一种级联型变频器及功率单元制造技术

本发明专利技术公开一种级联型变频器、功率单元及其旁路模块，其中旁路模块用于旁路功率单元的主电路模块，主电路模块包括熔断器、整流器、母线电容、H逆变桥，从H逆变桥上引出两点作为第一输出端和第二输出端；旁路电路包括一第一开关元件、一第二开关元件、一第一二极管和一第二二极管；旁路电路的第一桥臂包括一开关元件，第二桥臂包括一二极管；从第一桥臂上引出一点作为第一输入端，从第二桥臂上引出一点作为旁路电路的第二输入端，第一输入端和第一输出端电性连接，第二输入端和第二输出端电性连接。级联型变频器功率单元包括旁路模块，级联型变频器包括功率单元。本发明专利技术提供的级联型变频器、功率单元及其旁路模块可靠性高、结构简单、损耗小。

【技术实现步骤摘要】
分案说明本专利申请是申请号为201110357786.9、申请日为2011年11月11日、专利技术名称为一种级联型变频器、功率单元及其旁路模块的专利申请的分案申请。
本专利技术涉及变频器
，更具体地，涉及一种级联型变频器、功率单元及其旁路模块。
技术介绍
随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，大功率变频器不断地成熟应用起来，特别是在中、高压器件应用的可靠性还不是太高且价格昂贵的情况下，近年人们通过低压的功率单元级联的方式使这一问题得到很好的解决，因此级联变频器应用的领域和范围也越来越广泛，这使得高效、合理地利用能源(尤其是电能)成为了可能。在级联变频器中，功率单元的数目根据变频器电压等级不同而不同。例如6kV变频器，每相通常有5个或者6个功率单元串联，每个功率单元提供相同的输出电压，共有15个或者18个功率单元，而10kV变频器，功率单元的数目更是多达27个，如此多的功率单元，一旦某个功率单元发生故障，如果没有合理的处理措施，则整个变频器发生故障，无法继续运行，就会造成一定的经济损失或者将事故扩大化。变频器的可靠性由于功率单元数目多而变低。功率单元旁路电路可以有效解决这个问题。由于功率单元在正常工作时是主电路导通，即主电路正常工作，则整个变频器可正常工作，因此级联型变频器功率单元的旁路电路(BYPASSCircuit)是在一功率单元的主电路发生故障时，为了不造成整个变频器系统停机，将故障功率单元的主电路旁路(短路)的一种旁路装置。现有技术中，在级联型变频器中，每个功率单元都有一个旁路电路，当某个功率单元的主电路发生故障而不能正常输出电压时，为了不造成整个变频器停机，需要利用故障单元的旁路电路将故障部分旁路(短路)，即对应的旁路电路切上工作，这样故障功率单元的主电路就会被旁路掉，就可以使整个变频器继续运行，保证不会由于变频器停机造成经济或者其他损失。中国专利申请201010218945.2公开一种单元级联高压变频器的单元旁路电路，该旁路电路功率单元出现故障时，需要手动闭合机械操作刀闸，更换出现故障的功率单元后再将该机械操作刀闸断开，效率低下。现有技术还公开一种如图1所示的采用接触器的机械方式作为旁路电路的技术方案，其由辅助开关KM控制其切合或者断开，此旁路电路可靠性高，在小功率变频器系统中很有优势，但在大功率变频器系统中，由于接触器体积大且成本高，会使得系统设计更加复杂，成本较高。综上所述，现有技术的级联型变频器中的旁路电路具有成本高，体积大等缺点，需要进一步改进。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种级联型变频器、功率单元及其旁路模块，有效地解决了现有的旁路电路成本较高、体积大等问题，其电路结构简单、导通损耗低、可靠性高。为实现本专利技术目的而提供的一种级联型变频器功率单元旁路模块，用于旁路所述功率单元的主电路模块，所述主电路模块包括熔断器、整流器、母线电容、H逆变桥，从所述H逆变桥上引出两点作为所述主电路模块的一第一输出端和一第二输出端，包括旁路电路；所述旁路电路包括一第一开关元件、一第二开关元件、一第一二极管和一第二二极管；所述旁路电路包括一第一桥臂和一第二桥臂，所述第一桥臂包括一开关元件，所述第二桥臂包括一二极管；从所述旁路电路的第一桥臂上引出一点作为所述旁路电路的第一输入端，从所述旁路电路的第二桥臂上引出一点作为所述旁路电路的第二输入端，所述第一输入端和所述主电路模块的第一输出端电性连接，所述第二输入端和所述主电路模块的第二输出端电性连接；当所述主电路模块发生故障且旁路电路切上工作时，所述旁路电路的一开关元件和一二极管导通以旁路相应的功率单元的主电路模块。其中，所述第一开关元件为第一绝缘栅双极型晶体管，所述第二开关元件为第二绝缘栅双极型晶体管。其中，所述旁路电路包括所述第一绝缘栅双极型晶体管、所述第二绝缘栅双极型晶体管、所述第一二极管和所述第二二极管；所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极和所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极电性连接，所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阴极电性连接，所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极和所述第一二极管的阴极电性连接，所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极和所述第二二极管的阳极电性连接；在所述第一绝缘栅双极型晶体管和所述第二绝缘栅双极型晶体管之间的一点引出一导线作为所述旁路电路的第一输入端；在所述第一二极管和所述第二二极管之间的一点引出一导线作为所述旁路电路的第二输入端；所述第一二极管和第一绝缘栅双极型晶体管组成第一条支路，所述第二二极管和所述第二绝缘栅双极型晶体管组成第二条支路；所述主电路模块的第一输出端电性连接所述旁路电路的第一输入端，所述主电路模块的第二输出端电性连接所述旁路电路的第二输入端。其中，所述旁路电路的第一输入端接收的电流为负，第二输入端接收的电流为正时，功率单元的主电路模块发生故障且旁路电路切上工作，则所述旁路电路的第一二极管和第一绝缘栅双极型晶体管导通以旁路相应的功率单元的主电路模块，使整个级联型变频器仍能继续工作。其中，所述旁路电路的第一输入端接收的电流为正，第二输入端接收的电流为负时，功率单元的主电路模块发生故障且旁路电路切上工作，则所述旁路电路的第二二极管和第二绝缘栅双极型晶体管导通以旁路相应的功率单元的主电路模块，使整个级联型变频器仍能继续工作。其中，所述旁路电路包括所述第一绝缘栅双极型晶体管、所述第二绝缘栅双极型晶体管、所述第一二极管和所述第二二极管；所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极和所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极电性连接，所述第一二极管的阴极和所述第二二极管的阳极电性连接，所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极和所述第一二极管的阳极电性连接，所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极和所述第二二极管的阴极电性连接；在所述第一绝缘栅双极型晶体管和所述第二绝缘栅双极型晶体管之间的一点引出一导线作为所述旁路电路的第一输入端；在所述第一二极管和所述第二二极管之间的一点引出一导线作为所述旁路电路的第二输入端；所述第一二极管和第一绝缘栅双极型晶体管组成第一条支路，所述第二二极管和所述第二绝缘栅双极型晶体管组成第二条支路；所述主电路模块的第一输出端电性连接所述旁路电路的第一输入端，所述主电路模块的第二输出端电性连接所述旁路电路的第二输入端。其中，所述旁路电路的第一输入端接收的电流为正，第二输入端接收的电流为负时，功率单元的主电路模块发生故障且旁路电路切上工作，则所述旁路电路的第一二极管和第一绝缘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于级联型变频器的功率单元，其特征在于，包括主电路模块以及旁路电路；其中，所述主电路模块包括：一三相输入端，用于接收一三相交流电；一母线电容，包括第一端以及第二端；一整流器，与所述三相输入端电性连接；所述整流器用于将所述三相交流电整流为直流电输出至所述母线电容的所述第一端以及所述第二端；一H逆变桥，包括第一至第四开关元件；所述第一至第四开关元件均具有第一端、第二端及控制端；所述第一开关元件及第三开关元件的第一端与所述母线电容的第一端连接，所述第二开关元件及第四开关元件的第二端与所述母线电容的第二端连接；一第一输出端，与所述第一开关元件的第二端及所述第二开关元件的第一端连接；一第二输出端，与所述第三开关元件的第二端及所述第四开关元件的第一端连接；所述旁路电路包括：一第一支路及第二支路，所述第一支路与第二支路允许电流流通的方向相反；所述第一支路包括串联在所述第一输出端和所述第二输出端间的第五开关元件及第一二极管；所述第二支路包括串联在所述第一输出端和所述第二输出端间的第六开关元件及第二二极管；一吸收电路，包括一吸收电容，所述吸收电容的两端分别与所述第一支路的中点以及第二支路的中点连接；一第一保护电阻，所述第一保护电阻的一端与所述吸收电容的一端电性连接，所述第一保护电阻的另一端与所述母线电容的所述第一端电性连接；一第二保护电阻，所述第二保护电阻的一端与所述吸收电容的另一端电性连接，所述第二保护电阻的另一端与所述母线电容的所述第二端电性连接。...

【技术特征摘要】
1.一种应用于级联型变频器的功率单元，其特征在于，包括主电路模块以及旁路
电路；其中，所述主电路模块包括：
一三相输入端，用于接收一三相交流电；
一母线电容，包括第一端以及第二端；
一整流器，与所述三相输入端电性连接；所述整流器用于将所述三相交流电整流为
直流电输出至所述母线电容的所述第一端以及所述第二端；
一H逆变桥，包括第一至第四开关元件；所述第一至第四开关元件均具有第一端、
第二端及控制端；所述第一开关元件及第三开关元件的第一端与所述母线电容的第一端
连接，所述第二开关元件及第四开关元件的第二端与所述母线电容的第二端连接；
一第一输出端，与所述第一开关元件的第二端及所述第二开关元件的第一端连接；
一第二输出端，与所述第三开关元件的第二端及所述第四开关元件的第一端连接；
所述旁路电路包括：
一第一支路及第二支路，所述第一支路与第二支路允许电流流通的方向相反；所述
第一支路包括串联在所述第一输出端和所述第二输出端间的第五开关元件及第一二极
管；所述第二支路包括串联在所述第一输出端和所述第二输出端间的第六开关元件及第
二二极管；
一吸收电路，包括一吸收电容，所述吸收电容的两端分别与所述第一支路的中点以
及第二支路的中点连接；
一第一保护电阻，所述第一保护电阻的一端与所述吸收电容的一端电性连接，所述
第一保护电阻的另一端与所述母线电容的所述第一端电性连接；
一第二保护电阻，所述第二保护电阻的一端与所述吸收电容的另一端电性连接，所
述第二保护电阻的另一端与所述母线电容的所述第二端电性连接。
2.根据权利要求1所述的功率单元，其特征在于，所述吸收电路还包括：
一第三保护电阻，所述吸收电容和所述第三保护电阻串联连接后与所述第一支路的
所述中点以及所述第二支路的所述中点连接。
3.根据权利要求1所述的功率单元，其特征在于，所述旁路电路还包括：
一RC支路，所述RC支路包括第四电阻和储能电容；所述第四电阻和所述储能电容
串联连接后与所述第一支路的所述中点以及所述第二支路的所述中点连接；
一旁路电路状态检测单元，所述旁路电路状态检测单元与所述RC支路并联，用于
检测所述旁路电路是否工作。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的功率单元，其特征在于，还包括一功率单
元控制模块；所述功率单元的控制模块包括：
一故障检测单元，所述故障检测单元用于检测所述主电路模块是否故障；
一控制电路，所述控制电路用于在所述故障检测单元检测出故障时，发送故障检测
信号。
5.根据权利要求4所述的级联型变频器，其特征在于，所述故障检测单元包括缺
相检测电路和/或桥臂故障检测电路；
所述缺相检测电路与所述三相输入端电性连接，用于检测所述主电路模块在所述三
相输入端是否发生故障；
所述桥臂故障检测电路与所述H逆变桥电性连接，用于检测所述H逆变桥是否发生
故障。
6.根据权利要求1所述的级联型变频器功率单元，其特征在于，还包括：
一旁路控制电路，所述旁路控制电路与所述第五开关元件和所述第六开关电性连
接，用于控制所述第五开关元件和所述第六开关元件的导通或断开。
7.一种应用于级联型变频器的功率单元，其特征在于，包括主电路模块以及旁路
电路；其中，所述主电路模块包括：
一三相输入端，用于接收一三相交流电；
一整流器，与所述三相输入端电性连接并包括两输出端；所述整流器用于将所述三
相交流电整流为直流电并通过所述两输出端输出；
一母线电容，包括第一端以及第二端，所述母线电容的第一端以及第二端分别与所
述整流器的两输出端连接；
一H逆变桥，包括第一至第四开关元件；所述第一至第四开关元件均具有第一端、
第二端及控制端；所述第一开关元件及第三开关元件的第一端与所述母线电容的第一端
连接，所述第二开关元件及第四开关元件的第二端与所述母线电容的第二端连接；
一第一输出端，与所述第一开关元件的第二端及所述第二开关元件的第一端连接；
一第二输出端，与所述第三开关元件的第二端及所述第四开关元件的第一端连接；
所述旁路电路包括：
一第一支路及第二支路，所述第一支路与第二支路允许电流流通的方向相反；所述
第一支路包括串联在所述第一输出端和所述第二输出端间的第五开关元件及第一二极
管；所述第二支路包括串联在所述第一输出端和所述第二输出端间的第六开关元件及第

\t二二极管。
8.根据权利要求7所述的功率单元，其特征在于，所述第五开关元件为第一绝缘
栅双极型晶体管，所述第六开关元件为第二绝缘栅双极型晶体管；其中：
所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极和所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极
电性连接，所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阴极电性连接，所述第一绝缘栅
双极型晶体管的集电极和所述第一二极管的阴极电性连接，所述第二绝缘栅双极型晶体
管的发射极和所述第二二极管的阳极电性连接；并且，在所述第一绝缘栅双极型晶体管
和所述第二绝缘栅双极型晶体管之间的一点引出一导线连接至所述第一输出端，以及，
在所述第一二极管和所述第二二极管之间的一点引出一导线连接至所述第二输出端。
9.根据权利要求8所述的功率单元，其特征在于，其中：
所述第一输出端输出的电流为负，所述第二输出端输出的电流为正时，所述功率单
元的所述主电路模块发生故障且所述旁路电路切上工作，则所述旁路电路的所述第一二
极管和所述第一绝缘栅双极型晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘鸿坚，
申请(专利权)人：台达电子企业管理上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31