高效絕緣柵雙極IGBT結構變頻器的製作方法

2024-03-04 18:29:15

本發明涉及變頻器領域，具體涉及一種高效絕緣柵雙極IGBT結構變頻器。

背景技術：

隨著電動機的廣泛使用，相應的電機控制設備的需求量增加。變頻器是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。根據實際電機控制的需要，變頻器可以按一定比例改變電壓以及頻率來控制輸出端的電壓以及電流值。變頻器根據電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節能、調速的目的。同時變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓保護等。但是很多保護模塊的功能較為分立，缺乏集中式保護模塊的設計，比如欠載保護功能僅有時作為單獨的模塊出現，這不利於變頻器的智能化發展。

同時，在很多變頻器的逆變器中現在使用的電力電子器件的功耗高，致使是使用過程中很容易導致溫度上升，進而影響變頻器的使用效率。並且很多散熱措施的使用更是增加了變頻器的成本，不利於電機使用企業利益的最大化。因此變頻器所使用的電力電子器件的性能的提高對於變頻器的高效性、節能型、以及經濟性都有很重要的意義。

為了解決現有技術所存在的不足，本案發明人結合自身多年技術經驗，發明了一種高效絕緣柵雙極IGBT結構變頻器，其中內置的高效IGBT結構可以降低功耗，調高變頻器的整體效能，同時增加了集中保護模塊，能夠響應實現過壓保護、過流保護、短路保護、以及欠載檢測保護功能，並且電流矢量控制更加準確地實現電機運行狀態的控制，實現了變頻器控制電機運行在安全性、高性能、以及節能性方面的需求。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種設計合理、具有高效IGBT結構、矢量控制、以及保護功能全面的高效絕緣柵雙極IGBT結構變頻器。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

本發明提供了高效絕緣柵雙極IGBT結構變頻器，包括用以接收外界輸入命令並實現故障保護監測以及控制變頻器輸出電壓與電流值的中央處理器、用以手動向所述中央處理器輸入指令的鍵盤模塊、用以對所述中央處理器設定固定邏輯功能的PLC模塊、用以為所述中央處理器提供電源的電源模塊、用以接收所述中央處理器的輸出信號顯示變頻器相關參數值的顯示模塊、用以輸出控制後的電壓及電流的變頻器輸出電路、用以接收所述中央處理器的控制命令驅動所述變頻器輸出電路的驅動模塊、用以濾除所述變頻器輸出電路輸出的電壓及電流所含雜波的濾波電路、用以對變頻器輸出端電壓及電流值採樣的電流電壓採樣模塊、以及具有過壓保護、過流保護、短路保護、以及欠載檢測保護功能響應的保護模塊。

所述變頻器輸出電路包括用以將輸入交流電整流成直流電的整流電路，用以傳輸經整流後直流電的直流中間電路，以及用以被所述驅動模塊驅動並將直流電逆變為所需交流電輸出的逆變器。

所述變頻器輸出電路的所述逆變器內設有高效絕緣柵雙極電晶體的IGBT結構，並且所述IGBT結構內場氧化層上的部分局部柵極去除，用以降低IGBT功耗。

所述IGBT結構內置的柵極為摻有雜質的多晶矽，用以增強導電性，提高所述IGBT結構的性能。

所述保護模塊包括用以檢測電機過壓故障並進行過壓保護的過壓保護模塊、用以檢測電機過流故障並進行過流保護的過流保護模塊、用以檢測電機運行過程中短路故障並進行短路保護的短路保護模塊、以及用以檢測欠載運行並進行欠載保護的欠載檢測保護模塊。

本發明的有益效果是：該電流矢量型高性能變頻器設計合理，不僅可以利用矢量控制技術實現對電機電壓、以及電流的控制，且集成了過壓保護、過流保護、短路保護、以及欠載檢測保護多種保護功能，同時高效的絕緣柵雙極電晶體IGBT結構可以降低損耗，進一步提高變頻器的性能，實現了變頻器控制電機運行在安全性、高性能、以及節能性方面的需求。

附圖說明

圖1是本發明：高效絕緣柵雙極IGBT結構變頻器的框架示意圖；

圖2是本發明：變頻器輸出電路的結構示意圖；

圖3是本發明：保護模塊的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例，對本發明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發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，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，都屬於本發明保護的範圍。

參照圖1所示的高效絕緣柵雙極IGBT結構變頻器，包括用以接收外界輸入命令並實現故障保護監測以及控制變頻器輸出電壓與電流值的中央處理器1、用以手動向所述中央處理器1輸入指令的鍵盤模塊2、用以對所述中央處理器1設定固定邏輯功能的PLC模塊3、用以為所述中央處理器1提供電源的電源模塊4、用以接收所述中央處理器1的輸出信號顯示變頻器相關參數值的顯示模塊5、用以輸出控制後的電壓及電流的變頻器輸出電路6、用以接收所述中央處理器1的控制命令驅動所述變頻器輸出電路的驅動模塊7、用以濾除所述變頻器輸出電路輸出的電壓及電流所含雜波的濾波電路8、用以對變頻器輸出端電壓及電流值採樣的電流電壓採樣模塊9、以及具有過壓保護、過流保護、短路保護、以及欠載檢測保護功能響應的保護模塊10。

參照圖2所示的所述變頻器輸出電路6包括用以將輸入交流電整流成直流電的整流電路61，用以傳輸經整流後直流電的直流中間電路62，以及用以被所述驅動模塊7驅動並將直流電逆變為所需交流電輸出的逆變器63。

所述變頻器輸出電路的所述逆變器內含有高效絕緣柵雙極電晶體(IGBT)結構，並且所述IGBT結構內場氧化層上的部分局部柵極去除，用以降低IGBT功耗。

所述高效絕緣柵雙極電晶體(IGBT)結構內置的柵極為摻有雜質的多晶矽，用以增強導電性，提高所述高效絕緣柵雙極電晶體(IGBT)結構的性能。

參照圖3所示的所述保護模塊10包括用以檢測電機過壓故障並進行過壓保護的過壓保護模塊101、用以檢測電機過流故障並進行過流保護的過流保護模塊102、用以檢測電機運行過程中短路故障並進行短路保護的短路保護模塊103、以及用以檢測欠載運行並進行欠載保護的欠載檢測保護模塊104。

本發明的有益效果是：該電流矢量型高性能變頻器設計合理，不僅可以利用矢量控制技術實現對電機電壓、以及電流的控制，且集成了過壓保護、過流保護、短路保護、以及欠載檢測保護多種保護功能，同時高效的絕緣柵雙極電晶體(IGBT)結構可以降低損耗，進一步提高變頻器的性能，實現了變頻器控制電機運行在安全性、高性能、以及節能性方面的需求。

對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。