本发明专利技术涉及一种四象限三电平功率单元，其特征在于，包括分别连接到直流母线的三相三电平整流桥、均压电阻、直流支撑电容模块以及单相三电平逆变桥，其中所述三相三电平整流桥与单相三电平逆变桥背靠背连接，所述三相三电平整流桥包括三相第一桥臂且每相第一桥臂包括四个功率开关管及其反并联续流功率管以及两个箝位模块，所述箝位模块的中间抽头连接到直流支撑电容模块的中间抽头。本发明专利技术还提供一种包括上述四象限三电平功率单元的高压变频器。本发明专利技术通过三电平拓扑结构，使得功率单元输出电压得到大幅提升，从而可使高压变频器整机串联的功率单元数量大大减少，整机可靠性高，寿命长。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高压变频器领域，更具体地说，涉及一种四象限三电平功率单元及高 压变频器。
技术介绍
随着电气传动技术，尤其是变频调速技术的发展，作为大容量传动的高压变频器 技术也得到了广泛的应用。高压电机利用高压变频器可以实现无级调速，满足生产工艺过 程对电机调速控制的要求，以提高产品的产量和质量。此外，使用电机还可大幅度节约能 源，降低生产成本。功率单元串联型多电平高压变频器是目前国内厂商最为青睐的技术方案，其通过 在输入端设置一台输入隔离变压器，将输入高压交流电变成多组低压交流电，每组低压交 流电分别输入到一个功率单元，经整流滤波为直流电后，再逆变成为交流电，各功率单元输 出的交流信号在逆变侧串联成为高压交流输出供给高压电动机。该方案采用低压器件实现 高压变频输出，器件无需串联，输入输出谐波非常小，是一种很优秀的高压变频方案。如图1所示，是功率单元串联多电平式高压变频器的结构示意图，该高压变频器 主要由多副边绕组移相变压器I’、多个功率单元2’和控制系统3’构成；其中多个功率单 元2’彼此串联形成频率可调的高压交流电源U、V、W。整个电路由A、B、C三相组成，每一相 由功能结构相同的N个功率单元叠加而成。每一相的N个功率单元的输出端顺次相连，从 而构成串联叠加的方式，控制每个功率单元的输出情况，经叠加后就可得到一个接近正弦 的多阶梯波。构成上述高压变频器的主要元器件功率单元2’的内部结构如图2所示，主要由二 极管整流桥21’、并联在直流母线侧的大电容、均压电阻22’和逆变桥23’构成。采用上述功率单元21’的高压变频器存在以下缺点单元输出电压低，要达到高 压输出需要串联的单元数量多，故障率高；输入变压器副边绕组多，制造工艺复杂；整机体 积庞大，成本高；较难实现四象限运行。如图3所示，是目前普遍使用的具备能量回馈的功率单元。该功率单元主要由二 极管整流桥21、反馈桥22(由反并联在整流桥21的每一二极管的多个开关管组成)、并联 在直流母线侧的母线电容和均压电阻23和逆变桥24构成。在高压变频器正常运行时，反馈桥22关断，电路其他部分的工作与没有此反馈桥 是一样的。当电机制动运行时，能量通过功率单元逆变桥24回馈到直流母线电容中，导致 母线电容电压升高，当电容电压高于二极管整流桥21的整流电压峰值时，二极管整流桥关 断，此时可以有选择的使反馈桥22的器件导通，将母线电容中的能量通过反馈桥、移相整 流变压器反馈回电网。这种方式的功率单元虽然可以实现简单的能量回馈，但由于反馈桥 开关管为半控型器件，开关频率低，导致回馈到电网的电能的谐波含量大，损耗高。且单元 输出电压仍然不高，整机串联的功率单元数量并没有下降。针对以上缺点，许多厂商也做了大量的试验来试图提高功率单元的输出电压，减少整机串联功率单元的个数。但由于功率器件耐压的限制，单元电压输出最高也只能在 750V左右。仍不能将整机串联功率单元数减少，无法解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有功率单元单元输出电压不足的缺陷，提 供一种四象限三电平功率单元及高压变频器。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种四象限三电平功率单元， 包括分别连接到直流母线的三相三电平整流桥、均压电阻、直流支撑电容模块以及单相三 电平逆变桥，其中所述三相三电平整流桥与单相三电平逆变桥背靠背连接，所述三相三电 平整流桥包括三相第一桥臂且每相第一桥臂包括四个功率开关管及其反并联续流功率管 以及两个箝位模块，所述箝位模块的中间抽头连接到直流支撑电容模块的中间抽头。在本专利技术所述的四象限三电平功率单元中，所述单相三电平逆变桥包括两相第二 桥臂，且每相第二桥臂包括串联在所述直流母线间的四个功率开关管、两个箝位模块以及 分别并联在每一所述功率开关管两端的四个续流功率管，所述箝位模块的中间抽头连接到 直流支撑电容模块的中间抽头。在本专利技术所述的四象限三电平功率单元中，还包括连接在三相电平整流桥输入端 的滤波电路。在本专利技术所述的四象限三电平功率单元中，所述直流支撑电容模块具有中间抽 头，且将直流母线分为三个电平。在本专利技术所述的四象限三电平功率单元中，具有旁路模块。本专利技术还提供一种高压变频器，包括变压器、功率单元以及控制系统，其中，所述 功率单元为以上任一项所述的功率单元。在本专利技术所述的高压变频器中，包含三相功率单元电路，每相包含多个功率单元， 且各单元输出侧依次串联成高压。在本专利技术所述的高压变频器中，所述变压器为干式整流变压器。本专利技术的四象限三电平功率单元及高压变频器，通过三电平拓扑结构，使得功率 单元输出电压得到大幅提升，从而可使高压变频器整机串联的功率单元数量大大减少，整 机可靠性高，寿命长。并且，本专利技术能够实现四象限运行功能，系统稳定性高，对电网谐波污 染小。附图说明图1是现有的功率单元串联型高压变频器的示意图。图2是图1中功率单元的一个实例的示意图。图3是图1中功率单元的另一实例的示意图。图4是本专利技术的四象限三电平功率单元实施例的示意图。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明 本专利技术的具体实施方式。如图4所示,是本专利技术四象限三电平功率单元实施例的示意图。在本实施例中，功 率单元包括分别连接到直流母线的三相三电平整流桥51、由均压电阻和直流支撑电容Cl、 C2组成的直流滤波电路52、单相三电平逆变桥54以及旁路模块55，其中三相三电平整流 桥51与单相三电平逆变桥54背靠背连接。该三相三电平整流桥51包括三相第一桥臂且 每相第一桥臂包括四个功率开关管VI11-14/VI21-24/VI31-34、四个续流功率管VD11-14/ VD21-24/VD31-34以及两个箝位模块VD15-16/VD25-26/VD35/36，其中箝位模块的中间抽 头连接到直流支撑电容模块Cl、C2的中间抽头。旁路模块55与三电平功率模块的逆变输 出端相连接。通过每相的箝位模块，可实现两直流支撑电容C1、C2的中点电压(O)的输出，从而 每一相均实现p、0、N三种电平的输出。上述单相三电平逆变桥54包括两相第二桥臂，且每相第二桥臂包括四个功率开 关管 VI41-44/VI51-54 和续流功率管 VD41-44/VD51-54、两个箝位模块 VD45-46/VD55/56， 其中箝位模块的中间抽头连接到直流支撑电容模块Cl、C2的中间抽头。特别地，上述三电平功率单元中，功率开关管、续流功率管以及箝位模块的耐压参 数相同。具备上述结构的功率单元可以实现任意一相电压的三种输出状态，即输出为正 (P)，输出为零(O)，输出为负(N)。当VI41和VI42导通，VI43和VI44关断时，V相输出端 接到直流母线的正端P (直流支撑电容Cl正极)。当定义O点为参考地时，V相输出电压为 Uv = Ud = Ucl，若电流由P端流出，则经VI41、VI42到v端，再经另一相流回到N或O端 (此时VI41、VI42导通，VD41、VD42不导通)；若电流由v端流入，则经VD41、VD42到P端 (此时VD41、VD42导通，VI41、VI42因承受由VD41与VD42导通引起的反向电压截止)。当VI42和VI43导通，VI41和VI44关断时，V相本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种四象限三电平功率单元，其特征在于，包括分别连接到直流母线的三相三电平整流桥、均压电阻、直流支撑电容模块以及单相三电平逆变桥，其中所述三相三电平整流桥与单相三电平逆变桥背靠背连接，所述三相三电平整流桥包括三相第一桥臂且每相第一桥臂包括四个功率开关管及其反并联续流功率管以及两个箝位模块，所述箝位模块的中间抽头连接到直流支撑电容模块的中间抽头。
【技术特征摘要】
1.一种四象限三电平功率单元，其特征在于，包括分别连接到直流母线的三相三电平整流桥、均压电阻、直流支撑电容模块以及单相三电平逆变桥，其中所述三相三电平整流桥与单相三电平逆变桥背靠背连接，所述三相三电平整流桥包括三相第一桥臂且每相第一桥臂包括四个功率开关管及其反并联续流功率管以及两个箝位模块，所述箝位模块的中间抽头连接到直流支撑电容模块的中间抽头。2.根据权利要求1所述的四象限三电平功率单元，其特征在于，所述单相三电平逆变桥包括两相第二桥臂，且每相第二桥臂包括串联在所述直流母线间的四个功率开关管、两个箝位模块以及分别并联在每一所述功率开关管两端的四个续流功率管，所述箝位模块的中间抽头连接到直流支撑电容模块的中间抽头。...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈实，刘宇川，冷严冬，翁翔羿，
申请(专利权)人：苏州汇川技术有限公司，深圳市汇川技术股份有限公司，苏州默纳克控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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