基于自关断器件整流/回馈电源的H桥级联四象限变频器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于自关断器件整流/回馈电源的H桥级联四象限变频器，其主要技术特点是：功率单元中的整流器采用由自关断器件构成的整流/回馈电源，该整流/回馈电源由三相可控桥CB和三相进线电抗器X连接构成，该三相可控桥CB由6个电子开关S连接构成，每个电子开关S由一个可控开关器件V及一个续流二极管D反并联构成。本实用新型专利技术采用允许功率双向流动的自关断器件构成整流/回馈电源，实现变频器四象限运行功能，具有电路结构及控制调试简单、性能稳定、安全可靠的特点。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电压型交-直-交中压变频调速
，尤其是一种基于自关断器件整流/回馈电源的H桥级 联四象限变频器。
技术介绍
现有的电压型H桥级联交-直-交变频器采用多级H桥功率单元级联构成，如图I所示。这种变频器的特点是输出电压高且谐波小，dv/dt低，可以使用普通交流电动机；借助主电源变压器中付方绕组间的移相，输入电流谐波小，在中压(I IOkV)交流电动机调速传动领域得到最广泛应用。由于这种变频器中H桥功率单元数量大，通常各H桥功率单元中的交-直变换(也称整流器、或称整流电源等)都采用二极管三相整流器，如图2所示，这种变频器具有简单且变频器网侧功率因数高(>0.95)的特点。这种整流器不允许反向功率流过，因此电动机只能单象限(电动)工作，功率只能从电网经变频器流向电动机，不能返回电网。许多应用领域需要变频器四象限运行，电动机既能电动工作又能再生工作，可把机械的制动能量或重物的势能通过电动机转变成电能，再经变频器返回电网，以节省能源和实现快速制动，例如提升传动就是如此。这就要求这类级联型变频器中每个H桥功率单元中的交-直变换(整流器)都允许功率双方向流动。为满足四象限运行要求，可以将H桥功率单元的交-直变换(整流器)由二极管整流电源改为PWM整流(又称有源前端AFE)电源。它由自关断器件IGBT (或IGCT、或IEGT)桥和交流进线电抗构成，采用PWM控制，是三相逆变器的逆应用。这种电源具有良好性能双方向功率流动；正弦波网侧电流(一个开关周期平均值)；功率因数可控，可以为I。这种电源存在的主要问题是需要较大进线电抗值(>10%)，而变频器主电源变压器中各组付方绕组的漏抗一般不能满足，需另外增设电抗器和滤波电容器，使H桥功率单元和变频器主电路复杂；控制电路由直流电压外环、电流内环、矢量变换、及PWM调制等环节构成，系统复杂且调试麻烦。由于级联变频器中H桥功率单元数量多，上述问题变得更加突出。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种电路简单、调试方便且性能稳定的基于自关断器件整流/回馈电源的H桥级联四象限变频器。本技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的一种基于自关断器件整流/回馈电源的H桥级联四象限变频器，由每相多个功率单元级联构成，每个功率单元中的整流器采用由自关断器件构成的整流/回馈电源，该整流/回馈电源由三相可控桥CB和三相进线电抗器X连接构成，该三相可控桥CB由6个电子开关S连接构成，每个电子开关S由一个可控开关器件V及一个续流二极管D反并联构成。而且，所述的可控开关器件V为IGBT器件，或者为IGCT器件，或者为IEGT器件。而且，所述的电子开关S采用与交流进线电源同步的控制方式，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、本技术的整流器采用由自关断器件构成的整流/回馈电源，允许双向功率流过，变频器四象限运行，电动工作时功率从电网流向电动机，再生工作时功率从电动机返回电网。2、本技术的整流/回馈电源的进线电抗可利用变频器主变压器付方绕组的漏抗实现，不必另外增设电抗器和滤波电容器，电路简单。3、本技术的整流/回馈电源不用PWM控制，无闭环调节，控制和调试特别简单。4、本技术的整流/回馈电源网侧功率因数及电流谐波与二极管整流电源基本相同，因此变频器的交流进线功率因数及相电流谐波与普通采用二极管三相整流器的H桥级联变频器基本相同，功率因数>0. 95，谐波电流小，满足国标GB/T14549-1993。5、本技术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、或IEGT)来避免逆变颠覆发生。附图说明图I为H桥(5级)级联变频器主电路图；图2为交-直变换(整流器)采用二极管三相整流电源构成的H桥功率单元电路图；图3 (a)为本技术变频器中H桥交-直变换(整流器)整流/回馈电源基本电路图；图3 (b)为图3 Ca)所示电路中的电子开关S电路图；图4为本技术的H桥功率单元电路电路图；图5为本技术的整流/回馈电源电路中三相交流进线相电压(uiA、uiB、uiC)及6个电子开关的门极驱动控制信号(GA1、GA2、Gbi> Gb2> Gci> Gc2)不意图；图6 Ca)为本技术的整流/回馈电源电路在空载状态下开关Sai导通期间的直流母线电压(Ud)、三相交流进线线电压(uiAB和uiAC;)及A相电流(iiA)波形示意图；图6 (b)为本技术的整流/回馈电源电路在整流状态下开关Sai导通期间的直流母线电压(Ud)、三相交流进线线电压(uiAB和uiAC;)及A相电流(iiA)波形示意图；图6 (c)为本技术的整流/回馈电源电路在回馈状态下开关Sai导通期间的直流母线电压(Ud)、三相交流进线线电压(uiAB和uiAC;)及A相电流(iiA)波形示意图。具体实施方式以下结合附图对本技术进行详细说明—种基于自关断器件整流/回馈电源的H桥级联四象限变频器，由多级H桥功率单元级联构成，如图I所示。每个H桥功率单元电路均包括交-直变换(整流器)和直-交变换(逆变器)两部分，如图4所示，图中，所有开关器件均为并有反向续流二极管的自开关器件IGBT (或IGCT、或IEGT)。由于本技术中的功率单元采用的直-交变换(逆变器)、桥间级联电路及其控制与现有采用二极管三相整流电源的传统单象限级联变频器相同，因此它们的交流输出特性也相同输出电压高且谐波小，dv/dt低，可以用于普通交流电动机。本技术与现有变频器的区别是功率单元中的交-直变换(整流器)不同，本技术采用由自关断器件构成的整流/回馈电源，允许双向功率流，变频器可四象限运行，电动工作时功率从电网流向电动机，再生工作时功率从电动机返回电网。由于各个功率单元的逆变器控制属于公知技术，在此不做说明。本技术中的各个功率单元中的整流器均采用由自关断器件构成的整流/回馈电源，如图3(a)及3(b)所示，图中X是三相进线电抗器;CB是由6个电子开关(SA1、SA2、Sbi> SB2, Sci, Sc2)构成的三相可控桥，每个电子开关S由一个自开关器件V (IGBT、或IGCT、或IEGT)及一个续流二极管D反并联构成；Cd是直流贮能电容；Id.K和Iil分别是交-直变换(整流器)和直-交变换(逆变器)的直流电流；Ud是直流母线电压；uiA、uiB、uiC是三相交流进线相电压；^八是々相相电流；该整流/回馈电源由6个电子开关S构成的三相可控桥CB和三相进线电抗器X两部分连接构成，三相可控桥CB中的每个电子开关S均由一个自控开关器件V及一个续流二极管D反并联构成，该可控开关器件V可以采用IGBT器件，或者`采用IGCT器件，或者采用IEGT器件。由于整流/回馈电源需要的进线电抗值小，变频器主电源变压器中各组付方绕组的漏抗己能满足，不需另外增设电抗器；三相可控桥CB的控制不采用脉宽调制(PWM)，也没有任何闭环调节。桥中每个电子开关S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(如图5所示)。由于电路中开关器件的开关频率只有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自关断器件整流/回馈电源的H桥级联四象限变频器，由每相多个功率单元级联构成，其特征在于：每个功率单元中的整流器采用由自关断器件构成的整流/回馈电源，该整流/回馈电源由三相可控桥CB和三相进线电抗器X连接构成，该三相可控桥CB由6个电子开关S连接构成，每个电子开关S由一个可控开关器件V及一个续流二极管D反并联构成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马小亮，
申请(专利权)人：天津电气传动设计研究所，天津天传能源设备有限公司，
类型：实用新型
国别省市：