變頻器的體積。
【專利說明】一種多相變頻器
【技術領域】
[0001]本申請涉及電力電子控制【技術領域】，特別涉及一種多相變頻器。
【背景技術】
[0002]目前，用於驅動多相感應電機的高壓變頻器中通常設置有多相變壓器，多相變壓器將輸入的高壓電源轉換為多相低壓電源，各相低壓電源各自對應多相感應電機的一個定子繞組，高壓變頻器對對各相低壓電源進行整流、逆變處理後輸出至多相感應電機的定子繞組，以實現對多相感應電機進行供電。
[0003]但是，多相感應電機電機的相數越多，高壓變頻器內的輸入變壓器的設計越複雜，體積越大，成本越高。
[0004]因此，如何減小高壓變頻器的體積，降低高壓變頻器的成本成為亟待解決的問題。
【發明內容】
[0005]為解決上述技術問題，本申請實施例提供一種多相變頻器，以達到減小高壓變頻器的體積，降低高壓變頻器的成本目的，技術方案如下:
[0006]一種多相變頻器，包括:整流部分、逆變部分和主控制器，所述逆變部分包括η個逆變模塊，每個逆變模塊包括m個逆變單元，所述η為大於I的正整數，所述m為正整數，m與η的乘積等於所述多相變頻器所驅動的多相感應電機的相數，所述逆變部分和所述主控制器相連；
[0007]所述整流部分的輸入端與外部電源相連；
[0008]所述整流部分的正極性輸出端子與逆變模塊(S1)的正極性端子相連；
[0009]逆變模塊(Si)的正極性端子與逆變模塊(Sg)的負極性端子相連，所述逆變模塊
(Si)的負極性端子與逆變模塊(Si+1)的正極性端子相連，所述i = {2，…，η-l}；
[0010]逆變模塊(Sn)的負極性端子與所述整流部分的負極性輸出端子相連；
[0011]當m大於I時，同一個逆變模塊中的m個逆變單元並聯連接；
[0012]逆變單元與所述多相感應電機中的定子繞組一一對應，其中，逆變單元αρ的第一輸出端與多相感應電機的第j相定子繞組的第一端相連，所述逆變單元αρ的第二輸出端與所述第j相定子繞組的第二端相連，所述j = U，…，m*n}。
[0013]上述多相變頻器，優選的，所述逆變單元包括:直流平波電容、單相全橋和單元控制板，所述單相全橋包括4個IGBT，分別為第一 IGBT、第二 IGBT、第三IGBT和第四IGBT，每個IGBT均攜帶有續流二極體，所述第一 IGBT的發射極和所述第二 IGBT的集電極相連接，所述第三IGBT的發射極和所述第四IGBT的集電極相連接，所述第一 IGBT的集電極與所述第三IGBT的集電極相連，所述第二 IGBT的發射極與所述第四IGBT的發射極相連；
[0014]所述直流平波電容的第一端與所述逆變單元的正極性端子相連，所述直流平波電容的第二端與所述逆變單元的負極性端子相連；
[0015]所述第一 IGBT和所述第三IGBT的集電極公共端與所述逆變單元的正極性端子相連，所述第二 IGBT和所述第四IGBT的發射極公共端與所述逆變單元的負極性端子相連；
[0016]所述第一 IGBT的發射極和所述第二 IGBT的集電極的公共端作為所述逆變單元的第一輸出端，所述第三IGBT的發射極和所述第四IGBT的集電極的公共端作為所述逆變單元的第二輸出端；
[0017]所述單元控制板分別與所述第一 IGBT、第二 IGBT、第三IGBT和第四IGBT相連。
[0018]上述多相變頻器，優選的，當m = I時，所述逆變單元還包括:
[0019]開關；
[0020]所述開關的第一端與所述逆變單元的正極性端子相連，所述開關的第二端與所述逆變單元的負極性端子相連。
[0021]上述多相變頻器，優選的，所述開關具體為:
[0022]晶閘管。
[0023]上述多相變頻器，優選的，所述開關具體為:
[0024]絕緣柵雙極型電晶體。
[0025]上述多相變頻器，優選的，所述開關具體為刀閘開關。
[0026]上述多相變頻器，優選的，所述逆變單元還包括:用於為所述單元控制板供電的電源板；
[0027]所述電源板的正極性輸入端子與所述逆變單元的正極性端子相連接，所述電源板的負極性輸入端子與所述逆變單元的負極性端子相連接，所述電源板的輸出端與所述單元控制板相連接。
[0028]上述多相變頻器，優選的，所述逆變單元還包括:
[0029]電流傳感器，用於採集所述逆變單元的輸出電流。
[0030]上述多相變頻器，優選的，所述整流部分具體為不控整流部分。
[0031]上述多相變頻器，優選的，所述整流部分具體為可控整流部分。
[0032]與現有技術相比，本申請的有益效果為:
[0033]在本申請中，提供了一種多相變頻器，該多相變頻器中，包括η個逆變模塊，每個逆變模塊包括m個逆變單元。η個逆變模塊串聯使用，在多相感應電機運行時，將整流部分處理後得到的直流電壓均分在η個逆變模塊上，實現了將高壓電源轉換為低壓電源。η個逆變模塊串聯使用，實現將高壓電源轉換為低壓電源時，各個逆變單元通過向各自連接的多相感應電機的定子繞組供電，實現了多相變頻器對多相感應電機的供電。
[0034]由於本申請提供的多相變頻器不需要設置多相變壓器即可對多相感應電機供電，因此降低了變頻器的成本，還減小了變頻器的體積。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]為了更清楚地說明本申請實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0036]圖1是本申請提供的多相變頻器的一種結構示意圖；
[0037]圖2是本申請提供的多相變頻器的另一種結構示意圖；
[0038]圖3是本申請提供的多相變頻器的又一種結構示意圖；
[0039]圖4是本申請提供的逆變單元的一種結構示意圖；
[0040]圖5是本申請提供的逆變單元的另一種結構意圖；
[0041]圖6是本申請提供的逆變單元的又一種結構示意圖；
[0042]圖7是本申請提供的逆變單元的又一種結構示意圖。
【具體實施方式】
[0043]下面將結合本申請實施例中的附圖,對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本申請保護的範圍。
[0044]本申請提供了一種多相變頻器，請參見圖1，圖1為本申請提供的多相變頻器的一種結構示意圖，可以包括:整流部分11、逆變部分12和主控制器13。
[0045]在本申請中，逆變部分包括η個逆變模塊，每個逆變模塊包括m個逆變單元。也就是說，逆變部分包括m*n個逆變單元。各個逆變單元的組成相同。所述η為大於I的正整數，m為正整數。m與η的乘積等於多相變頻器所驅動的多相感應電機的相數。該多相感應電機的相數大於3。
[0046]當m等於I時，一個逆變模塊中就包括一個逆變單元，即一個逆變單元構成一個逆變模塊。此時，該逆變單元的正極性端子即為該逆變單元所屬逆變模塊的正極性端子，該逆變單元的負極性端子即為該逆變單元所屬逆變模塊的正極性端子。也就是說，當m = I時，m*n個逆變單元是串聯連接的。具體可參看圖2，圖2為本申請提供的多相變頻器的另一種結構示意圖。
[0047]當m大於I時，同一個逆變模塊中的m個逆變單元並聯連接，S卩，同一個逆變模塊中的m個逆變單元的正極性端子相連接，m個逆變單元的負極性端子相連接；m個逆變單元的正極性端子的公共端作為這m個逆變單元所屬逆變模塊的正極性端子，m個逆變單元的負極性端子的公共端作為這m個逆變單元所屬逆變模塊的負極性端子。具體可參看圖3，圖3為本申請提供的多相變頻器的又一種結構示意圖。
[0048]圖3所示實施例中，一個逆變模塊中包括3個逆變單元。優選的，每個模塊對應的多相感應電機中的三相定子繞組可以是對稱的三相。
[0049]當然，圖3所示實施例只是示出了適用於6相感應電機的多相變頻器的一種結構示意圖，適用於6相感應電機的多相變頻器還可以有其它結構，如，可以包括三個逆變模塊，每個模塊包含2個逆變單元；或者，包括6個逆變模塊，每個逆變模塊只包括I個逆變單元。具體選用哪種結構，可以根據實際需求確定。
[0050]需要說明的是，本申請提供的多相感應電機，並不僅適用於6相感應電機，還還以適用於其它定子繞組大於3的任意一款多相感應電機,具體結構可以根據多相感應電機的定子繞組數和實際電壓需求做適應性調整。
[0051]逆變部分12和主控制器13相連。
[0052]在本申請中，整流部分的輸入端與外部電源相連。
[0053]所述整流部分的正極性輸出端子與逆變模塊(S1)的正極性端子相連。
[0054]所述逆變模塊(Si)的正極性端子與逆變模塊(Sg)的負極性端子相連，所述逆變模塊(Si)的負極性端子與逆變模塊(Si+1)的正極性端子相連，所述i = {2，…，n-1}。
[0055]其中，i= {2, *..,η-1}即i為2?η_1中的任意一個整數。例如,若η = 3,則i=2 或 i = 3。若 n = 4』lji = 2*i = 3*i = 4。
[0056]逆變模塊(Sn)的負極性端子與所述整流部分的負極性輸出端子相連。
[0057]逆變單元與所述多相感應電機中的定子繞組一一對應，其中，逆變單元αρ的第一輸出端與多相感應電機的第j相定子繞組的第一端相連，所述逆變單元αρ的第二輸出端與所述第j相定子繞組的第二端相連，所述j = U，…，m*n}。
[0058]其中，j = {1，即j為I?m*n中的任意一個整數。例如,若m= 3,η =2,則 j = I 或 j = 2 或 j = 3 或 j = 4 或 j = 5 或 j = 6。若 m = Ι,η = 5,則 j = I 或 j=2 或 j = 3 或 j = 4 或 j = 5。
[0059]在本申請中，主控制器的功能和現有技術中高壓變頻器中的主控制器的功能相同，且主控制器與逆變部分的控制過程與現有技術中主控制器與逆變部分的控制過程相同。具體的，主控制器通過通訊的方式將控制信號發送至逆變部分，控制逆變部分的輸出頻率、佔空比可變的Pwm波形，從而驅動多相感應電機運轉。
[0060]在本申請中，整流部分可以是不控整流、可控整流中的任意一種，即整流部分具體可以為不控整流部分或可控整流部分，由整流器件串聯並配合合適的均壓電阻、阻容吸收回路搭建。
[0061]在本申請中，提供了一種改進的變頻器，改進後的變頻器中，η個逆變模塊串聯使用，在多相感應電機運行時，將整流部分處理後得到的直流電壓均分在η個逆變模塊上，實現了將高壓電源轉換為低壓電源。η個逆變模塊串聯使用，實現將高壓電源轉換為低壓電源時，各個逆變單元通過向各自連接的多相感應電機的定子繞組供電，實現了對變頻器對多相感應電機的供電。
[0062]由於本申請提供的變頻器不需要設置多相變壓器即可對多相感應電機供電，因此降低了高壓變頻器的成本，還減小了變頻器的體積也就減小了變頻器的安裝空間。而且，還解決了多相變壓器會損失掉高壓變頻器部分工作效率的問題，提高了高壓變頻器的工作效率。
[0063]本申請提供的多相變頻器，既可以應用於高壓環境中，也可以適用於中低壓的環境中。當應用於高壓環境中時，就相當於高壓變頻器。
[0064]在本申請中，逆變部分所包括的m*n個逆變單元中的任意一個逆變單元具體組成如圖4所示,所述逆變單元可以包括:
[0065]直流平波電容21、單相全橋22和單元控制板23，所述單相全橋22包括4個IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)，分別為第一 IGBT221、第二 IGBT222、第三IGBT223和第四IGBT224，每個IGBT均攜帶有續流二極體，所述第一 IGBT的發射極和所述第二 IGBT的集電極相連接，所述第三IGBT的發射極和所述第四IGBT的集電極相連接，所述第一 IGBT的集電極與所述第三IGBT的集電極相連，所述第二 IGBT的發射極與所述第四IGBT的發射極相連；
[0066]所述直流平波電容21的第一端與所述逆變單元的正極性端子相連，所述直流平波電容22的第二端與所述逆變單元的負極性端子相連；
[0067]所述第一 IGBT221和所述第三IGBT223的集電極公共端與所述逆變單元的正極性端子相連，所述第二 IGBT222和所述第四IGBT224的發射極公共端與所述逆變單元的負極性端子相連；
[0068]所述第一 IGBT的發射極和所述第二 IGBT的集電極的公共端作為所述逆變單元的第一輸出端，所述第三IGBT的發射極和所述第四IGBT的集電極的公共端作為所述逆變單元的第二輸出端；
[0069]所述單元控制板23分別與所述第一 IGBT、第二 IGBT、第三IGBT和第四IGBT相連，用於對第一 IGBT、第二 IGBT、第三IGBT和第四IGBT進行控制。具體單元控制板23如何與第一 IGBT、第二 IGBT、第三IGBT或第四IGBT進行連接才能對第一 IGBT、第二 IGBT、第三IGBT或第四IGBT進行控制是本領域公知常識，這裡不再贅述。
[0070]可選的，主控制器13可以通過光纖與各個逆變單元中的單元控制板相連接。
[0071]其中，圖4為簡化圖，並未示出單元控制板分別與所述第一 IGBT221、第二IGBT222、第三IGBT223和第四IGBT224相連的連線。
[0072]當m = I時,本申請提供的逆變單元在圖4示出的逆變單元的基礎上還可以包括:開關24，如圖5所示，為本申請提供的逆變單元的另一種結構示意圖。
[0073]其中，開關24的第一端與所述逆變單元的正極性端子相連，所述開關24的第二端與所述逆變單元的負極性端子相連。
[0074]在本實施例中，開關24具體可以但不局限於為刀閘開關、晶閘管或絕緣柵雙極型電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)中任意一種。
[0075]本申請中，單元控制板23的供電電源可以由外部電源提供，為了防止多相變頻器本身的高壓電通過控制迴路擊穿放電造成擊穿危害，各個逆變模塊可以使用相互獨立的外部電源供電。但是，由於每一個逆變模塊都需要獨立的電源供電，因此，在使用本申請提供的變頻器時，需要多個外部電源，線路連接較複雜。
[0076]可選的，為了簡化變頻器使用時的外部連接線路，本申請提供的逆變單元在圖4所示實施例的基礎上，還可以包括:電源板25,如圖6所示，為本申請提供的逆變單元的又一種結構不意圖。
[0077]電源板25用於為所述單元控制板23供電。電源板25的正極性輸入端子與所述逆變單元的正極性端子相連接，所述電源板25的負極性輸入端子與所述逆變單元的負極性端子相連接，所述電源板的輸出端與所述單元控制板相連接。
[0078]本實施例中，由於逆變單元自帶電源板，通過電源板可以直接將整流部分輸出的電源轉換為單元控制板23所需的電源，在防止高壓擊穿危害外，還可以簡化變頻器使用時的外部連接線路。
[0079]需要說明的是，電源板25也可以適用於圖5所示實施例。
[0080]可選的，在圖4所示實施例的基礎上，本申請提供的逆變單元的又一種結構示意圖如圖7所示，還可以包括:
[0081]電流傳感器71，用於採集所述逆變單元的輸出電流。單元控制板23通過電流傳感器71所採集的電流可以判斷該逆變單元的工作狀況，當判斷出逆變單元工作異常時，以便於可以採取相應的保護措施進行保護。還可以根據電流相位，進行複雜的閉環控制等。
[0082]需要說明的是，電流傳感器71也可以用於圖5或圖6所示實施例中。
[0083]需要說明的是，由於本申請提供的多相變頻器，各個逆變模塊上的電壓相等，為整流部分處理後得到的直流電壓的1/n，因此本申請中的逆變模塊中的逆變單元以採用低壓器件實現，例如，假設逆變部分包括9個逆變模塊，每個逆變模塊只包括一個逆變單元，也就是說9個逆變單元串聯，整流部分處理後得到的直流電壓為8100V，那麼，經過9個逆變單元串聯後，每個逆變單元電壓為8100/9 = 900V，所以逆變單元中的IGBT的選型可以按照工作電壓900V選型，而不必按照工作電壓8100V選型。
[0084]進一步的，本申請提供的多相變頻器，降低了採用IGBT串聯搭建逆變電路的情況發生的概率，從而降低了了動態、靜態均壓難以實現的問題發生的概率，既而提升了高壓變頻器的可靠性。例如，假設逆變部分包括9個逆變模塊，每個逆變模塊只包括一個逆變單元，也就是說9個逆變單元串聯，整流部分處理後得到的直流電壓為8100V，那麼，經過9個逆變單元串聯後，每個逆變單元電壓為8100/9 = 900V，所以逆變單元中的IGBT的選型可以按照工作電壓900V選型，而不必按照工作電壓8100V選型；如果每個逆變單元中的IGBT按照工作電壓8100V選型，沒有可以直接使用的IGBT，或者存在可以直接使用的IGBT，但成本太高，則每個逆變單元中需要由多個低電壓IGBT(比如1700V，3300V額定電壓的IGBT)直接串聯，而IGBT直接串聯存在動態、靜態均壓難以實現的問題，易引起IGBT過壓損毀，從而降低高壓變頻器的可靠性。因此，通過本申請提供的多相變頻器，還可以降低變頻器的實現成本。進一步的，由於逆變單元的額定電壓降低，也就降低了逆變單元的輸出電壓的變化率，減小了對多相感應電機的絕緣的危害。
[0085]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明實施例。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明實施例的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明實施例將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
【權利要求】
1.一種多相變頻器，其特徵在於，包括:整流部分、逆變部分和主控制器，所述逆變部分包括η個逆變模塊,每個逆變模塊包括m個逆變單元,所述η為大於I的正整數，所述m為正整數，m與η的乘積等於所述多相變頻器所驅動的多相感應電機的相數，所述逆變部分和所述主控制器相連； 所述整流部分的輸入端與外部電源相連； 所述整流部分的正極性輸出端子與逆變模塊(S1)的正極性端子相連； 逆變模塊(Si)的正極性端子與逆變模塊(Sg)的負極性端子相連，所述逆變模塊(Si)的負極性端子與逆變模塊(Si+1)的正極性端子相連，所述i = {2，…，η-1}； 逆變模塊(Sn)的負極性端子與所述整流部分的負極性輸出端子相連； 當m大於I時，同一個逆變模塊中的m個逆變單元並聯連接； 逆變單元與所述多相感應電機中的定子繞組一一對應，其中，逆變單元αρ的第一輸出端與多相感應電機的第j相定子繞組的第一端相連，所述逆變單元(ip的第二輸出端與所述第j相定子繞組的第二端相連，所述j = {1，…，m*n}。
2.根據權利要求1所述的多相變頻器，其特徵在於，所述逆變單元包括:直流平波電容、單相全橋和單元控制板，所述單相全橋包括4個IGBT，分別為第一 IGBT、第二 IGBT、第三IGBT和第四IGBT，每個IGBT均攜帶有續流二極體，所述第一 IGBT的發射極和所述第二IGBT的集電極相連接，所述第三IGBT的發射極和所述第四IGBT的集電極相連接，所述第一IGBT的集電極與所述第三IGBT的集電極相連，所述第二 IGBT的發射極與所述第四IGBT的發射極相連； 所述直流平波電容的第一端與所述逆變單元的正極性端子相連，所述直流平波電容的第二端與所述逆變單元的負極性端子相連； 所述第一 IGBT和所述第三IGBT的集電極公共端與所述逆變單元的正極性端子相連，所述第二 IGBT和所述第四IGBT的發射極公共端與所述逆變單元的負極性端子相連； 所述第一 IGBT的發射極和所述第二 IGBT的集電極的公共端作為所述逆變單元的第一輸出端，所述第三IGBT的發射極和所述第四IGBT的集電極的公共端作為所述逆變單元的第二輸出端； 所述單元控制板分別與所述第一 IGBT、第二 IGBT、第三IGBT和第四IGBT相連。
3.根據權利要求2所述的多相變頻器，其特徵在於，當m= I時，所述逆變單元還包括: 開關; 所述開關的第一端與所述逆變單元的正極性端子相連，所述開關的第二端與所述逆變單元的負極性端子相連。
4.根據權利要求3所述的多相變頻器，其特徵在於，所述開關具體為: 晶閘管。
5.根據權利要求3所述的多相變頻器，其特徵在於，所述開關具體為: 絕緣柵雙極型電晶體。
6.根據權利要求3所述的多相變頻器，其特徵在於，所述開關具體為刀閘開關。
7.根據權利要求2所述的多相變頻器，其特徵在於，所述逆變單元還包括:用於為所述單元控制板供電的電源板； 所述電源板的正極性輸入端子與所述逆變單元的正極性端子相連接，所述電源板的負極性輸入端子與所述逆變單元的負極性端子相連接，所述電源板的輸出端與所述單元控制板相連接。
8.根據權利要求2所述的多相變頻器，其特徵在於，所述逆變單元還包括: 電流傳感器，用於採集所述逆變單元的輸出電流。
9.根據權利要求1所述的多相變頻器，其特徵在於，所述整流部分具體為不控整流部分。
10.根據權利要求1所述的多相變頻器，其特徵在於，所述整流部分具體為可控整流部分。
【文檔編號】H02M5/44GK104270012SQ201410594340
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月29日 優先權日:2014年10月29日
【發明者】朱乃鵬, 譚光韌, 張明, 王金泉, 相龍陽, 宋峰, 苑令華, 楊傑, 邊茂洲, 郭冠楠, 劉孟芸, 蔡卓劍, 鄭晟, 顧誠誠 申請人:兗州東方機電有限公司