一种交流直流转换器以及一种变频器制造技术

本发明专利技术公开了一种交流直流转换器，包括：基于三相晶闸管的转换器、基于简化后的绝缘栅双极型晶体管（ＩＧＢＴ）的全桥转换器，以及连接于两者之间的电感；在驱动模式下，基于三相晶闸管的转换器按照交流－直流整流器的方式进行工作，基于简化后的ＩＧＢＴ的全桥转换器按照升压斩波电路的方式进行工作，并控制电感对供电电网的电流谐波进行抑制，以提高功率因数；在再生制动模式下，基于三相晶闸管的转换器将再生能量反馈给供电系统，以实现能量回收。本发明专利技术同时公开了一种变频器。应用本发明专利技术所述的方案，既能提高功率因数，又能实现能量回收，且实现成本较低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子电路技术，特别涉及一种交流直流转换器以及包含该交流直流转 换器的变频器。
技术介绍
目前，变频调速电机驱动(变频器)已经在各不同的工业领域内得到了广泛应用， 主要用于进行精确的速率控制或节省能量等。由于结构简单且成本较低，在大多数的变频 器中，均采用二极管桥式整流器来进行交流(AC，Alternating Current)到直流(DC，Direct current)的转换。图1为现有常用的变频器的结构示意图。如图1所示，二极管桥式整流 器用于处理交流到直流的转换，基于绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated GateBipolar Transi si tor)的变频器用于处理直流到交流的转换。但是，二极管桥式整流器有其自身的局限性。首先，它是一个不可控设备，而且其 输入电流(供电电网电流)中包括显著的谐波(低功率因数)，从而给供电系统带来了额外 的无功功率和电压应力；另外，二极管桥式整流器为一单向设备，因此，无法在再生制动过 程中进行能量回收。为提高功率因数，现有技术中常用的处理方式是使用电抗器。图2为现有具有电 抗器的变频器的结构示意图。如图2所示，可将电抗器连接在直流侧，利用电抗器本身固有 的滤除谐波的功能来提高功率因数。这种方式实现起来比较简单，但由于电抗器的体积通 常较大，所以也使得变频器变重变大，并使得成本显著增加。现有技术中还提出利用有源滤 波器来提高功率因数(连接在图1所示R、S、T端)，具体实现时可采用多个有源电力滤波 器串联或并联的方式。这种方式能够实现单位功率因数，但也带来了成本的增加，因为有源 滤波器的成本和变频器本身相差无几。对于在再生制动过程中产生的再生能量，通常可利用制动电阻来消耗掉该再生能 量。图3为现有具有制动电阻的变频器的结构示意图。但是，制动电阻的体积通常较大，所 以使得变频器变重变大，而且这种处理方式还会带来发热问题。另外，出于节省能量的考 虑，还可利用辅助设备将再生能量返回给供电系统，但同样成本较高。当前，又将研究的重点放在了基于IGBT的整流器上，其工作方式为脉冲宽度调制 (PWM,Pulse Width Modulation)整流。图4为现有具有基于IGBT的整流器的变频器的结 构示意图。PWM整流方式本身的特点，即能量双向流动以及能起到高频开关的作用等特点保 证了图4所示结构既能达到提高功率因数的目的，又能实现能量回收。但是，该整流器由三 相IGBT桥以及三相电感组成，而且，需要利用复杂的控制算法来产生IGBT的驱动信号，因 此，成本非常高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种交流直流转换器，既能达到提高功率 因数的目的，又能实现能量回收，且实现成本较低。本专利技术 的另一目的在于提供一种变频器，既能达到提高功率因数的目的，又能实 现能量回收，且实现成本较低。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的一种交流直流转换器，包括基于三相晶闸管的转换器、基于简化后的绝缘栅双极 型晶体管的全桥转换器，以及连接在所述基于三相晶间管的转换器和基于简化后的绝缘栅 双极型晶体管的全桥转换器之间的电感；其中所述基于三相晶闸管的转换器，用于在驱动模式下，按照交流-直流整流器的方 式进行工作，在再生制动模式下，将再生能量反馈给供电系统；所述基于简化后的绝缘栅双极型晶体管的全桥转换器，用于在驱动模式下，按照 升压斩波电路的方式进行工作，在再生制动模式下，按照降压斩波电路的方式进行工作；所述电感，用于在所述基于简化后的绝缘栅双极型晶体管的全桥转换器的控制下 对供电电网的电流谐波进行抑制。一种变频器，包括交流直流转换器、电容以及基于绝缘栅双极型晶体管的变频 器；所述交流直流转换器包括基于三相晶间管的转换器、基于简化后的绝缘栅双极型晶 体管的全桥转换器，以及连接在所述基于三相晶间管的转换器和基于简化后的绝缘栅双极 型晶体管的全桥转换器之间的电感；其中所述基于三相晶闸管的转换器，用于在驱动模式下，按照交流-直流整流器的方 式进行工作，在再生制动模式下，将再生能量反馈给供电系统；所述基于简化后的绝缘栅双极型晶体管的全桥转换器，用于在驱动模式下，按照 升压斩波电路的方式进行工作，在再生制动模式下，按照降压斩波电路的方式进行工作；所述电感，用于在所述基于简化后的绝缘栅双极型晶体管的全桥转换器的控制下 对供电电网的电流谐波进行抑制。可见，采用本专利技术的技术方案，在驱动模式下，基于三相晶闸管的转换器按照交 流-直流整流器的方式进行工作，基于简化后的IGBT的全桥转换器按照升压斩波电路的方 式进行工作，以控制电感对供电电网的电流谐波进行抑制，提高功率因数；在再生制动模式 下，控制基于三相晶闸管的转换器将再生能量反馈给供电系统，以实现能量的回收，同时， 控制基于简化后的IGBT的全桥转换器按照降压斩波电路的方式进行工作，以控制电感对 供电电网的电流谐波进行抑制，从而使得在能量回收过程中的功率因数得以保证。另外，相 比于现有技术，本专利技术所述方案中的交流直流转换器只需要由两个IGBT以及一个晶闸管 转换器等组成，成本较低。附图说明下面将通过参照附图详细描述本专利技术的优选实施例，使本领域的普通技术人员更 清楚本专利技术的上述及其它特征和优点，附图中图1为现有常用的变频器的结构示意图；图2为现有具有电抗器的变频器的结构示意图；图3为现有具有制动电阻的变频器的结构示意图；图4为现有具有基于IGBT的整流器的变频器的结构示意图；图5为具有本专利技术所述AC-DC转换器的变频器的结构示意图6为图5所示AC-DC转换器在驱动模式下的工作方式示意图；图7为图5所示AC-DC转换器在再生制动模式下的工作方式示意图；图8为采用现有具有二极管桥式整流器的变频器后供电电网的电流波形及频谱 示意图；其中，图8(A)为电流波形示意图，图8(B)为频谱示意图；图9为采用现有具有电抗器的变频器后供电电网的电流波形及频谱示意图；其 中，图9(A)为电流波形示意图，图9(B)为频谱示意图；图10为采用具有本专利技术所述AC-DC转换器的变频器后供电电网的电流波形和频 谱示意图；其中，图10(A)为电流波形示意图，图10(B)为频谱示意图；图11为在再生制动模式下采用本专利技术所述AC-DC转换器后的仿真结果示意图；其 中，图Il(A)为供电电网电压波形示意图，图Il(B)为供电电网电流波形示意图。具体实施例方式针对现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种全新的AC-DC转换器结构，不但能 够提高功率因数，而且具备能量回收功能，且成本较低。为了使本专利技术的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发 明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用 于限定本专利技术。图5为具有本专利技术所述AC-DC转换器的变频器的结构示意图。如图5所示，该变频 器主要由AC-DC转换器、电容以及基于IGBT的变频器三部分组成，其中，电容以及基于IGBT 的变频器两部分的功能与现有技术中相同，不再赘述。AC-DC转换器主要包括基于三相晶闸管的转换器51、基于简化后的IGBT的全桥 转换器52，以及连接在基于三相晶闸管的转换器51和基于简化后的IGBT的全桥转换器52 之间的电感53。由于全桥转换器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交流直流转换器，其特征在于，包括：基于三相晶闸管的转换器（５１）、基于简化后的绝缘栅双极型晶体管的全桥转换器（５２），以及连接于所述基于三相晶闸管的转换器（５１）和基于简化后的绝缘栅双极型晶体管的全桥转换器（５２）之间的电感（５３）；其中：所述基于三相晶闸管的转换器（５１），用于在驱动模式下，按照交流－直流整流器的方式进行工作，在再生制动模式下，将再生能量反馈给供电系统；所述基于简化后的绝缘栅双极型晶体管的全桥转换器（５２），用于在驱动模式下，按照升压斩波电路的方式进行工作，在再生制动模式下，按照降压斩波电路的方式进行工作；所述电感（５３），用于在所述基于简化后的绝缘栅双极型晶体管的全桥转换器（５２）的控制下对供电电网的电流谐波进行抑制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚吉隆，吴学智，赵研峰，克晶，宋英华，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]