无谐波污染高压大功率变频器制造技术

一种无谐波污染高压大功率变频器。它解决了现有功率模块单元串联高压大功率变频器缺少能量回馈装置、旁路电路不可靠和空气过滤网维护困难的问题。本发明专利技术在现有功率模块单元串联大功率高压变频器中增加了能量回馈装置、旁路电路预充电电路和易于更换的空气过滤网。所述能量回馈装置主要由反并联在每一个功率模块单元整流桥旁的反馈桥和反馈桥控制电路构成；所述旁路电路包括并联在每一功率模块单元旁的二极管整流桥、可控硅和预充电电路；所述空气过滤网装置主要由前面板和过滤网支撑机构构成，前面板上设有通风孔、用于将前面板固定在变频器上的第一固定装置和用于固定过滤网支撑机构的第二固定装置，在过滤网支撑机构上固定有过滤网。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高压大功率变频器，尤指一种无谐波污染的、具有能量回馈装置、旁路电路和空气过滤网装置的高压大功率变频器。但是，这种由功率模块单元串联构成的高压大功率变频器在使用中存在以下几个缺点1、缺少能量回馈装置高压大功率变频器的功率一般都在300KW以上。它的优点是节能显著，改善工况特性明显，但是，当负载制动时，会产生很大的能量。这部分制动能量不能靠简单的电阻、电容串联的方法耗散掉，一般是将其回馈到电网，将制动能量再利用，但是，如何实现这种能量的回馈，并且对交流电网无谐波污染，目前一直没有得到很好地解决。2、缺少工作可靠、功耗低的旁路电路由功率模块单元串联构成的高压大功率变频器在使用过程中，偶尔会出现某个或某几个功率模块发生故障的情况，这时就迫切地需要一旁路电路。当某个或几个功率模块发生故障时，可以通过旁路电路将其旁路出系统，而由剩下的功率模块继续给电机供电，从而不影响系统的运行。目前，国内高压大功率变频器中使用的旁路电路主要有两种。一种是由继电器构成的旁路电路，其缺点是由于继电器的机械触点有时接触不良或不能准确动作，影响了系统的可靠性。现在普遍采用的另一种形式的旁路电路如图3所示，它由设置在逆变桥23′旁边的单相二极管整流桥4′和可控硅5′构成。当某个功率模块出现故障时，系统关断逆变桥23′，触发可控硅5′，使电流通过二极管整流桥4′和可控硅5′形成的通路流过。但是，这种旁路电路在实际应用中存在一定的问题，即旁路电路不能真正起到旁路故障功率模块的作用。因为它对旁路电路中的二极管和可控硅提出了较高的要求，众所周知，IGBT的开关时间很短，一般在300纳秒左右，现在使用1700V的IGBT，直流母线电压可达到1000V左右，于是IGBT开关时产生的dv/dt将在3000V/us的量级，而可控硅能承受的dv/dt一般在1000V/us以下。所以，图3所示的电路，在刚上电时，可控硅两端的电压为零，当功率模块(如IGBT)开始正常导通的瞬间，可控硅就会耐受超过其耐受能力的dv/dt。当可控硅的结电容、电路物理阻抗和杂散电抗较小时，将引起可控硅的误导通，从而造成逆变桥输出短路，引起功率模块故障。可以在图3的U、V处增加限制dv/dt的措施，比如加电感器、电阻等，但是，当功率模块旁路运行时，它们要流过大电流，这样使其功耗大、体积大、成本高。3、缺少安全、简单、方便、易于更换的空气过滤网装置变频器内主要由一些功率元件如功率半导体器件、变压器、电抗器、电阻等组成，这些功率元件在工作过程中要消耗一定的能量，这些能量均以热量的形式散发掉，因此，必须将这些功率元件发出的热量尽快散释放掉。目前，变频器使用最多的散热方式是强迫空冷方式，即利用空气的流动带走热量。但是，由于大气污染，空气中存在许多灰尘，尤其是在北方粉尘较大的环境中，如果过多的灰尘进入到变频器中，将对变频器的安全、稳定的运行带来极大的威胁，所以强迫空冷时，为了防止空气中的尘埃对系统的影响，在进风口处一般需要加装空气过滤网。空气过滤网需要经常清洗，以防止被堵塞而影响进风量。通常，这种空气过滤网是通过螺钉固定在变频器内部。为了清洗或更换滤网，一般都需要停机、断电再进行。因为，变频器内一般有强电电压，以国产变频器为例，一般低压变频器为380伏，高压变频器为几千伏，为了操作人员的安全，变频器机柜外壳必须接地，在运行中禁止打开柜门，而且，在更换、清洗过滤网时一般都需要停机、断电再进行，防止发生设备和人员事故。这样，不可避免地给用户生产造成一定程度的损失。本专利技术的另一目的是提供一种工作可靠、功耗低、成本小的高压变频器旁路电路。为了解决更换变频器过滤网难、不安全的问题，本专利技术的目的是提供一种可在不停机的情况下，安全、简单、方便地更换过滤网的变频器空气过滤网装置。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案一种无谐波污染高压大功率变频器，它主要包括多副边绕组移相变压器、多个功率模块单元和控制系统；所述功率模块单元主要由二极管整流桥、并联在直流母线侧的大电容、大电阻和逆变桥构成；其特征在于它还包括一能量回馈装置；所述能量回馈装置主要由多个反馈桥和反馈桥控制电路构成；所述反馈桥的数量与构成变频器的功率模块单元的数量相一致，即在每一个功率模块单元的整流桥旁反并联一反馈桥；所述反馈桥控制电路包括用于控制反馈桥导通与关断的能量回馈工况判断电路和用于触发反馈桥器件导通的反馈桥触发电路。所述能量回馈工况判断电路主要由功率单元整流桥整流电压峰值检测电路、功率单元直流母线电压检测电路和比较/判断电路构成；整流桥整流电压峰值检测电路用于检测整流桥整流后电压的峰值，并作为比较/判断电路的一个输入端；直流母线电压检测电路用于检测功率单元直流母线P、N之间的电压，并作为比较/判断电路的另一个输入端；比较/判断电路对这两个检测电压进行比较、判断，并输出控制信号，控制反馈桥的导通或关断。所述反馈桥触发电路采用6脉冲控制方式；它由电压检测电路和抗干扰电路组成；该电压检测电路采用比较器和选择器，对于反馈桥上桥臂的三个器件，选择电压最高的一只给出触发信号；对于反馈桥下桥臂的三个器件，选择电压最低的一只给出触发信号。所述反馈桥触发电路也可以采用鉴相器的方法，采用过零检测电路和锁相环电路，跟踪输入电压的相位，任何时刻只给出两个反馈桥器件的导通控制信号，对于上桥臂的三个器件，选择R、S、T电压瞬时值最高的一个给出导通信号；对于下桥臂的三个器件，选择R、S、T电压瞬时值最低的一个给出导通信号。本专利技术无谐波污染高压大功率变频器还包括一旁路电路；所述旁路电路包括并联在高压变频器每一功率模块单元逆变桥旁的二极管整流桥、可控硅和预充电电路；所述预充电电路串联在变频器直流母线输出侧、与每一功率模块并联的二极管整流桥、可控硅之间。本专利技术无谐波污染高压大功率变频器还包括一易于更换的空气过滤网装置，该空气过滤网装置主要由前面板和过滤网支撑机构构成；所述前面板上设有通风孔、用于将前面板固定在变频器上的第一固定装置和用于固定过滤网支撑机构的第二固定装置；所述过滤网支撑机构为一框架，在框架上固定有过滤网。所述第一固定装置包括一门锁和一插片；所述门锁安装在前面板的上部，所述插片位于前面板的底部；所述第二固定装置安装在前面板的背面，它包括上滑轨和下滑轨；所述过滤网支撑机构为一框架，框架的顶部和底部设有凹槽。由于本专利技术采用以上设计方案，故具有以下优点1、由于本专利技术在每一功率单元的整流桥旁反并联一反馈桥和控制电路，所以，在高压变频器制动时，可以通过反馈桥将负载产生的制动能量回馈给交流电网、再利用。由于本专利技术反馈桥由满足功率单元内部电压标准的低压器件构成，故成本低；另外，控制部分的实现也非常方便，只需附加相应的电压检测环节和电压比较器即可，技术可行性好；在控制上，省去了复杂的PWM计算等，降低了控制电路的负担，同时，由于开关方式为六脉冲，使开关损耗降到最低。更重要的是，虽然本专利技术功率单元内普通二极管整流桥的电流波形中含有大量的谐波成分，以及反馈桥中还有的大量谐波成分，但是可通过移相变压器，使谐波成分互相抵消掉，从而减少对电网的谐波污染。2、由于本专利技术在每一功率单元旁并联一旁路电路，在高压变频器功率模块单元工作前，首先将旁路电路中可控硅两本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无谐波污染高压大功率变频器，它主要包括多副边绕组移相变压器、多个功率模块单元和控制系统；所述功率模块单元主要由二极管整流桥、并联在直流母线侧的大电容、大电阻和逆变桥构成；其特征在于：它还包括一能量回馈装置； 所述能量回馈装置主要由多个反馈桥和反馈桥控制电路构成； 所述反馈桥的数量与构成变频器的功率模块单元的数量相一致，即在每一个功率模块单元的整流桥旁反并联一反馈桥； 所述反馈桥控制电路包括用于控制反馈桥导通与关断的能量回馈工况判断电路和用于触发反馈桥器件导通的反馈桥触发电路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：倚鹏，程世宇，
申请(专利权)人：北京利德华福电气技术有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]