[實用新型]一種高效率的能量回饋單元零序電流有源補償電路

有效

• 申請號: 202120049795.0
• 申請日: 2021-01-09
• 公開（公告）號: CN213879300U
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 陳賽錦;劉鵬
• 申請（專利權）人: 濰坊瑞能達電氣有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/01;H02J3/18
• 代理公司: 深圳紫晴專利代理事務所(普通合伙) 44646
• 代理人: 陳彩云

本實用新型公開了一種高效率的能量回饋單元零序電流有源補償電路，包括回饋裝置、兩個霍爾電流傳感器、滯環電流比較器、兩個IGBT開關管、供電電源、電感L濾波和R9上拉電阻，所述供電電源和霍爾電流傳感器相連接，所述兩個霍爾電流傳感器均與滯環電流比較器相連接并分別輸出電壓信號IUS和IVS作為給定和反饋輸入，所述滯環電流比較器包括四個運放組成的絕對值檢波電路，所述絕對值檢波電路將電壓信號IUS和IVS轉變為PRU和PRV輸出信號并分別送到滯環電流比較器的輸入端，所述滯環電流比較器驅動IGBT開關管輸出高頻PWM調制波。采用兩路霍爾電流傳感器實現閉環調節，采用滯環電流控制模式實現精確電流控制，輸出功率器件采用IGBT模塊使能量轉化效率高。

技術領域

本實用新型涉及電路設計的技術領域，具體是指一種高效率的能量回饋單元零序電流有源補償電路。

背景技術

在變頻調速系統中，如果在勢能型負載重心下行或者大慣性負載停機的過程中，會導致電機處于四象限工作狀態并伴隨有大量的勢能或動能與再生電能之前的相互轉化。通常為了確保變頻調速系統正常運行，需要將這部分能量采能制動方式在制動電阻上消耗掉，或者采用回饋制動方式將這部分能量送回電網通過其它用電負載消耗掉。實現將再生電能送回電網重新利用的設備通常稱之為能量回饋單元。

由于通常電網存在三相之間的不平衡性，以及能量回饋單元本身控制電路的原器件精度的影響，通常其輸出會有一定成分的零序電流。在能量回饋單元中，為減輕體積和成本，其輸出到電網之間所使用的三相濾波電感通常都采用三磁柱的鐵芯結構。由于三相磁路的對稱性，因而零序勵磁阻抗是較小的，導致能量回饋單元所產生的零序電流完全不加抑制的輸入電網，必然會對附近的其它設備運行造成一定的影響。

為了減少零序電流的不利影響，通常有兩種解決方案：

解決方案1：常用的方案是在回饋單元與電網之間接入一個額外的零序電抗器，通常可以采用適合高頻工作且導磁率較高的鐵氧體磁環作為電抗器的磁路，將回饋單元的輸出三相電纜同時穿過一組鐵氧體磁環如圖1所示，磁環與穿繞的輸出電纜一起構成一個零序電抗器來抑制零序電流(磁環同時也起到RFI濾波器的作用)，通過調節磁環的數量和繞線的圈數可以改變電抗器的電感量，從來獲得理想的零序電流抑制效果。這種解決方案的優點是實現簡單、成本較低，只需要在安裝的時候將輸出電纜穿繞磁環即可。不足之處是通過零序電抗器只能是抵制零序電流使之對系統工作的影響最小，卻無法完全消除零序電流，同時在有零序電流流過時磁環產生損耗發熱，個別場合零序電流較大時磁環溫升過高，繞在其上的電纜有融化短路的危險。

解決方案2：采用有源補償的方式，即將輸出三相電纜同時穿過一個電流互感器，這樣有零序電流流過時電流互感器會感應出相應的零序電流，再將些零序電流通過雙極性三極管組成的共射推挽放大電路生成與回饋單元大小相等，極性相反的補償電流，兩個電流相互抵消即可將零序電流的影響降到最低。通常采用的電路如圖2所示.此方案優點是對零序電流采用有源補償的方式，若電路調試到理想狀態時可以實現補償與零序電流接近相互抵消，但同時也存在如下幾個缺點：缺點1是電路損耗較大，因為補償電路直接由能量回饋單元的直流母線供電，通常直流母線電壓在回饋時約為600V以上，且雙極性三極管V1、與V2工作在不完全導通的放大狀態，因此由歐母定律可知即使三極管中流過很小的電流，在三極管上消耗的功率P＝UI也會較大，這不僅增加了整個裝置的功率損耗，嚴重時會導致三極管V1與V2過熱損壞。缺點2同樣是因為直流母線電壓較高，也就需要選用高耐壓大電流的雙極性三極管，通常V1和V2分別需要選擇耐壓為1200V以上的NPN和PNP型功率三極管，同時滿足耐壓與電流要求可供選擇的型號規格有限且成本較高。缺點3是此電路為一個簡單的開環放大電路而沒有對補償電路的反饋調節，所以實際應用時需要調節電流互感器的匝數比與三極管的放大系數相匹配以確保經三極管放大輸出的的補償電流與檢測到的零序電流大小一致想到抵消，三極管的放大倍數通常離散性較大很做到完全一致，這也給批量生產帶來了較大的不便。由于存在這些缺點因為這種補償電路通常僅適合低電壓小功率的應用場合，對于大功率的系統較難推廣應用。

實用新型內容