專利名稱：一種無(wú)變壓器的四象限高壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種四象限高壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，特別是一種無(wú)變壓器的四象限 高壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著電氣傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，尤其是變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，作為大容量傳動(dòng)的高壓 變頻調(diào)速技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用。高壓變頻器以其高效節(jié)能、高功率因數(shù)及高可靠性等 特點(diǎn)，結(jié)束了傳統(tǒng)方法造成的能源和人力浪費(fèi)，延長(zhǎng)了電機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵等使用壽命，改善了 生產(chǎn)工藝，提高了生產(chǎn)效率，在鋼鐵、石油、煤炭、自來水、電力等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。目前，高壓變頻器的市場(chǎng)迅速發(fā)展，競(jìng)爭(zhēng)更是十分激烈。在同等條件下，成本低、體 積小高壓變頻器無(wú)疑將擁有絕對(duì)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力優(yōu)勢(shì)，給企業(yè)帶來巨大的利益。目前的高壓變頻器，整體都是由控制柜、變壓器柜、功率柜組成。其中，變壓器柜在整個(gè)高壓變頻器系統(tǒng)里，占據(jù)了很大比重的成本及體積，并且容 量越大的高壓變頻器，其對(duì)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(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種無(wú)變壓器的四象限高壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)使四象限高壓變頻器無(wú)需變壓器即可實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速及四象限運(yùn)行電機(jī)的目的，大大減少 了高壓變頻器的體積，降低了成本。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種無(wú)變壓器的四象限高壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括高壓充電電路、電感、整流電 路、逆變電路，高壓電網(wǎng)直接經(jīng)過高壓充電電路、耦合或非耦合電感后進(jìn)入高壓變頻器整流 電路，整流電路是由多個(gè)整流單元組成的可控整流系統(tǒng)，經(jīng)整流后的直流電壓為逆變電路 供電，逆變輸出端接入耦合或非耦合電感；所述的整流電路及逆變電路由功率單元串聯(lián)組 成。所述的整流電路、逆變電路的功率單元為兩個(gè)IGBT開關(guān)器件組成的半橋結(jié)構(gòu)。所述的整流電路、逆變電路的功率單元為四個(gè)IGBT開關(guān)器件組成的H橋結(jié)構(gòu)。所述的整流電路與逆變電路采用的功率單元結(jié)構(gòu)相同，可相互替代。整流電路與逆變電路均為三相，每相由偶數(shù)η個(gè)功率單元串聯(lián)而成，分為上下兩 組，每組的功率單元個(gè)數(shù)為η/2個(gè)，整流電路每相的輸入端為兩組單元的中點(diǎn)處，且輸入端 與每組單元之間以耦合或非耦合電感連接；逆變電路每相的輸出端為兩組單元的中點(diǎn)處， 且輸出端與每組單元之間也以耦合或非耦合電感連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的新穎性和創(chuàng)造性體現(xiàn)在1)高壓變頻器沒有變壓器，省去了變壓器柜，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，省去了變壓器柜，高壓變頻器的體積至少減小一半，在
3現(xiàn)場(chǎng)的占地面積也因此至少減小一半；3)高壓變頻器沒有變壓器，省去了變壓器柜，高壓變頻器的重量至少減小一半，運(yùn)輸成本也相應(yīng)減?。?)高壓變頻器沒有變壓器，省去了變壓器柜，高壓變頻器的結(jié)構(gòu)相比簡(jiǎn)單很多，生 產(chǎn)周期至少減小一半，也有利于現(xiàn)場(chǎng)的安裝、調(diào)試和維護(hù)；5)高壓變頻器沒有變壓器，省去了變壓器柜，省去了在變壓器的能耗，也無(wú)需考慮 高壓變頻器在變壓器上的溫升效應(yīng)；6)高壓變頻器沒有變壓器，省去了變壓器柜，高壓變頻器具有絕對(duì)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力 優(yōu)勢(shì)。本實(shí)用新型所涉及的一種無(wú)變壓器的四象限高壓變頻器拓?fù)?，使四象限高壓變頻 器無(wú)需變壓器即可實(shí)現(xiàn)高壓變頻調(diào)速以及將能量回饋到電網(wǎng)，達(dá)到四象限運(yùn)行電機(jī)的目 的。使用此種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的四象限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(duì)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力優(yōu)勢(shì)。

圖1是半橋式功率單元組成的無(wú)變壓器的四象限高壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖2是H橋式功率單元組成的無(wú)變壓器的四象限高壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖3是半橋式功率單元內(nèi)電流流向圖；圖4是H橋式功率單元內(nèi)電流流向圖。
具體實(shí)施方式
見圖1、圖2，一種無(wú)變壓器的四象限高壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括高壓充電電路、電 感L、整流電路、逆變電路，高壓電網(wǎng)直接經(jīng)過高壓充電電路、耦合或非耦合電感Ll后進(jìn)入 高壓變頻器整流電路，整流電路是由多個(gè)整流單元組成的可控整流系統(tǒng)，經(jīng)整流后的直流 電壓為逆變電路供電，逆變輸出端接入耦合或非耦合電感L2 ；所述的整流電路及逆變電路 由功率單元串聯(lián)組成，高壓充電電路由充電電阻R與開關(guān)KM并聯(lián)組成。整流電路與逆變電路采用的功率單元相同，可相互替代；所述的功率單元為半橋 或H橋可控結(jié)構(gòu)。圖1的功率單元為半橋結(jié)構(gòu)，圖2的功率單元為H橋結(jié)構(gòu)。整流電路與逆變電路均為三相，每相由偶數(shù)η個(gè)功率單元串聯(lián)而成，分為上下兩 組，每組的功率單元個(gè)數(shù)為η/2個(gè)，整流電路每相的輸入端為兩組單元的中點(diǎn)處，且輸入端 與每組單元之間以耦合或非耦合電感Ll連接；逆變電路每相的輸出端為兩組單元的中點(diǎn) 處，且輸出端與每組單元之間也以耦合或非耦合電感L2連接。見圖3-1，電流經(jīng)IGBT2從A流向B，采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(jīng)續(xù)流二極管D2從B流向Α，采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(jīng)續(xù)流二極管D1，再通過直流側(cè)電容C，從A流向B，采用半橋式逆 變電路的功率單元輸出電平“ 1 ”。見圖3-4，電流經(jīng)IGBT1，再通過直流側(cè)電容C，從B流向Α，采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(jīng)IGBT2、直流側(cè)電容C、IGBT3,從B流向A，或電流經(jīng)續(xù)流二極管 D3、直流側(cè)電容C、續(xù)流二極管D2，從A流向B，此時(shí)采用H橋式逆變電路的功率單元輸出電 平 “1”。見圖4-2，電流經(jīng)續(xù)流二極管Dl、IGBT3，從B流向A，或電流經(jīng)續(xù)流二極管D3、 IGBT1，從A流向B，此時(shí)采用H橋式逆變電路的功率單元輸出電平“0”。見圖4-3，電流經(jīng)IGBT2、續(xù)流二極管D4，從B流向A，或電流經(jīng)IGBT4、續(xù)流二極管 D2，從A流向B，此時(shí)采用H橋式逆變電路的功率單元輸出電平“0”。見圖4-4，電流經(jīng)續(xù)流二極管D1、直流側(cè)電容C、續(xù)流二極管D4，從B流向A，或電流 經(jīng)IGBT4、直流側(cè)電容C、IGBT1，從A流向B，此時(shí)采用H橋式逆變電路的功率單元輸出電平 “-1”。高壓電網(wǎng)直接經(jīng)過高壓充電電路和耦合或非耦合電感進(jìn)入高壓變頻器整流電路； 由多個(gè)功率單元組成一個(gè)三相可控整流系統(tǒng)，恒定每個(gè)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(wěn)定平滑；每個(gè)功率單元逆變電路，采 用半橋式或H橋式均可滿足PWM波形生成的需求；整流電路和逆變電路所采用的功率單元 結(jié)構(gòu)完全一致，可相互調(diào)用。
權(quán)利要求一種無(wú)變壓器的四象限高壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于，包括高壓充電電路、電感、整流電路、逆變電路，高壓電網(wǎng)直接經(jīng)過高壓充電電路、耦合或非耦合電感后進(jìn)入高壓變頻器整流電路，整流電路是由多個(gè)整流單元組成的可控整流系統(tǒng)，經(jīng)整流后的直流電壓為逆變電路供電，逆變輸出端接入耦合或非耦合電感；所述的整流電路及逆變電路由功率單元串聯(lián)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)變壓器的四象限高壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述的整流電路、逆變電路的功率單元為兩個(gè)IGBT開關(guān)器件組成的半橋結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)變壓器的四象限高壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述的整流電路、逆變電路的功率單元為四個(gè)IGBT開關(guān)器件組成的H橋結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種無(wú)變壓器的四象限高壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述的整流電路與逆變電路采用的功率單元結(jié)構(gòu)相同，可相互替代。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種無(wú)變壓器的四象限高壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在 于，整流電路與逆變電路均為三相，每相由偶數(shù)η個(gè)功率單元串聯(lián)而成，分為上下兩組，每 組的功率單元個(gè)數(shù)為η/2個(gè)，整流電路每相的輸入端為兩組單元的中點(diǎn)處，且輸入端與每 組單元之間以耦合或非耦合電感連接；逆變電路每相的輸出端為兩組單元的中點(diǎn)處，且輸 出端與每組單元之間也以耦合或非耦合電感連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種無(wú)變壓器的四象限高壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括高壓充電電路、電感、整流電路、逆變電路，高壓電網(wǎng)直接經(jīng)過高壓充電電路、耦合或非耦合電感后進(jìn)入高壓變頻器整流電路，整流電路是由多個(gè)整流單元組成的可控整流系統(tǒng)，經(jīng)整流后的直流電壓為逆變電路供電，逆變輸出端接入耦合或非耦合電感；所述的整流電路及逆變電路由功率單元串聯(lián)組成。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使四象限高壓變頻器無(wú)需變壓器即可實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速及四象限運(yùn)行電機(jī)的目的，大大減少了高壓變頻器的體積，降低了成本。
文檔編號(hào)H02M5/458GK201774460SQ201020268028
公開日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者左強(qiáng), 張其生, 李曠, 王振, 趙淑玉 申請(qǐng)人:榮信電力電子股份有限公司