一種無變壓器的單象限高壓變頻器拓撲結構的製作方法

2023-06-03 00:19:41 2

專利名稱：一種無變壓器的單象限高壓變頻器拓撲結構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種單象限高壓變頻器拓撲，特別是一種無變壓器的單象限高壓 變頻器拓撲結構。
背景技術：
隨著電氣傳動技術的發展，尤其是變頻調速技術的發展，作為大容量傳動的高壓 變頻調速技術也得到了廣泛的應用。高壓變頻器以其高效節能、高功率因數及高可靠性等 特點，結束了傳統方法造成的能源和人力浪費，延長了電機、風機、水泵等使用壽命，改善了 生產工藝，提高了生產效率，在鋼鐵、石油、煤炭、自來水、電力等行業得到廣泛應用。目前，高壓變頻器的市場迅速發展，競爭更是十分激烈。在同等條件下，成本低、體 積小高壓變頻器無疑將擁有絕對的市場競爭力優勢，給企業帶來巨大的利益。目前的高壓變頻器，整體都是由控制櫃、變壓器櫃、功率櫃組成。其中，變壓器櫃在整個高壓變頻器系統裡，佔據了很大比重的成本及體積，並且容 量越大的高壓變頻器，其對變壓器的容量要求也越高，這樣使高壓變頻器的成本也直線上 升。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種無變壓器的單象限高壓變頻器拓撲結構，該拓撲結 構使單象限高壓變頻器無需變壓器即可實現高壓變頻的目的；使用此種拓撲結構的高壓變 頻器能大大減少高壓變頻器的整體體積和成本，具有絕對的市場競爭力優勢。為實現上述目的，本實用新型通過以下技術方案實現一種無變壓器的單象限高壓變頻器拓撲結構，包括LC濾波電路、高壓充電迴路、 整流電路、逆變電路，高壓電網信號通過LC濾波電路進行濾波後，經高壓充電迴路進入整 流電路，整流電路由多個二極體串聯組成三相不可控整流系統；經整流後的直流電壓作為 逆變電路的直流電源，逆變電路由多個功率單元串聯組成，逆變電路輸出端接有電感。所述逆變電路的功率單元為兩個IGBT開關器件組成的半橋結構。所述逆變電路的功率單元為四個IGBT開關器件組成的H橋結構。整流電路與逆變電路均為三相，整流電路每相由偶數η個二極體串聯而成，分為 上下兩組，每組的功率單元個數為η/2個，整流電路每相的輸入端為兩組單元的中點處；逆 變電路每相由偶數η個功率單元串聯而成，分為上下兩組，每組的功率單元個數為η/2個， 每相的輸出端為兩組單元的中點處，且輸出端與每組單元之間以耦合或非耦合電感連接。與現有技術相比，本實用新型的新穎性和創造性體現在1)高壓變頻器沒有變壓器，省去了變壓器櫃，高壓變頻器的成本至少減小一半；2)高壓變頻器沒有變壓器，省去了變壓器櫃，高壓變頻器的體積至少減小一半，在 現場的佔地面積也因此至少減小一半；3)高壓變頻器沒有變壓器，省去了變壓器櫃，高壓變頻器的重量至少減小一半，運輸成本也相應減小；4)高壓變頻器沒有變壓器，省去了變壓器櫃，高壓變頻器的結構相比簡單很多，生 產周期至少減小一半，也有利於現場的安裝、調試和維護；5)高壓變頻器沒有變壓器，省去了變壓器櫃，省去了在變壓器的能耗，也無需考慮 高壓變頻器在變壓器上的溫升效應；6)高壓變頻器沒有變壓器，省去了變壓器櫃，高壓變頻器具有絕對的市場競爭力 優勢。

圖1是半橋功率單元組成的無變壓器的單象限高壓變頻器拓撲結構圖；圖2是H橋功率單元組成的無變壓器的單象限高壓變頻器拓撲結構圖；圖3是半橋功率單元內電流流向圖；圖4是H橋功率單元內電流流向圖。
具體實施方式
見圖1、圖2，一種無變壓器的單象限高壓變頻器拓撲結構，包括LC濾波電路、高壓 充電迴路、整流電路、逆變電路，高壓電網信號經過LC濾波電路進行濾波後，經高壓充電回 路進入整流電路，整流電路由多個二極體組成三相不可控整流系統，恆定每個功率單元的 電容電壓；經整流後的直流電壓作為逆變電路的直流電源，逆變電路由多個功率單元組成， 功率單元可為半橋(圖1)或H橋(圖2)結構，均可滿足PWM波形生成的需求。高壓充電 電路由充電電阻R與開關KM並聯組成，其輸入端與LC迴路的電感L相連，其輸出端與整流 電路相連。整流電路與逆變電路均為三相，整流電路每相由偶數η個二極體串聯而成，分為 上下兩組，每組的功率單元個數為η/2個，整流電路每相的輸入端為兩組單元的中點處；逆 變電路每相由偶數η個功率單元串聯而成，分為上下兩組，每組的功率單元個數為η/2個， 每相的輸出端為兩組單元的中點處，且輸出端與每組單元之間以耦合或非耦合電感連接， 使輸出波形更加穩定平滑。見圖3-1，電流經IGBT2從A流向B，採用半橋式逆變電路的功率單元輸出電平 「0」。見圖3-2，電流經續流二極體D2從B流向Α，採用半橋式逆變電路的功率單元輸出 電平「0」。見圖3-3，電流經續流二極體D1，再通過直流側電容C，從A流向B，採用半橋式逆 變電路的功率單元輸出電平「 1 」。見圖3-4，電流經IGBT1，再通過直流側電容C，從B流向Α，採用半橋式逆變電路的 功率單元輸出電平「1」。見圖4-1，電流經IGBT2、直流側電容C、IGBT3,從B流向Α，或電流經續流二極體 D3、直流側電容C、續流二極體D2，從A流向B，此時採用H橋式逆變電路的功率單元輸出電 平 「1」。見圖4-2，電流經續流二極體Dl、IGBT3，從B流向Α，或電流經續流二極體D3、
4IGBTl，從A流向B，此時採用H橋式逆變電路的功率單元輸出電平「0」。見圖4-3，電流經IGBT2、續流二極體D4，從B流向A，或電流經IGBT4、續流二極體 D2，從A流向B，此時採用H橋式逆變電路的功率單元輸出電平「0」。見圖4-4，電流經續流二極體D1、直流側電容C、續流二極體D4，從B流向A，或電流 經IGBT4、直流側電容C、IGBT1，從A流向B，此時採用H橋式逆變電路的功率單元輸出電平 「-1」。本拓撲高壓電網直接經過LC濾波電路和高壓充電電路進入高壓變頻器整流電 路，由多個二極體組成一個三相不可控整流系統，恆定每個功率單元的電容電壓；高壓變頻 器輸出端接入耦合電感或非耦合電感，使輸出波形更加穩定平滑；每個功率單元逆變電路， 採用半橋式或H橋式均可滿足PWM波形生成的需求。
權利要求一種無變壓器的單象限高壓變頻器拓撲結構，其特徵在於，包括LC濾波電路、高壓充電迴路、整流電路、逆變電路，高壓電網信號通過LC濾波電路進行濾波後，經高壓充電迴路進入整流電路，整流電路由多個二極體串聯組成三相不可控整流系統；經整流後的直流電壓作為逆變電路的直流電源，逆變電路由多個功率單元串聯組成，逆變電路輸出端接有電感。
2.根據權利要求1所述的一種無變壓器的單象限高壓變頻器拓撲結構，其特徵在於， 所述逆變電路的功率單元為兩個IGBT開關器件組成的半橋結構。
3.根據權利要求1所述的一種無變壓器的單象限高壓變頻器拓撲結構，其特徵在於， 所述逆變電路的功率單元為四個IGBT開關器件組成的H橋結構。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的一種無變壓器的四象限高壓變頻器拓撲結構， 其特徵在於，整流電路與逆變電路均為三相，整流電路每相由偶數η個二極體串聯而成，分 為上下兩組，每組的功率單元個數為η/2個，整流電路每相的輸入端為兩組單元的中點處； 逆變電路每相由偶數η個功率單元串聯而成，分為上下兩組，每組的功率單元個數為η/2 個，每相的輸出端為兩組單元的中點處，且輸出端與每組單元之間以耦合或非耦合電感連 接。
專利摘要本實用新型涉及一種無變壓器的單象限高壓變頻器拓撲結構，包括LC濾波電路、高壓充電迴路、整流電路、逆變電路，高壓電網信號通過LC濾波電路進行濾波後，經高壓充電迴路進入整流電路，整流電路由多個二極體串聯組成三相不可控整流系統；經整流後的直流電壓作為逆變電路的直流電源，逆變電路由多個功率單元串聯組成，逆變電路輸出端接有電感。所述逆變電路的功率單元為半橋結構或H橋結構。該拓撲結構使單象限高壓變頻器無需變壓器即可實現高壓變頻的目的；使用此種拓撲結構的高壓變頻器能大大減少高壓變頻器的整體體積和成本，具有絕對的市場競爭力優勢。
文檔編號H02M5/40GK201774459SQ20102026801
公開日2011年3月23日 申請日期2010年7月22日 優先權日2010年7月22日
發明者左強, 張其生, 李曠, 王振, 趙淑玉 申請人:榮信電力電子股份有限公司