專利名稱：大功率驅(qū)動(dòng)逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型大功率驅(qū)動(dòng)逆變器，屬于電力牽引技術(shù)領(lǐng)域。
目前，對于軌道車輛(地鐵車與輕軌車)的電力驅(qū)動(dòng)，一般采用兩種解決方案一種是凸輪變阻器控制直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的直流傳動(dòng)系統(tǒng)；另一種是斬波器控制直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的直流傳動(dòng)系統(tǒng)。
直流電動(dòng)機(jī)有換向器和電刷，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，需要經(jīng)常維修，電刷灰污染環(huán)境。凸輪開關(guān)分段切換電阻，串并聯(lián)，進(jìn)行起動(dòng)，制動(dòng)和調(diào)速。是有觸點(diǎn)，有級數(shù)控制。乘坐舒適性差，可靠性低，電阻發(fā)熱，污染環(huán)境，功率損耗大，系統(tǒng)效率低，這種系統(tǒng)技術(shù)落后，已趨于淘汰。
斬波器控制(斬波調(diào)壓、斬波調(diào)阻和斬波調(diào)磁)，可控制斬波器中的功率開關(guān)電力電子元件的導(dǎo)通截止時(shí)間。進(jìn)行起動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速?？蔁o級調(diào)速，但仍需要有觸點(diǎn)開關(guān)，也是有觸點(diǎn)控制。需要經(jīng)常維護(hù)，可靠性較低。這種系統(tǒng)，技術(shù)也較落后，不是發(fā)展方向。
逆變器控制交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的交流傳動(dòng)系統(tǒng)，具有先進(jìn)技術(shù)水平，是大力發(fā)展方向。
本實(shí)用新型的目的是為現(xiàn)代軌道車輛(地鐵車與輕軌車)交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)提供一種高頻、高壓、高功率因數(shù)、高效率、節(jié)省電能、低噪音、調(diào)頻調(diào)壓的大功率驅(qū)動(dòng)逆變器。
本實(shí)用新型技術(shù)方案如下該系統(tǒng)由1、直流濾波器；2、電阻輔助制動(dòng)子系統(tǒng)；3、三電平逆變子系統(tǒng)；4、微機(jī)控制子系統(tǒng)組成。
這種大功率驅(qū)動(dòng)逆變器，具有SPWM變頻調(diào)速各方面的優(yōu)越性能，其特征是具有很小輸出諧波分量和非常好的低速特性，噪音低，調(diào)速范圍寬，功率因數(shù)高，節(jié)電顯著。功率開關(guān)電力電子元件只承受電源電壓的一半，功率開關(guān)電力電子元件一個(gè)周期的平均開關(guān)頻率是相電壓頻率的二分之一。因此，可使用電壓和頻率較低的功率開關(guān)電力電子元件，可制作成大、中、小各種功率驅(qū)動(dòng)逆變器。特別適宜制作高頻、高壓、大功率驅(qū)動(dòng)逆變器。
1、直流濾波器由電抗器L和電容C1與C2構(gòu)成。L與直流電源串聯(lián)，首端與直流電源正極連接。C1與C2串聯(lián)，連接中心結(jié)點(diǎn)為零電平。C1的正極性與L的尾端連接，聯(lián)結(jié)點(diǎn)為正電平。C2的負(fù)極性與直流電源的負(fù)極連接，聯(lián)結(jié)點(diǎn)為負(fù)電平。2、為電阻輔助制動(dòng)子系統(tǒng)斬波器V0與電阻器R2串聯(lián)，再聯(lián)接到正電平和零電平之間。斬波器V與電阻器R3串聯(lián)，再連到零電平和負(fù)電平之間。3、為三電平逆變子系統(tǒng)功率開關(guān)元件IGBT V1U與V2U串聯(lián)，為A相的上限臂。V3U與V4U串聯(lián)，為A相的下限臂。上限臂與下限臂串聯(lián)，連接處的中心結(jié)點(diǎn)為單元逆變器U的A相輸出端。上限臂的V1U(IGBT)的集電極與直流電源的正電平連接。下限臂的V4U(IGBT)的發(fā)射極與直流電源的負(fù)電平聯(lián)結(jié)。箝位二極管V1與V2串聯(lián)，聯(lián)結(jié)的中心點(diǎn)與零電平聯(lián)結(jié)。V1二極管的陰極連接到V1U與V2U的中心結(jié)點(diǎn)。V2二極管的陽極連接到V3U與V4U連接的中心結(jié)點(diǎn)。保護(hù)電路FU分別與各功率開關(guān)元件IGBT并聯(lián)，構(gòu)成單元逆變器的A相。B相和C相同理聯(lián)結(jié)。U單元逆變器可控制2臺并聯(lián)電動(dòng)機(jī)，同樣，U1單元逆變器也可控制2臺并聯(lián)電動(dòng)機(jī)。多臺單元逆變器并聯(lián)。4、先進(jìn)的微機(jī)控制子系統(tǒng)MCS按著規(guī)定的程序，將控制信號通過接口經(jīng)過光纖電纜傳輸?shù)絀GBT，控制V1U～V4W的導(dǎo)通與截止。MCS子系統(tǒng)根據(jù)反饋信號，經(jīng)過實(shí)時(shí)計(jì)算，進(jìn)行系統(tǒng)的閉環(huán)控制。MCS還自動(dòng)控制V0與V。
本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)是在電路中，功率開關(guān)元件IGBT(絕緣柵雙極晶體管)為電壓型元件，其特點(diǎn)輸入阻抗高，控制信號功率很小，控制電路簡單，頻率高，開關(guān)損耗小，導(dǎo)通壓降低，功率損耗小，安全工作區(qū)寬，沒有二次擊穿現(xiàn)象，是絕緣模塊型元件，與散熱器配合簡便，內(nèi)部有反并聯(lián)二極管，是功率集成電力電子元件。


圖1 是大功率驅(qū)動(dòng)逆器系統(tǒng)方框圖；圖2 是大功率驅(qū)動(dòng)逆變器電路原理簡圖；圖3 是大功率驅(qū)動(dòng)逆變器IGBT電路原理圖；圖4 是大功率驅(qū)動(dòng)逆變器逆導(dǎo)通GTO電路原理圖；圖5 是大功率驅(qū)動(dòng)逆變器逆導(dǎo)通GTO電路原理圖；圖6 是大功率驅(qū)動(dòng)逆變器GTO電路原理在該實(shí)用新型大功率驅(qū)動(dòng)逆變器中，1、是直流濾波器；2、是電阻輔助制動(dòng)子系統(tǒng)；3、是三電平逆變子系統(tǒng)；4、微機(jī)控制子系統(tǒng)；實(shí)施例1在三電平逆變子系統(tǒng)電路中，各功率開關(guān)元件只承受直流電源電壓的一半；功率開關(guān)元件一個(gè)周期的平均開關(guān)頻率為相電壓頻率的二分之一。因此，可使用電壓和頻率低的功率開關(guān)元件，是該實(shí)施例的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。三電平逆變子系統(tǒng)具有很小的輸出諧波分量和非常好的低速特性獨(dú)特性能。微機(jī)控制能再生制動(dòng)和電阻輔助制動(dòng)。具有噪音低、低速特性好、功率因數(shù)高、節(jié)電顯著等特點(diǎn)。微機(jī)控制子系統(tǒng)控制12個(gè)IGBT功率開關(guān)元件，按規(guī)定程序?qū)ㄅc截止。逆變、調(diào)頻、調(diào)壓、無級調(diào)速。U控制2臺并聯(lián)電動(dòng)機(jī)，U1控制2臺并聯(lián)電動(dòng)機(jī)。
實(shí)施例2其它電路與實(shí)施例1電路原理相同，只是功率開關(guān)元件采用逆導(dǎo)通GTO。
實(shí)施例3為二電平逆變電路，采用6個(gè)逆導(dǎo)通GTO。功率開關(guān)元件的電壓和頻率要比實(shí)施例2高一倍。輸出諧波分量較大，低速特性較差。
實(shí)施例4為二電平逆變電路，采用6個(gè)GTO元件和6個(gè)二極管與GTO反并聯(lián)。
大功率驅(qū)動(dòng)逆變器系統(tǒng)特點(diǎn)(1)先進(jìn)的功率開關(guān)元件IGBT；(2)微機(jī)控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制，自診斷；(3)熱管散熱器，自然冷卻，體積小，重量輕；
(4)平滑起動(dòng)，無級調(diào)速，再生制動(dòng)，節(jié)省電能顯；(5)輔助電阻制動(dòng)；(6)系統(tǒng)無觸點(diǎn)化，可靠性高；(7)可控制鼠籠型三相交流異步電動(dòng)機(jī)，可多臺并聯(lián)。
權(quán)利要求1.一種大功率驅(qū)動(dòng)逆變器，由(1)直流濾波器，(2)電阻輔助制動(dòng)子系統(tǒng)，(3)三電平逆變子系統(tǒng)，(4)微機(jī)控制子系統(tǒng)組成，具有SPWM變頻器各方面的優(yōu)越性能，其特征是三電平逆變子系統(tǒng)電路中電容器C1與C2串聯(lián)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)為零電平，C1的正極性與串聯(lián)在直流電源中的電抗器L尾端聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)為正平，C2的負(fù)極性與直流電源的負(fù)極連接，聯(lián)結(jié)點(diǎn)為負(fù)電平，IGBT功率開關(guān)元件V1U與V2U串聯(lián)，為A相的上限臂，V3U與V4U串聯(lián)，為A相的下限臂，上限臂與下限臂串聯(lián)，連接中心結(jié)點(diǎn)為A相的輸出端，上限臂V1U(IGBT)的集電極與直流電源的正電平連接，下限臂V4U(IGBT)的發(fā)射極與直流電源負(fù)電平連接，箝位二極管V1與V2串聯(lián)，連接的中心點(diǎn)與零電平聯(lián)結(jié)，V1二極管的陰極連接到V1U與V2U串聯(lián)的中心結(jié)點(diǎn)，V2二極管的陽極連接到V3U與V4U串聯(lián)的中心結(jié)點(diǎn)，保護(hù)電路FU分別與各功率開關(guān)元件IGBT并聯(lián)、構(gòu)成A相，B相與C相和A相同理聯(lián)結(jié)，斬波器V0與電阻器R2聯(lián)結(jié)，連接到正電平與零電平之間，斬波器V與電阻器R3聯(lián)結(jié)，連接到零電平與負(fù)電平之間，微機(jī)控制子系統(tǒng)MCS按著規(guī)定的程序，將控制信號，通過接口，經(jīng)過光纖電纜，傳輸?shù)礁鞴β书_關(guān)元IGBT，控制V1U～V4W導(dǎo)通與截止，微機(jī)控制子系統(tǒng)可進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，自動(dòng)閉環(huán)控制，MCS還自動(dòng)控制V0與V。
專利摘要一種大功率驅(qū)動(dòng)逆變器,屬于電力牽引技術(shù)領(lǐng)域。其系統(tǒng)裝置由:1.直流濾波器;2.電阻輔助制動(dòng)子系統(tǒng);3.三電平逆變子系統(tǒng);4.微機(jī)控制子系統(tǒng)構(gòu)成。在三電平逆變子系統(tǒng)電路中,由12只IGBT和6只二極管與電容器聯(lián)結(jié)成電路。由微機(jī)子系統(tǒng)控制12只IGBT按規(guī)定的程序?qū)ㄅc截止,調(diào)頻、調(diào)壓、逆變、調(diào)速。其特點(diǎn):適宜高頻、高壓、大功率逆變器。具有功率因數(shù)高,噪音低,效率高、節(jié)省電能、低速特性好、體積小、重量輕等特點(diǎn)。
文檔編號H02M7/42GK2404261SQ9921129
公開日2000年11月1日 申請日期1999年5月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月27日
發(fā)明者王連富 申請人:王連富