專利名稱：功率單元及變頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實(shí)施例涉及電力電子技術(shù)，尤其涉及一種功率單元及變頻器。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，作為21世紀(jì)電力電子技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，中高壓變頻器在很多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，尤其國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程的啟動(dòng)帶了很多機(jī)會(huì)。其中功率單元串聯(lián)型中高壓變頻器已經(jīng)成為中高壓變頻器領(lǐng)域的一類重要產(chǎn)品，該結(jié)構(gòu)的變頻器采用若干個(gè)獨(dú)立的變頻功率單元串聯(lián)的方式，以實(shí)現(xiàn)多電平高壓輸出，改善輸出電壓波形。目前廣泛使用的功率單元串聯(lián)型多電平中高壓變頻器的結(jié)構(gòu)組成包括帶有多個(gè)副邊繞組的隔離移相變壓器、多個(gè)功率單元、控制系統(tǒng)構(gòu)成，其中多個(gè)功率單元串聯(lián)組成頻率可調(diào)的高壓交流電源。圖I為功率單元的電路示意圖。如圖I所示，功率單元是由二極管 整流橋、并聯(lián)在直流母線上的大容量?jī)?chǔ)能電容C、并聯(lián)在這些電容C上的均壓電阻R和H橋逆變器組成，其中，二極管整流橋由整流二極管T1-T6組成，H橋逆變器由絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,簡(jiǎn)稱 IGBT)Q1_Q4 組成。由于二極管不可控，二極管整流橋能量傳送不可逆，當(dāng)電機(jī)減速、制動(dòng)或帶位能性負(fù)載重物下放時(shí)，電機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)，產(chǎn)生的電能傳送到直流側(cè)濾波電容上，會(huì)產(chǎn)生泵生電壓，若產(chǎn)生的泵生電壓得不到及時(shí)釋放，會(huì)引起變頻器過(guò)壓保護(hù)或損壞功率器件，因此，通常這種變頻器不能直接用于需要快速起、制動(dòng)和頻繁正、反轉(zhuǎn)的調(diào)速系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)能量回饋，通常用IGBT替代所有整流二極管構(gòu)成脈沖寬度調(diào)制(PulseWidth Modulation，簡(jiǎn)稱PWM)整流電路，來(lái)實(shí)現(xiàn)能量回饋，但這樣卻增加了功率器件，提高了成本，并且采用IGBT實(shí)現(xiàn)整流使整流的軟件控制難度大大增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種功率單元及變頻器，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中能量回饋導(dǎo)致的增加成本和整流的軟件控制難度的問(wèn)題。本發(fā)明的第一個(gè)方面是提供一種功率單元，包括整流部分，并聯(lián)在直流母線上的儲(chǔ)能電容，以及由四個(gè)絕緣柵雙極型晶體管IGBT組成的H橋逆變器；所述整流部分由兩個(gè)整流二極管和另四個(gè)IGBT組成，所述兩個(gè)整流二極管連接移相變壓器的一個(gè)副邊繞組的一相輸出端，所述另四個(gè)IGBT分別連接所述副邊繞組的另兩相輸出端；或，所述整流部分由四個(gè)整流二極管和另兩個(gè)IGBT組成，所述另兩個(gè)IGBT連接移相變壓器的一個(gè)副邊繞組的一相輸出端，所述四個(gè)整流二極管分別連接所述副邊繞組的另兩相輸出端。本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供一種變頻器，包括移相變壓器，所述移相變壓器包括一個(gè)原邊繞組和3X個(gè)副邊繞組，所述原邊繞組連接電網(wǎng)，X為不小于2的自然數(shù)；
三路級(jí)聯(lián)的功率單元，每一路級(jí)聯(lián)的功率單元均包括輸出級(jí)聯(lián)的X個(gè)功率單元，各功率單元的輸入端分別連接到一個(gè)副邊繞組，且每一路級(jí)聯(lián)的功率單元的輸出端各連接電機(jī)的一相輸入端；控制系統(tǒng)，與各功率單兀連接，用于控制各功率單兀的輸出電壓和輸出頻率；其中，各功率單元均為如上所述的功率單元，所述控制系統(tǒng)還連接各功率單元的整流部分中的絕緣柵雙極型晶體管IGBT，所述控制系統(tǒng)還用于控制各功率單元的整流部分中IGBT開(kāi)通、關(guān)斷，以在所述電機(jī)產(chǎn)生電能時(shí)將電能回饋電網(wǎng)。上述多個(gè)技術(shù)方案中的一個(gè)技術(shù)方案至少具有如下有益效果或優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)在功率單元的整流部分中用兩個(gè)或四個(gè)IGBT代替相應(yīng)個(gè)數(shù)的整流二極管，當(dāng)電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，由整流部分中整流二極管和IGBT中內(nèi)置的續(xù)流二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)不控整流，不會(huì)增加整流的軟件控制難度，當(dāng)電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，能夠通過(guò)控制 整流部分中IGBT的開(kāi)通、關(guān)斷使整流部分中的IGBT處于逆變工作狀態(tài)，從而將電機(jī)產(chǎn)生的電能回饋到電網(wǎng)中。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為功率單元的電路示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種功率單元的電路示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的又一種功率單元的電路示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種變頻器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種功率單元的電路示意圖。如圖2所示，功率單元包括整流部分21，并聯(lián)在直流母線上的儲(chǔ)能電容22，以及由四個(gè)IGBT Q1、Q2、Q3、Q4組成的H橋逆變器23 ；整流部分21由兩個(gè)整流二極管Tl、T2和另四個(gè)IGBT T3、T4、T5、T6組成，兩個(gè)整流二極管T1、T2連接移相變壓器的一個(gè)副邊繞組的一相輸出端，所述另四個(gè)I GBT T3、T4、T5、T6分別連接所述副邊繞組的另兩相輸出端。具體地，整流二極管Tl、T2可以連接移相變壓器一個(gè)副邊繞組的R相輸出端，也可以連接S相輸出端或T相輸出端。若整流二極管Tl、T2連接一個(gè)副邊繞組的R相輸出端，則IGBT T3、T4連接該副邊繞組的S相輸出端，IGBTT5、T6連接該副邊繞組的T相輸出端；若整流二極管T1、T2連接一個(gè)副邊繞組的S相輸出端，則IGBT T3、T4連接該副邊繞組的R相輸出端，IGBT T5、T6連接該副邊繞組的R相輸出端；若整流二極管Tl、T2連接一個(gè)副邊繞組的T相輸出端，則IGBT T3、T4連接該副邊繞組的S相輸出端，IGBT T5、T6連接該副邊繞組的R相輸出端。由于可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)控制IGBT的開(kāi)通或關(guān)斷，因?yàn)?，在電機(jī)產(chǎn)生電能時(shí)，如電機(jī)處于制動(dòng)等發(fā)電狀態(tài)時(shí)，通過(guò)控制整流部分21中IGBT T3、T4、T5、T6的開(kāi)通或關(guān)斷，比如控制IGBT T3、T4、T5、T6處于高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，可以使整流部分中的IGBT處于逆變工作狀態(tài)，從而可以將電能從功率單元的輸出端回饋到功率單元的輸入端，如電網(wǎng)中。儲(chǔ)能電容22用于儲(chǔ)存母線的電能，通常選用大容量的電容，具體地可以是電解電容、薄膜電容等。當(dāng)選用薄膜電容時(shí)，由于薄膜電容耐壓高，可以不用串聯(lián)。當(dāng)選用電解電容時(shí)，由于電解電容耐壓低，可以選用多個(gè)電容值相同的電解電容221互相串聯(lián)；為了進(jìn)一 步地增大電容的容值，還可以為每個(gè)電解電容221再并聯(lián)一個(gè)電容值相同的電解電容。進(jìn)一步地，考慮到電解電容的電容值誤差較大，為了防止某個(gè)電容上的電壓過(guò)高而被擊穿，功率單元還包括與各電解電容221分別并聯(lián)的多個(gè)均壓電阻24。進(jìn)一步地，為了降低H橋逆變器23中IGBT關(guān)斷時(shí)的關(guān)斷過(guò)電壓，所述功率單元還包括并聯(lián)在直流母線上的無(wú)感吸收電容25，無(wú)感吸收電容25用于吸收H橋逆變器23中的雜散電感。通常，無(wú)感吸收電容25設(shè)置在靠近H橋逆變器23的位置，且選用電容值較小的薄膜電容。進(jìn)一步地，為了在過(guò)流或短路時(shí)保護(hù)整流部分21中的整流二極管和IGBT，還可以在所述副邊繞組的各相輸出端分別串聯(lián)熔斷器。舉例來(lái)說(shuō)，在R、T相輸出端分別串聯(lián)熔斷器 F1、F2。本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)在功率單元的整流部分中用四個(gè)IGBT代替相應(yīng)個(gè)數(shù)的整流二極管，當(dāng)電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，由整流部分中整流二極管和IGBT中內(nèi)置的續(xù)流二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)不控整流，不會(huì)增加整流的軟件控制難度，當(dāng)電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，能夠通過(guò)控制整流部分中IGBT的開(kāi)通、關(guān)斷使整流部分的IGBT處于逆變工作狀態(tài)，從而將電機(jī)產(chǎn)生的電能回饋到電網(wǎng)中。圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的又一種功率單元的電路示意圖。如圖3所示，功率單元包括整流部分31，并聯(lián)在直流母線上的儲(chǔ)能電容32，以及由四個(gè)IGBT Q1、Q2、Q3、Q4組成的H橋逆變器33 ；整流部分31由四個(gè)整流二極管G1、G2、G3、G4和兩個(gè)IGBT G5、G6組成，兩個(gè)IGBTG5、G6連接移相變壓器的一個(gè)副邊繞組的一相輸出端，四個(gè)整流二極管Gl、G2、G3、G4分別連接所述副邊繞組的另兩相輸出端。具體地，IGBT G5、G6可以連接移相變壓器一個(gè)副邊繞組的R相輸出端，也可以連接S相輸出端或T相輸出端。若IGBT G5、G6連接一個(gè)副邊繞組的R相輸出端，則整流二極管G1、G2連接該副邊繞組的S相輸出端，整流二極管G3、G4連接該副邊繞組的T相輸出端；若IGBT G5、G6連接一個(gè)副邊繞組的S相輸出端，則整流二極管G1、G2連接該副邊繞組的R相輸出端，整流二極管G3、G4連接該副邊繞組的R相輸出端；若IGBT G5、G6連接一個(gè)副邊繞組的T相輸出端，則整流二極管G1、G2連接該副邊繞組的S相輸出端，整流二極管G3、G4連接該副邊繞組的R相輸出端。由于可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)控制IGBT的開(kāi)通或關(guān)斷，因?yàn)椋陔姍C(jī)產(chǎn)生電能時(shí)，如電機(jī)處于制動(dòng)等發(fā)電狀態(tài)時(shí)，通過(guò)控制整流部分22中IGBT G5、G6的開(kāi)通或關(guān)斷，比如控制IGBT T3、T4、T5、T6處于高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，可以使整流部分中的IGBT處于逆變工作狀態(tài)，從而可以將電能從功率單元的輸出端回饋到功率單元的輸入端，如電網(wǎng)中。儲(chǔ)能電容32用于儲(chǔ)存母線的電能，通常選用大容量的電容，具體地可以是電解電容、薄膜電容等。當(dāng)選用薄膜電容時(shí)，由于薄膜電容耐壓高，可以僅選用一個(gè)薄膜電容。當(dāng)選用電解電容時(shí)，由于電解電容耐壓低，可以選用多個(gè)電容值相同的電解電容321互相串聯(lián)；為了進(jìn)一步地增大電容的容值，還可以為每個(gè)電解電容321再并聯(lián)一個(gè)電容值相同的電解電容。進(jìn)一步地，考慮到電解電容的電容值誤差較大，為了防止某個(gè)電容上的電壓過(guò)高而被擊穿，功率單元還包括與各電解電容321分別并聯(lián)的多個(gè)均壓電阻34。進(jìn)一步地，為了降低H橋逆變器33中IGBT關(guān)斷時(shí)的關(guān)斷過(guò)電壓，所述功率單元還包括并聯(lián)在直流母線上的無(wú)感吸收電容35，無(wú)感吸收電容35用于吸收H橋逆變器33中 的雜散電感。通常，無(wú)感吸收電容35設(shè)置在靠近H橋逆變器33的位置，且選用電容值較小的薄膜電容。進(jìn)一步地，為了在過(guò)流或短路時(shí)保護(hù)整流部分21中的整流二極管和IGBT，還可以在所述副邊繞組的各相輸出端分別串聯(lián)熔斷器。舉例來(lái)說(shuō)，在副邊繞組的兩相輸出端分別串聯(lián)熔斷器F1、F2。本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)在功率單元的整流部分中用兩個(gè)IGBT代替相應(yīng)個(gè)數(shù)的整流二極管，當(dāng)電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，由整流部分中整流二極管和IGBT中內(nèi)置的續(xù)流二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)不控整流，不會(huì)增加整流的軟件控制難度，當(dāng)電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，能夠通過(guò)控制整流部分中IGBT的開(kāi)通、關(guān)斷使整流部分中的IGBT處于逆變工作狀態(tài)，從而將電機(jī)產(chǎn)生的電能回饋到電網(wǎng)中。圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種變頻器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，變頻器400包括移相變壓器41，移相變壓器41包括一個(gè)原邊繞組411和3X個(gè)副邊繞組412，所述原邊繞組連接電網(wǎng)，X為不小于2的自然數(shù)；三路級(jí)聯(lián)的功率單元42，每一路級(jí)聯(lián)的功率單元均包括輸出級(jí)聯(lián)的X個(gè)功率單元421、422、…、42X，各功率單元的輸入端分別連接到一個(gè)副邊繞組412，且每一路級(jí)聯(lián)的功率單兀的輸出端各連接電機(jī)的一相輸入端；控制系統(tǒng)43，與各功率單兀分別連接，用于控制各功率單兀的輸出電壓和輸出頻率；其中，各功率單元421、422、…、42X為如上所述的本發(fā)明實(shí)施例提供的功率單元，控制系統(tǒng)43還連接功率單元421、422、…、42X的整流部分中的IGBT，控制系統(tǒng)43還用于控制各功率單元421、422、…、42X的整流部分中功率器件開(kāi)通、關(guān)斷，以在所述電機(jī)產(chǎn)生電能時(shí)將電能回饋電網(wǎng)。具體地，每一路級(jí)聯(lián)的功率單元中，各功率單元的輸出串聯(lián)，即，每一路級(jí)聯(lián)的功率單兀的輸出電壓為該路中各功率單兀的輸出電壓之和。為了控制各功率單兀的輸出電壓和輸出頻率，控制系統(tǒng)具體地連接各功率單元的H橋逆變器中各IGBT的驅(qū)動(dòng)端。為了控制各功率單元的整流部分中功率器件開(kāi)通、關(guān)斷，控制系統(tǒng)具體地還連接到各功率單元的整流部分中各IGBT的驅(qū)動(dòng)端。通常，當(dāng)控制系統(tǒng)不給IGBT輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)或是輸出幅值為負(fù)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，IGBT關(guān)斷，當(dāng)控制系統(tǒng)給IGBT輸出幅值為正的驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，IGBT開(kāi)通。在本發(fā)明的一個(gè)可選的實(shí)施例中，控制系統(tǒng)43對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制可以是閉環(huán)的，也就是通過(guò)采集電機(jī)的轉(zhuǎn)速，判斷每一路級(jí)聯(lián)的功率單元的輸出電壓和輸出頻率是否滿足要求，來(lái)調(diào)整對(duì)各功率單元的H橋逆變器中IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而控制控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。具體地，控制系統(tǒng)43具體包括電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊，與所述電機(jī)連接，用于檢測(cè)所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速；母線電壓檢測(cè)模塊，與三路級(jí)聯(lián)的功率單元42分別連接，用于檢測(cè)直流母線電壓；第一控制模塊，與所述電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊、各功率單元的H橋逆變器中IGBT連接，用于根據(jù)所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速，得到各功率單元的H橋逆變器中IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并輸出，以控 制各功率單兀的輸出電壓和輸出頻率；第二控制模塊，與所述母線電壓檢測(cè)模塊、各功率單元的整流部分中IGBT連接，用于當(dāng)所述直流母線電壓超過(guò)預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，得到各功率單元的整流部分中IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并輸出，以控制各功率單元的整流部分中的IGBT處于逆變工作狀態(tài)。具體地，通過(guò)將直流母線電壓與預(yù)設(shè)的閾值比較，來(lái)判斷電機(jī)是否處于制動(dòng)等發(fā)電狀態(tài)。直流母線電壓可以通過(guò)電壓傳感器來(lái)檢測(cè)，也可以通過(guò)在正負(fù)母線上串聯(lián)多個(gè)電阻分壓的方式來(lái)檢測(cè)。需要說(shuō)明的是，當(dāng)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，還需控制功率單元的H橋逆變器中的IGBT關(guān)斷，以使H橋逆變器中IGBT內(nèi)置的續(xù)流二極管進(jìn)行整流，并將整流后的電能反饋到整流部分。具體地，所述第二控制模塊還與所述第一控制模塊連接，所述第二控制模塊還用于當(dāng)所述母線電壓超過(guò)預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，控制所述第一控制模塊關(guān)斷各功率單元的H橋逆變器中IGBT。在本發(fā)明的又一可選的實(shí)施例中，基于每一路級(jí)聯(lián)的功率單元，檢測(cè)直流母線電壓。具體地，所述閾值為級(jí)聯(lián)閾值，所述母線電壓為級(jí)聯(lián)直流母線電壓；所述母線電壓檢測(cè)模塊具體包括三個(gè)級(jí)聯(lián)母線電壓檢測(cè)單元，各級(jí)聯(lián)母線電壓檢測(cè)單元分別與一路級(jí)聯(lián)的功率單元連接，用于檢測(cè)所述一路級(jí)聯(lián)的功率單元的級(jí)聯(lián)直流母線電壓；所述第二控制模塊與所述三個(gè)母線電壓檢測(cè)單元分別連接，具體用于當(dāng)所述三路級(jí)聯(lián)的功率單元各自的級(jí)聯(lián)直流母線電壓中超過(guò)第一設(shè)定個(gè)數(shù)的級(jí)聯(lián)直流母線電壓超過(guò)預(yù)設(shè)的級(jí)聯(lián)閾值時(shí)，得到各功率單元的整流部分中IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并輸出，以控制各功率單元的整流部分中的IGBT處于逆變工作狀態(tài)。具體地，級(jí)聯(lián)直流母線電壓為一路級(jí)聯(lián)的功率單元的總直流母線電壓。舉例來(lái)說(shuō)，第一設(shè)定個(gè)數(shù)為1，當(dāng)有兩路或三路級(jí)聯(lián)的功率單元的級(jí)聯(lián)直流母線電壓均超過(guò)預(yù)設(shè)的級(jí)聯(lián)閾值時(shí)，控制所有功率單元的整流部分中的IGBT均處于逆變工作狀態(tài)。在本發(fā)明的又一可選的實(shí)施例中，基于每個(gè)功率單元，檢測(cè)直流母線電壓。具體地，所述閾值為單元閾值，所述母線電壓為單元直流母線電壓；所述母線電壓檢測(cè)模塊具體包括
3X個(gè)單元母線電壓檢測(cè)單元，各單元母線電壓檢測(cè)單元分別與一個(gè)功率單元連接，用于檢測(cè)所述功率單元的單元直流母線電壓；所述第二控制模塊與所述3X個(gè)單母線電壓檢測(cè)單元分別連接，具體用于當(dāng)3X個(gè)功率單元各自的單元直流母線電壓中超過(guò)第二設(shè)定個(gè)數(shù)的單元直流母線電壓超過(guò)預(yù)設(shè)的單元閾值時(shí)，得到各功率單元的整流部分中IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并輸出，以控制各功率單元的整流部分中的IGBT處于逆變工作狀態(tài)。具體地，單元直流母線電壓為單個(gè)功率單元的直流母線電壓。舉例來(lái)說(shuō)，X為5，第二設(shè)定個(gè)數(shù)為10，當(dāng)15個(gè)功率單元中有超過(guò)10個(gè)功率單元的單元直流母線電壓均超過(guò)預(yù)設(shè)的單元閾值時(shí)，控制所有15個(gè)功率單元的整流部分中的IGBT均處于逆變工作狀態(tài)。 單元閾值可根據(jù)具體使用時(shí)的母線電壓設(shè)定，舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)功率單元的三相輸入電壓為690伏特(V)時(shí)，可以設(shè)定單元閾值為1170V。在本發(fā)明實(shí)施例中，當(dāng)電機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)，功率單元的整流部分中的各IGBT關(guān)斷，電網(wǎng)輸入的交流電經(jīng)移相變壓器降壓、移相后，通過(guò)功率單元中的整流部分后變成直流電，然后通過(guò)儲(chǔ)能電容濾波儲(chǔ)能，再通過(guò)控制系統(tǒng)控制的H橋逆變器中四個(gè)I GBT開(kāi)通、關(guān)斷，處于高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，使直流電重新變?yōu)樗桦妷?、頻率的交流電源。三路級(jí)聯(lián)的功率單元的輸出電壓經(jīng)各路串聯(lián)疊加后形成三相正弦波，給電機(jī)供電，電機(jī)運(yùn)行在第一、第三象限，變頻器功率單元整流部分工作在整流狀態(tài)。當(dāng)電機(jī)工作在制動(dòng)等產(chǎn)生電能的狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)生的電能通過(guò)H橋逆變器回饋到直流母線，若直流母線電壓超過(guò)設(shè)定的閾值，通過(guò)控制功率單元中整流部分的IGBT的開(kāi)通、關(guān)斷，處于高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，使功率單元的整流部分中的IGBT處于逆變工作狀態(tài)，將電能回饋到電網(wǎng)中。本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)在功率單元的整流部分中用兩個(gè)或四個(gè)IGBT代替相應(yīng)個(gè)數(shù)的整流二極管，當(dāng)電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，由整流部分中整流二極管和IGBT中內(nèi)置的續(xù)流二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)不控整流，不會(huì)增加整流的軟件控制難度，當(dāng)電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，能夠通過(guò)控制整流部分中IGBT的開(kāi)通、關(guān)斷使整流部分中的IGBT處于逆變工作狀態(tài)，從而將電機(jī)產(chǎn)生的電能回饋到電網(wǎng)中。進(jìn)一步地，由于電機(jī)制動(dòng)產(chǎn)生回饋能量使直流母線電壓增高時(shí)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)直流母線電壓，并與預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)直流母線電壓高于閾值時(shí)，控制整流部分的IGBT處于高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，能量通過(guò)整流部分的IGBT回饋至電網(wǎng)。本發(fā)明實(shí)施例不僅克服變頻器能量不能回饋的缺點(diǎn)，而且還能克服變頻器功率單元需外加能量回饋裝置增加整個(gè)系統(tǒng)成本和體積的缺點(diǎn)。本發(fā)明實(shí)施例采用低成本的整流方案和簡(jiǎn)單有效的控制方案實(shí)現(xiàn)變頻器能量回饋功能，滿足眾多對(duì)節(jié)能有一定需求的用戶。最后應(yīng)說(shuō)明的是以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
權(quán)利要求
1.一種功率單元，其特征在于，包括整流部分，并聯(lián)在直流母線上的儲(chǔ)能電容，以及由四個(gè)絕緣柵雙極型晶體管IGBT組成的H橋逆變器； 所述整流部分由兩個(gè)整流二極管和另四個(gè)IGBT組成，所述兩個(gè)整流二極管連接移相變壓器的一個(gè)副邊繞組的一相輸出端，所述另四個(gè)IGBT分別連接所述副邊繞組的另兩相輸出端；或，所述整流部分由四個(gè)整流二極管和另兩個(gè)IGBT組成，所述另兩個(gè)IGBT連接移相變壓器的一個(gè)副邊繞組的一相輸出端，所述四個(gè)整流二極管分別連接所述副邊繞組的另兩相輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的功率單元，其特征在于，所述儲(chǔ)能電容為多個(gè)串聯(lián)的電解電容。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率單元，其特征在于，還包括與各電解電容分別并聯(lián)的多 個(gè)均壓電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的功率單元，其特征在于，還包括并聯(lián)在直流母線上的無(wú)感吸收電容，所述無(wú)感吸收電容用于吸收所述H橋逆變器中的雜散電感。
5.一種變頻器，其特征在于，包括 移相變壓器，所述移相變壓器包括一個(gè)原邊繞組和3X個(gè)副邊繞組，所述原邊繞組連接電網(wǎng)，X為不小于2的自然數(shù)； 三路級(jí)聯(lián)的功率單元，每一路級(jí)聯(lián)的功率單元均包括輸出級(jí)聯(lián)的X個(gè)功率單元，各功率單元的輸入端分別連接到一個(gè)副邊繞組，且每一路級(jí)聯(lián)的功率單元的輸出端各連接電機(jī)的一相輸入端； 控制系統(tǒng)，與各功率單元分別連接，用于控制各功率單元的輸出電壓和輸出頻率； 其中，各功率單元均為如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的功率單元，所述控制系統(tǒng)還連接各功率單元的整流部分中的絕緣柵雙極型晶體管IGBT，所述控制系統(tǒng)還用于控制各功率單元的整流部分中IGBT開(kāi)通、關(guān)斷，以在所述電機(jī)產(chǎn)生電能時(shí)將電能回饋電網(wǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的變頻器，其特征在于，所述控制系統(tǒng)具體包括 電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊，與所述電機(jī)連接，用于檢測(cè)所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速； 母線電壓檢測(cè)模塊，與所述三路級(jí)聯(lián)的功率單元分別連接，用于檢測(cè)直流母線電壓； 第一控制模塊，與所述電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊、各功率單元的H橋逆變器中IGBT連接，用于根據(jù)所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速，得到各功率單元的H橋逆變器中IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并輸出，以控制各功率單兀的輸出電壓和輸出頻率； 第二控制模塊，與所述母線電壓檢測(cè)模塊、各功率單元的整流部分中IGBT連接，用于當(dāng)所述直流母線電壓超過(guò)預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，得到各功率單元的整流部分中IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并輸出，以控制各功率單元的整流部分中的IGBT處于逆變工作狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的變頻器，其特征在于，所述第二控制模塊還與所述第一控制模塊連接，所述第二控制模塊還用于當(dāng)所述直流母線電壓超過(guò)預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，控制所述第一控制模塊關(guān)斷各功率單元的H橋逆變器中IGBT。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的變頻器，其特征在于，所述閾值為級(jí)聯(lián)閾值，所述直流母線電壓為級(jí)聯(lián)直流母線電壓； 所述母線電壓檢測(cè)模塊具體包括 三個(gè)級(jí)聯(lián)母線電壓檢測(cè)單元，各級(jí)聯(lián)母線電壓檢測(cè)單元分別與一路級(jí)聯(lián)的功率單元連接，用于檢測(cè)所述一路級(jí)聯(lián)的功率單元的級(jí)聯(lián)直流母線電壓； 所述第二控制模塊與所述三個(gè)母線電壓檢測(cè)單元分別連接，具體用于當(dāng)所述三路級(jí)聯(lián)的功率單元各自的級(jí)聯(lián)直流母線電壓中超過(guò)第一設(shè)定個(gè)數(shù)的級(jí)聯(lián)直流母線電壓超過(guò)預(yù)設(shè)的級(jí)聯(lián)閾值時(shí)，得到各功率單元的整流部分中IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并輸出，以控制各功率單元的整流部分中的IGBT處于逆變工作狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的變頻器，其特征在于，所述閾值為單元閾值，所述母線電壓為單元直流母線電壓； 所述母線電壓檢測(cè)模塊具體包括 3X個(gè)單元母線電壓檢測(cè)單元，各單元母線電壓檢測(cè)單元分別與一個(gè)功率單元連接，用于檢測(cè)所述功率單元的單元直流母線電壓； 所述第二控制模塊與所述3X個(gè)單母線電壓檢測(cè)單元分別連接，具體用于當(dāng)3X個(gè)功率單元各自的單元直流母線電壓中超過(guò)第二設(shè)定個(gè)數(shù)的單元直流母線電壓超過(guò)預(yù)設(shè)的單元閾值時(shí)，得到各功率單元的整流部分中IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并輸出，以控制各功率單元的整流部分中的IGBT處于逆變工作狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種功率單元及變頻器。功率單元包括整流部分，并聯(lián)在直流母線上的儲(chǔ)能電容，以及由四個(gè)IGBT組成的H橋逆變器；所述整流部分由兩個(gè)整流二極管和另四個(gè)IGBT組成，所述兩個(gè)整流二極管連接移相變壓器的一個(gè)副邊繞組的一相輸出端，所述另四個(gè)IGBT分別連接所述副邊繞組的另兩相輸出端；或，所述整流部分由四個(gè)整流二極管和另兩個(gè)IGBT組成，所述另兩個(gè)IGBT連接移相變壓器的一個(gè)副邊繞組的一相輸出端，所述四個(gè)整流二極管分別連接所述副邊繞組的另兩相輸出端。本發(fā)明實(shí)施例不會(huì)增加整流的軟件控制難度，且能夠通過(guò)控制整流部分中IGBT的開(kāi)通、關(guān)斷使整流部分中的IGBT處于逆變工作狀態(tài)，從而將電機(jī)產(chǎn)生的電能回饋到電網(wǎng)中。
文檔編號(hào)H02J3/38GK102761269SQ20121022280
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月30日
發(fā)明者王榮亮 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司