[發(fā)明專利]一種能量回饋型高壓變頻器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210521761.2
• 申請日: 2012-12-07
• 公開（公告）號: CN103856070A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發(fā)明（設計）人: 李永盼
• 申請（專利權）人: 上海億思特電氣股份有限公司
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458;H02P27/08
• 代理公司: 北京匯澤知識產(chǎn)權代理有限公司 11228
• 代理人: 劉淑敏

技術領域

?本發(fā)明涉及電力電子技術，尤其涉及一種能量回饋型功率單元串聯(lián)高壓變頻器。

背景技術

?近年來，工業(yè)節(jié)能降耗逐漸受到普遍重視。作為重要的耗電設備，高壓電機也越來越多地采用了變頻調(diào)速以實現(xiàn)經(jīng)濟運行。

在高壓變頻器領域，自Peter?W.?Hammond在1995年提出功率單元串聯(lián)高壓變頻器以來，這種通過低壓電力變換技術實現(xiàn)高壓電力變換的方法由于其輸出電壓質(zhì)量好、輸入諧波電流低、成本低、維護方便，已經(jīng)成為高壓變頻器的主流技術，基于這項技術的產(chǎn)品已經(jīng)普遍于風機、水泵等應用場合。

但是，對于需要頻繁起停的牽引、提升類負載，在電機制動時往往產(chǎn)生很大的制動能量，必須將其回饋到電網(wǎng)，以縮短高壓電機的降速時間、保證高壓變頻器的運行安全，并且實現(xiàn)節(jié)能。如何在不污染電網(wǎng)的前提下實現(xiàn)制動能量向電網(wǎng)的回饋，一直是功率單元串聯(lián)高壓變頻器的困難所在，以至國外主流廠家普遍認為功率單元串聯(lián)高壓變頻器無法實現(xiàn)能量回饋。

但是，國內(nèi)一些廠家采用三相有源前端技術，實現(xiàn)了功率單元串聯(lián)高壓變頻器的能量回饋，并已經(jīng)成功應用于煤礦提升機等領域，用事實驗證了功率單元串聯(lián)高壓變頻器能量回饋功能的可行性。圖1A所描述的就是這類高壓變頻器的一種典型方案，其每相由3個功率單元串聯(lián)而成；圖1B則是其中的功率單元電路示意圖。圖1A所示的高壓變頻器包括一個變壓器1、九個相同的功率單元（如2AU）和主控制器3。變壓器1包括1個原邊繞組11和9路相位不同的三相副邊繞組（如12AU），原邊繞組11與高壓三相電網(wǎng)7連接；9個功率單元（如2AU）按照輸出分成U、V、W三相，每相的三個功率單元（如2AU、2BU、2CU）的輸出依次串聯(lián)分別作為三相（如U相），三相的一端au+、av+、aw+連接在一起作為三相輸出的中性點O，另外一端cu-、cv-、cw-分別作為高壓變頻器的U、V、W輸出，用于驅(qū)動高壓電機6。主控制器3通過光纖分別與各功率單元（如2AU的單元控制電路25’）連接，向各功率單元（如2AU）的逆變橋24提供驅(qū)動信號，并接收各功率單元（如2AU）的運行信息。

在圖1B中，每個功率單元都包括三相電抗器21、三相整流電路22、直流濾波電路23和單相逆變電路24。在變壓器1的各個副邊繞組（如12AU）與對應的功率單元（如2AU）的三相整流電路22之間，分別接入三相電抗器21，以承受主變壓器副邊繞組（如12AU）與三相整流電路22之間的電壓差；每個功率單元（如2AU）的三相整流電路22都是由如功率開關管（如絕緣柵雙極三極管，簡稱IGBT）組成的三相全控橋，以實現(xiàn)功率單元的能量雙向傳輸；各個功率單元（如2AU）都具有單獨的電壓電流檢測電路26和整流控制電路27，根據(jù)功率單元（如2AU）的輸入電壓、電流和功率單元（如2AU）內(nèi)部的直流濾波電路23兩端的的直流電壓，控制三相整流電路22的狀態(tài)，使功率單元（如2AU）的輸入電流相位與其輸入電壓相位相同（從電網(wǎng)吸取能量）或相反（向電網(wǎng)回饋能量）。

在這種能量回饋型功率單元串聯(lián)高壓變頻器中，變壓器1的每個副邊繞組（如12AU）都是三相繞組，包括三個無移相繞組12BU、12BV、12BW（各包括3個繞組線圈）和六個移相繞組12AU、12AV、12AW、12CU、12CV、12CW（各包括6個繞組線圈），這樣，變壓器1共包括45個副邊繞組線圈，結(jié)構(gòu)、工藝相當復雜。由于功率單元（如2AU）的輸入電壓相位不同，其三相整流電路22都由功率單元內(nèi)部的整流控制電路27獨立控制，各單元還必需電壓電流檢測電路26，電路復雜、成本高；更為重要地是，各功率單元（如2AU）的三相整流電路22由所在功率單元內(nèi)部的整流控制電路27單獨控制，不能同步，因而無法協(xié)調(diào)動作，功率單元的三相整流電路采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制，但每個功率單元的PWM控制信號載波頻率不同，各功率單元的輸入紋波電流為疊加關系，為了滿足高壓電網(wǎng)的諧波電流要求，功率單元的三相電抗器電感值很大，體積、重量、成本都很高。

以上的分析只是描述了每相三個功率單元串聯(lián)的情形，如果每相由更多的功率單元串聯(lián)，上述缺點將更加突出。

發(fā)明內(nèi)容

?有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供另一種能量回饋型功率單元串聯(lián)高壓變頻器，可以簡化能量回饋型單元串聯(lián)高壓變頻器的結(jié)構(gòu)，提高高壓變頻器的性能，并降低所述高壓變頻器的成本。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的：

一種能量回饋型高壓變頻器，其主要包括變壓器、主控制器、傳感器電路和3M個功率單元，其中：