專(zhuān)利名稱(chēng)：一種簡(jiǎn)單的五電平變頻調(diào)速器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多電平高壓變頻調(diào)速器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種簡(jiǎn)單的五 電平變頻調(diào)速器裝置。(二) 背景技術(shù)隨著現(xiàn)代電力電子器件的發(fā)展，其電壓等級(jí)不斷提高，但是直接用高 電壓等級(jí)的功率器件做高壓變頻器還是存在很多的缺陷1、器件的耐壓等 級(jí)越高，其du/dt就越大，對(duì)電機(jī)的絕緣不利；2、器件受到耐壓材料的限 制，不可能無(wú)限制的提高。目前，高壓變頻調(diào)速器一般都采用輸入端加移 相變壓器的方法解決器件耐壓不足的問(wèn)題，但是，由于輸入端有移相變壓 器，使得整機(jī)損耗高體積龐大，不利于產(chǎn)品向小型化、低成本、高效率方 向發(fā)展。(三) 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是要提供一種簡(jiǎn)單的五電平變頻調(diào)速器裝置，利用 IGBT來(lái)實(shí)現(xiàn)的五電平電路拓?fù)涞母邏鹤冾l器，具有控制簡(jiǎn)單，安全可靠的 基于混合載波的五電平高壓變頻調(diào)速器。 本發(fā)明是通過(guò)以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明涉及一種簡(jiǎn)單的五電平變頻調(diào)速器裝置，是由高壓整流電路、 高壓電容濾波電路、強(qiáng)制均壓電路和高壓逆變電路依次連接組成，其特別 之處在于所述的逆變電路的主控器件采用IGBT、 IGCT或MOSFET，采 用二極管鉗位五電平結(jié)構(gòu)，三個(gè)橋臂相同的逆變器。重疊載波既可以有利 于均壓電路均壓，又有利于減少輔助變壓器的容量。本發(fā)明的五電平變頻調(diào)速器裝置，所述的整流電路是由電源變壓器和 二極管整流電路組成；變壓器具有4個(gè)副邊繞組，對(duì)于同一器件組成的五 電平，各副邊繞組均為原邊的1/4;其中兩組為星形接法；兩組為三角形接 法，四組三相橋式整流提供四個(gè)合適的電壓，作為逆變器的供電電源及鉗 位電源。本發(fā)明的五電平變頻調(diào)速器裝置,所述的整流電路為PWM整流電路，采用二極管鉗位五電平結(jié)構(gòu)，三個(gè)橋臂相同的整流電路。本發(fā)明的五電平變頻調(diào)速器裝置，所述的PWM整流電路載波中間的兩個(gè)載波頻率比兩邊的頻率高，這樣的目的是獲得更高的波形分辨率。本發(fā)明的五電平變頻調(diào)速器裝置，所述的整流電路的輔助電源由一輔助變壓器提供，輔助變壓器的兩個(gè)副邊繞組分別為角接或星接，輔助電源的大小均為主電源電壓的1/4。在需要實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行時(shí)，整流電路的形式與逆變器電路結(jié)構(gòu)完全相同。若不需要實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行時(shí)，其中一半整流功率開(kāi)關(guān)可以用二極管代替。為得到各鉗位電位均衡，設(shè)置強(qiáng)制均壓電路。本發(fā)明逆變器結(jié)構(gòu)電路的優(yōu)點(diǎn)在于高壓逆變電路采用IGBT組成，采用二極管鉗位五電平結(jié)構(gòu)，三個(gè)橋臂相同的逆變器。其中一個(gè)橋臂的電路如圖6所示。逆變器載波波形圖如圖7所示。圖7所示的載波既可以有利 于均壓電路均壓，又有利于減少輔助變壓器的容量。本發(fā)明的五電平變頻調(diào)速器裝置，其整機(jī)優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)逆變器采用同 一種可控器件組成五電平時(shí)，其輸入電源的整流方式靈活，也可用電源變 壓器和不控二極管整流電路組成普通的整流方式；也可去掉電源變壓器， 采用PWM整流，二極管鉗位五電平結(jié)構(gòu)；整流電路的形式與逆變器電路 結(jié)構(gòu)完全相同時(shí)可實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。強(qiáng)制均壓電路和輔助電源簡(jiǎn)化強(qiáng)制均 壓電路的設(shè)置，得到了各鉗位電位均衡。整機(jī)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，器件的利用 率高，不需特殊的生產(chǎn)工藝就能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的穩(wěn)定性和高可靠性。

圖1是本發(fā)明的五電平變頻器的結(jié)構(gòu)框中1、整流電路2、濾波電路3、均壓電路4、逆變電路。圖2是本發(fā)明的帶輸入變壓器的整流電路圖。圖3是本發(fā)明的PWM整流電路單相電路圖。圖4是本發(fā)明的強(qiáng)制均壓電路圖。圖5是本發(fā)明的簡(jiǎn)化均壓電路圖。圖6是本發(fā)明的逆變電路中的一個(gè)橋臂電路圖。圖7是本發(fā)明的載波波形圖。圖8是本發(fā)明的PWM整流器載波波形圖。上述附圖中，逆變電路等各由相同的三部分組成，附圖「-l'只畫(huà)出各相 同部分中的一相電路，以說(shuō)明各相同部分的電路原理。五具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作具體說(shuō)明。如圖1所示，三相高壓6KV—10KV交流電直接送入整流單元1進(jìn)行 整流，通過(guò)電容電路2和強(qiáng)制均壓電路3，然后送入高壓逆變單元電路4， 高壓逆變單元電路4直接輸出三相高壓6KV—10KV交流電。如圖2所示，高壓變頻器帶輸入變壓器的整流電路結(jié)構(gòu)為電源變壓 器的四個(gè)副邊繞組T2、 T3、 T4、 T5的接法為，T2、 T5為三角形接法，T3、 T4為星形接法。T2組的三相整流濾波器件由二極管VI、 V2、 V3、 V4、 V5、 V6接成三相橋式不控整流，電容C1進(jìn)行濾波。其他T3、 T4、 T5三 組與T2結(jié)構(gòu)相同，四組以串聯(lián)的形式接于正負(fù)電源母線之間，并以A、 B、 C點(diǎn)為電壓輸出端。如圖3所示，高壓變頻器PWM整流單元的單相電路結(jié)構(gòu)為整流器件 在正負(fù)母線之間以串聯(lián)的形式連接，以點(diǎn)R為中心分為上下橋臂。其中， VI、 V2、 V14、 V16為快恢復(fù)二極管；Sl、 S2、 S3、 S4為可控器件IGBT; 鉗位二極管的接法為快恢復(fù)二極管V3、 V4、 V6、 V9串聯(lián)后，其負(fù)端接 于V1、 V2之間，其正端接于S3的發(fā)射極與S4的集電極之間，V3、 V4之 間為鉗位點(diǎn)A;快恢復(fù)二極管V5、 V7、 VIO、 V12串聯(lián)后，其負(fù)端接于V2 負(fù)極與Sl集電極之間，其正端接于S4發(fā)射極與V14負(fù)極之間，V7、 V10 之間為鉗位點(diǎn)B;快恢復(fù)二極管V8、 Vll、 V13、 V15串聯(lián)后，其負(fù)端接于 Sl發(fā)射極與S2的集電極之間，其正端接于V14、 V16之間，V13、 V15之 間為鉗位點(diǎn)C。如圖4所示，電容強(qiáng)制均壓電路結(jié)構(gòu)為濾波電容Cl、 C2、 C3、 C4以及可控器件S1、 S2、 S3、 S4都以串聯(lián)的形式接于正、負(fù)母線之間。 其中，可控器件S1的發(fā)射極與S2的集電極之間通過(guò)接一濾波電感L1與電 容C1、 C2之間相接，鉗位點(diǎn)A與整流電路鉗位點(diǎn)A相接?？煽仄骷2的發(fā)射極與S3的集電極之間與濾波電感L2的一端及電容C2、 C3之間B 點(diǎn)相接，鉗位點(diǎn)B與整流電路鉗位點(diǎn)B相接。可控器件S2的發(fā)射極與S3 的集電極之間通過(guò)接一濾波電感L2與電容C2、 C3之間相接，鉗位點(diǎn)B與 整流電路鉗位點(diǎn)B相接。可控器件S3的發(fā)射極與S4的集電極之間通過(guò)接 一濾波電感L3與電容C3、 C4之間相接，鉗位點(diǎn)C與整流電路鉗位點(diǎn)C相 接。可控器件S5的發(fā)射極與S6的集電極之間通過(guò)接一濾波電感L2與可控 器件S2的發(fā)射極與S3的集電極之間及B點(diǎn)相接。S5的集電極接于A點(diǎn)， S6的發(fā)射極接于C點(diǎn)。如圖5所示，高壓變頻器簡(jiǎn)化均壓電路的結(jié)構(gòu)為輔助電源變壓器的 兩個(gè)副邊繞組T02、 T03的接法為，T02為三角形接法，T03為星形接法。 T02組的三相整流濾波器件由二極管V1、 V2、 V3、 V4、 V5、 V6接成三相 橋式整流，T03組的三相整流濾波器件由二極管V7、 V8、 V9、 VIO、 Vll、 V12接成三相橋式整流，同時(shí)電容C1、 C2、 C3、 C4以串聯(lián)的形式接于正 負(fù)母線之間，組成濾波電路。兩組整流電壓以串聯(lián)的形式連接后，其A、 B、 C點(diǎn)分別連接于A點(diǎn)接于C1、 C2之間；B點(diǎn)接于C2、 C3之間；C點(diǎn)接 于C3、 C4之間。可控器件Sl集電極接于正母線P+，發(fā)射極通過(guò)一電感 L1接于A點(diǎn)，可控器件S2集電極通過(guò)一電感L2接于C點(diǎn)，發(fā)射極接于 負(fù)母線P-。如圖6所示，可控器件逆變單元的單相電路結(jié)構(gòu)為可控器件在正負(fù) 母線之間以串聯(lián)的形式連接，以點(diǎn)U為中心分為上下橋臂。其中，S15、 S16、 S17、 S18、 S19、 S20、 S21、 S22為可控器件IGBT;鉗位二極管的接法為 快恢復(fù)二極管V17、 V19、 V22、 V25串聯(lián)后，其負(fù)端接于S15的發(fā)射極與 S16集電極之間，其正端接于S19的發(fā)射極與S20的集電極之間，V17、 V19 之間為鉗位點(diǎn)A，并與其余兩橋臂的同一點(diǎn)及整流橋、強(qiáng)制均壓電路中的 鉗位點(diǎn)A連接在一起；快恢復(fù)二極管V18、 V21、 V24、 V27串聯(lián)后，其負(fù) 端接于S16的發(fā)射極與S17的集電極之間，其正端接于S20的發(fā)射極與S21 的集電極之間，V21、 V24之間為鉗位點(diǎn)B，并與其余兩橋臂的同一點(diǎn)及整 流橋、強(qiáng)制均壓電路中的鉗位點(diǎn)B連接在一起；快恢復(fù)二極管V20、 V23、 V26、 V28聯(lián)后，其負(fù)端接于S17的發(fā)射極與S18的集電極之間，其正端接 于S21的發(fā)射極與S22的集電極之間，V26、 V28之間為鉗位點(diǎn)C。并與其余兩橋臂的同一點(diǎn)及整流橋、強(qiáng)制均壓電路中的鉗位點(diǎn)C連接。本發(fā)明逆變器結(jié)構(gòu)電路的優(yōu)點(diǎn)在于高壓逆變電路采用IGBT組成，采 用二極管鉗位五電平結(jié)構(gòu)，三個(gè)橋臂相同的逆變器。其中一個(gè)橋臂的電路如圖6所示。逆變器載波波形圖如圖7所示。圖7所示的載波既可以有利于均壓電路均壓，又有利于減少輔助變壓器的容量。本發(fā)明整流電路的優(yōu)點(diǎn)在于變頻器的高壓整流電路，可以采用下列結(jié)構(gòu)形式中的任一種來(lái)實(shí)現(xiàn)其AC/DC功能(1)高壓變頻器輸入端通過(guò)三相電源變壓器，變壓器具有4個(gè)三相副邊繞組，其中兩組為星形接法，兩組為三角形接法，四組三相橋式二極 管不控整流提供四個(gè)相等的電壓，作為逆變器的供電電源及鉗位電源，如圖2所示。(2) 變頻器的前端為PWM整流電路，采用二極管鉗位五電平結(jié)構(gòu)， 三個(gè)橋臂相同的整流電路，其中一個(gè)橋臂的電路如圖3所示。PWM整流器 載波波形圖如圖8所示。中間的兩個(gè)載波頻率比兩邊的頻率高，這樣的目 的是獲得更高的波形分辨率。在需要實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行時(shí)，整流電路的形式與逆變器電路結(jié)構(gòu)完全相 同。若不需要實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行時(shí)，其中一半整流功率開(kāi)關(guān)可以用二極管代 替。為得到各鉗位電位均衡，設(shè)置強(qiáng)制均壓電路，強(qiáng)制均壓電路如圖4所 7K。(3)變頻器的前端為PWM整流電路，同時(shí)設(shè)置一對(duì)輔助電源，簡(jiǎn)化 強(qiáng)制均壓電路，簡(jiǎn)化強(qiáng)制均壓電路如圖5所示。輔助電源由一輔助變壓器提供，輔助變壓器的兩個(gè)副邊繞組分別為角 接或星接。 一對(duì)輔助電源的大小均為主電源電壓的1/4。
權(quán)利要求
1、一種簡(jiǎn)單的五電平變頻調(diào)速器裝置，是由高壓整流電路(1)、高壓電容濾波電路(2)、強(qiáng)制均壓電路(3)和高壓逆變電路(4)依次連接組成，其特征在于所述的逆變電路(4)的主控器件采用IGBT、IGCT或MOSFET，采用二極管鉗位五電平結(jié)構(gòu)，三個(gè)橋臂相同的逆變器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的五電平變頻調(diào)速器裝置，其特征在于所述 的整流電路是由電源變壓器和二極管整流電路組成；變壓器具有4個(gè)副邊 繞組，對(duì)于同一器件組成的五電平，各副邊繞組均為原邊的1/4;其中兩組 為星形接法；兩組為三角形接法，四組三相橋式整流提供四個(gè)合適的電壓， 作為逆變器的供電電源及鉗位電源。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的五電平變頻調(diào)速器裝置，其特征在于所述 的整流電路(2)為PWM整流電路，采用二極管鉗位五電平結(jié)構(gòu)，三個(gè)橋臂相同的整流電路。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的五電平變頻調(diào)速器裝置，其特征在于所述 的PWM整流電路載波中間的兩個(gè)載波頻率比兩邊的頻率高。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的五電平變頻調(diào)速器裝置，其特征在于所述 的整流電路(1)的輔助電源由一輔助變壓器提供，輔助變壓器的兩個(gè)副邊 繞組分別為角接或星接，輔助電源的大小均為主電源電壓的1/4。
全文摘要
本發(fā)明涉及多電平高壓變頻調(diào)速器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種簡(jiǎn)單的五電平變頻調(diào)速器裝置。該裝置是由高壓整流電路、高壓電容濾波電路、強(qiáng)制均壓電路和高壓逆變電路依次連接組成，所述的逆變電路的主控器件采用IGBT、IGCT或MOSFET，采用二極管鉗位五電平結(jié)構(gòu)，三個(gè)橋臂相同的逆變器。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為整流電路的形式與逆變器電路結(jié)構(gòu)完全相同時(shí)可實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。強(qiáng)制均壓電路和輔助電源簡(jiǎn)化強(qiáng)制均壓電路的設(shè)置，得到了各鉗位電位均衡。整機(jī)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，器件的利用率高，不需特殊的生產(chǎn)工藝就能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的穩(wěn)定性和高可靠性。
文檔編號(hào)H02M7/483GK101227155SQ20071011483
公開(kāi)日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2007年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月29日
發(fā)明者何洪臣, 李瑞來(lái), 胡順全 申請(qǐng)人:山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司