电压型交-直-交变频器中的双向功率流交-直变换电源制造技术

本实用新型专利技术涉及一种电压型交-直-交变频器中的双向功率流交-直变换电源，其技术特点是：基本电路包括由六个电子开关构成的三相可控桥CB、三相进线电抗器X和直流贮能电容Cd，该三相可控桥中的每个电子开关由一个IGBT器件或IGCT器件及一个反并联续流二极管构成。本实用新型专利技术三相可控桥中电子开关采用与交流进线电源同步的控制方式，不需要采用脉宽调制，也无任何闭环调节，其控制及调试方式简单、运行安全可靠，可通过增设二极管整流桥DB满足整流功率大于回馈功率的要求，在应用时，可2套或4套基本电路串/并联工作，构成12或24脉波整流电路以减小谐波。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电机控制用电压型交-直-交变频
，特别涉及电压型交-直-交变频器中的双向功率流交-直变换电源。
技术介绍
电压型交-直-交变频器包括两电平低压变频器、中点钳位三电平中压变频器及H桥级联中压变频器，已在交流电动机调速传动领域得到广泛应用。电压型交-直-交变频器通常由交-直变换电源及直-交逆变器两部分组成。在快速制动或位势负载下放重物时，电动机处于再生发电工作状态，机械的动能或重物的势能将通过电动机转变成电能返回电源。电压型逆变器允许双向功率流动，可以把电动机的再生能量回送至直流母线上的贮能电容，能否进一步回馈交流电网则取决于交-直变换电源的型式，看它是否允许双方向功率流动。本技术只涉及允许双向功率流的变换器。 目前，常用的双向功率流交-直变换电源有两类晶闸管整流/回馈电源和IGBT(或IGCT)PWM整流电源(常称有源前端AFE)。下面分别对两种类型的双向功率流交-直变换电源的特点进行说明晶闸管整流/回馈电源由正反两个可控整流桥组成。这种电源使用晶闸管，价格相对较低，其最大问题是存在回馈桥逆变失败的可能，若在回馈桥工作期间突然交流电源故障，进线电压降低过多，将导致逆变颠覆，直流电源短路，烧毁熔断器，这种故障曾在现场多次发生。另外，晶闸管整流/回馈电源的结构和控制也较为复杂。IGBT (或IGCT) PWM整流电源(AFE)由IGBT (或IGCT)桥和交流进线电抗构成，采用PWM控制，是逆变器的逆应用。这种电源具有理想的性能双方向功率流；正弦波网侧电流(一个开关周期平均值)；功率因数超前/滞后可控，可以为I ;电网异常降低时关断全部可控开关器件，无颠覆问题。该类电源存在的主要问题是价格高(使用IGBT或IGCT器件，进线电抗大)、控制和调试麻烦，从而影响其应用；在用于大功率中压变频器时，由于开关器件的开关频率低，网侧谐波加大，效果将打折扣；很多应用场合希望装置的逆变功率小于整流功率，这种电源难实现。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、运行可靠且性价比高的电压型交-直-交变频器中的双向功率流交-直变换电源。本技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的一种电压型交-直-交变频器中的双向功率流交-直变换电源，包括由六个电子开关构成的三相可控桥、三相进线电抗器和直流贮能电容，三相进线电抗器一端与三相交流进线电源相连接，三相进线电抗器另一端连接到三相可控桥的交流侧，三相可控桥的直流侧与直流贮能电容相连接，该三相可控桥中的每个电子开关由一个IGBT器件或IGCT器件及一个反并联续流二极管构成，整流时功率从交流进线电源流向直流母线，回馈时功率从直流母线流回交流进线电源。而且，通过在三相可控桥旁并联一个二极管整流桥使得整流功率大于回馈功率。而且，三相可控桥的控制方式是每个开关被用作交流进线电源的同步开关，每个交流进线电源周期只开通和关断一次。本技术的优点和积极效果是I、本交-直变换电源在进线交流电压高于直流母线电压时，电流经与IGBT (或IGCT)反并联的续流二极管从交流电源流向直流母线实现整流功能；当进线交流电压低于直流母线电压时，电流经IGBT (或IGCT)从直流母线流向交流电源实现回馈功能，实现整流/回馈双方向功率流动。2、本交-直变换电源的三相可控桥CB桥中每个开关被用作交流进线电源的同步开关，每周期只开通和关断一次，不用PWM控制，无闭环调节，控制和调试简单。3、本交-直变换电源在交流电源故障或进线电压降低过多时，可通过关断所有IGBT(或IGCT)来避免逆变颠覆发生。4、本交-直变换电源通过在三相可控桥旁并联一个二极管整流桥使得整流功率大于回馈功率，可满足整流功率大于回馈功率的要求，特别适用于作为公共直流母线的交-直电源。5、本交-直变换电源的网侧功率因数及电流谐波与二极管整流电源基本相同，可通过采用12或24脉波整流方法来减小谐波。6、本交-直变换电源与晶闸管整流/回馈电源相比解决了晶闸管整流/回馈电源的逆变颠覆问题，并且控制和调试简单。7、本交-直变换电源与AFE相比由于进线电抗小及控制和调试简单，因此价格较AFE更低；开关频率仅50Hz，比AFE低很多，可提高变换器出力，特别是使用高压开关器件的变换器；在24脉波整流状态的谐波含量较中压AFE更低。8、本交-直变换电源适合用于四象限H桥级联中压变频器，比目前常用的AFE方案简单许多。附图说明图I为本技术的基本电路图，图Ia为电路总图，图Ib为每个电子开关S的电路图，图中X是三相进线电抗器，CB是由6个电子开关(SA1、SA2, SB1、SB2, Sci, Sc2)构成的三相可控桥，每个电子开关S由一个可控开关器件V(IGBT或IGCT)及一个反并联续流二极管D构成，Cd是直流贮能电容^〃和Iil分别是交-直变换电源和逆变器的直流电流；Ud是直流母线电压；UA、Ub> Uc是三相交流进线相电压；是A相相电流；图2为图I所示电路的三相交流进线相电压(uA、uB、uc)及六个电子开关的门极驱动 目号(Gai、Ga2、Gbi、Gb2、Gci、Gc2)不意图；图3a、图3b、图3c分别为图I所示电路在空载、整流和回馈三种状态下开关Sai导通期间的直流母线电压(Ud)、三相交流进线线电压( 和 )及A相电流(iA)波形图；图4为在图I所示电路的基础上并联二极管桥DB的电路图，图中XBl和XB2是均流电抗器，X是三相交流进线电抗器。具体实施方式以下结合附图对本技术实施例做进一步详述一种电压型交-直-交变频器中的双向功率流交-直变换电源，如图Ia所示，包括三相可控桥CB、三相进线电抗器X和直流贮能电容Cd，三相进线电抗器X —端与三相交流进线相电压相连接，三相进线电抗器X另一端连接到三相可控桥CB的输入端，三相可控 桥CB的输出端与直流贮能电容Cd相连接，三相可控桥CB由六个电子开关SA1、SA2, SB1、SB2,Sci> Sffi构成，如图Ib所示，其中每个电子开关S由一个可控开关器件V及一个反并联续流二极管D构成，该可控开关器件V可以采用IGBT或IGCT器件。如图2所示，三相可控桥CB的控制不需要脉宽调制(PWM)，也没有任何闭环调节，三相可控桥CB桥中每个开关被用作交流进线电源的同步开关，每周期只开通和关断一次，于自然换流点(a = 0° )处开始导通，持续120°后关断。由于电路中开关器件的开关频率只有50Hz，远低于现在常用的AFE装置，因此，有助于提高变换器出力。在进线交流电压高于直流母线电压时，电流经与IGBT(或IGCT)反并联的续流二极管从交流电源流向直流母线实现整流功能；当进线交流电压低于直流母线电压时，电流经IGBT (或IGCT)从直流母线流向交流电源实现回馈功能。在图I所示电路的基础上，还可以在三相可控桥CB旁并联一个二极管整流桥DB来扩展装置的整流功率，如图4所示。该电路的整流功率大于回馈功率，从而满足整流功率大于回馈功率的要求，特别适用于公共直流母线的交-直电源。本交-直变换电源的交流进线功率因数及相电流谐波与二极管三相整流器基本相同，属于6脉波整流电路，对大容量装置，和二极管整流器一样，也可使用如图I或图4所示的2套或4套电路串本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马小亮，宋鹏，金雪峰，王建峰，许希，楚子林，
申请(专利权)人：天津电气传动设计研究所，天津天传电气有限公司，
类型：实用新型
国别省市：