CN101237192A - 整流逆变级联式变频器 - Google Patents
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Abstract
一种整流逆变级联式变频器。该变频器包括一个变压器和三路功率单元。所述的三路功率单元分别为第一路功率单元、第二路功率单元和第三路功率单元。上述三路功率单元的最上面的输出端连接在一起。上述三路功率单元每一路最下面的输出端为该路的输出端，三路功率单元共形成三个输出端。所述变压器为星·三角延边连接式变压器，其次级接向所述的三路功率单元。每个功率单元的电路均包括整流器部分、逆变器部分和驱动器部分；所述整流器部分与逆变器部分相连接；而驱动器部分接向逆变器部分。本发明调制精度高，抗干扰性强，有利于节能和环保，值得推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种基本电子电路，更为具体地讲，本发明涉及一种电子变频器，尤其是指一种整流逆变级联式变频器。在国际专利分类表中，本发明应分为H03大类。
背景技术
目前，有关整流逆变变频器的产品不少，也得到相当的推广和应用，但是现有技术仍有不足之处，其主要缺陷是：由于现有控制过程经过单元再次分配驱动信号，引起二次分配误差和二次分配电路抗干扰技术问题。目前技术为了解决控制电源与动力电源共地问题，通常采用取用内部动力电源经过DC/DC变换。受到了供电电源和负载变化引起的控制电源波动的影响。经过二次运放再次分配驱动信号，其控制误差明显变大；其次，由于结构相对复杂，所使用的元件较多，成本高，体积大，耗能大，抗干扰性差，单元内部的复杂控制部分易受到单元内功率电子器件高电磁干扰和高温度的影响，在转换过程中所带来的误差也势必增加，在单元内部严酷的工作环境下，可靠性明显降低；再有，对于高电压、大功率产品，尚没有完好的技术方案。
发明内容
本发明的目的在于：针对已有技术的不足，提供结构相对简单的、可以减小在转换过程中产生误差和具有抗干扰的、工作效率高的、高电压、大功率的一种整流逆变级联式变频器。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
所述的整流逆变级联式变频器包括一个变压器和三路功率单元。
所述的三路功率单元分别为第一路功率单元、第二路功率单元和第三路功率单元。
三路功率单元的最上面的输出端连接在一起作为三相电源星形Y连接的中点；
上述三路功率单元每一路最下面的输出端为该路的输出端，三路功率单元共形成三个输出端。
所述的变压器为星·三角延边连接式或Z型连接式变压器，其次级接向所述的三路九个功率单元。
所述的第一路功率单元包括第一功率单元1-1、第二功率单元1-2和第三的功率单元1-3，上述的三个功率单元的相临的输出端依次连接以形成级联式电路。
所述的第二路功率单元包括第四功率单元2-1、第五功率单元2-2和第六的功率单元2-3，上述的三个功率单元的相临的输出端依次连接以形成级联式电路。
所述的第三路功率单元包括第七功率单元3-1、第八功率单元3-2和第九的功率单元3-3，上述的三个功率单元的相临的输出端依次连接以形成级联式电路。
所述的星·三角延边连接式或Z型连接式变压器的次级共有9个绕组。
所述的9个绕组分别依次连接第一功率单元1-1、第四功率单元2-1、第七功率单元3-1、第二功率单元1-2、第五功率单元2-2、第八功率单元
3-2、第三功率单元1-3、第六功率单元2-3、第九功率单元3-3。
所述的第一功率单元1-1至第九功率单元3-3的每个功率单元的电路均包括整流器部分、逆变器部分和驱动器部分；所述的整流器部分与所述的逆变器部分相连接；所述的驱动器部分接向所述的逆变器部分。
在所述整流器部分的输出端附有滤波器，所述的滤波器为由第一电容C1至第n电容Cn的串、并联电容组成的电容器组。
所述的整流器部分为三相全波整流电路，其包括第一整流二极管D1、第二整流二极管D2、第三整流二极管D3、第四整流二极管D4、第五整流二极管D5和第六整流二极管D6。
所述的逆变器部分包括第一绝缘栅双极型晶体管IGBT1、第二绝缘栅双极型晶体管IGBT2、第三绝缘栅双极型晶体管IGBT3和第四绝缘栅双极型晶体管IGBT4。
所述的驱动器部分包括第一驱动、第二驱动、第三驱动和第四驱动。
所述的第一整流二极管D1的阴极、第二整流二极管D2的阴极和第三整流二极管D3的阴极连接在一起并分别和所述的第一电容C1的正极、第一绝缘栅双极型晶体管IGBT1的漏极、第二绝缘栅双极型晶体管IGBT2的漏极相连接。
所述的第四整流二极管D4阳极、第五整流二极管D5阳极和第六整流二极管D6的阳极连接在一起并分别和所述的第n电容Cn的负极、第三绝缘栅双极型晶体管IGBT3的漏极、第四绝缘栅双极型晶体管IGBT4的漏极相连接。
所述的第一绝缘栅双极型晶体管IGBT1的源极和第三绝缘栅双极型晶体管IGBT3的漏极相连接形成第一输出端1，所述的第二绝缘栅双极型晶体管IGBT2的源极和第四绝缘栅双极型晶体管IGBT4的漏极相连接形成第二输出端2。
所述的第一驱动连接所述的第一绝缘栅双极型晶体管IGBT1的栅极，
所述的第二驱动连接所述的第三绝缘栅双极型晶体管IGBT3的栅极，
所述的第三驱动连接所述的第二绝缘栅双极型晶体管IGBT2的栅极，
所述的第四驱动连接所述的第四绝缘栅双极型晶体管IGBT4的栅极。
所述的第一驱动、第二驱动、第三驱动和第四驱动的型号均为DDIGD515EI。
所述的第一绝缘栅双极型晶体管IGBT1、第二绝缘栅双极型晶体管IGBT2、第三绝缘栅双极型晶体管IGBT3和第四绝缘栅双极型晶体管IGBT4均为3300V功率逆变元件。
由于本发明采用了上述的技术方案，所述的功率单元采用级联式连接，为高电压、大功率，提供了很好的技术方案。其逆变器部分的功率逆变元件一绝缘栅双极型晶体管IGBT，分别通过光数字信号控制，不再有单元内部转换过程，避免了转换过程中的误差和干扰，不但提高了调制精度和稳定度，而且也提高了工作效率，使用该整流逆变级联式变频器更有利于环保和节能。
附图说明
下面结合附图对本发明进行扼要说明，其中：
图1为本发明一个实施例的接有负载时的电路方框原理图。
图2为本发明一个实施例的功率单元的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。从附图1中可以看到：图中所接的负载为电机M。在该实施例中，所述的整流逆变级联式变频器包括一个变压器和三路九个功率单元。所述的三路功率单元分别为第一路功率单元、第二路功率单元和第三路功率单元。上述三路功率单元的最上面的输出端连接在一起作为三相电源星形Y连接的中点，如附图1所示。上述三路功率单元每一路最下面的输出端为该路的输出端，三路功率单元共形成三个输出端，这三个输出端连接电机M。所述的变压器为星·三角延边连接式或Z型连接式变压器，其次级接向所述的三路功率单元。所述的第一路功率单元包括第一功率单元1-1、第二功率单元1-2和第三功率单元1-3，上述三个功率单元相临的输出端依次连接以形成级联式电路。这里须要指出，本发明并不仅限于第一功率单元1-1、第二功率单元1-2和第三功率单元1-3这三个功率单元，根据具体情况和实际需要，所述级联式电路的功率单元数可以适当调整，例如功率单元数可以是5个或多个。本发明所使用的绝缘栅双极型晶体管IGBT均为3300V等级功率逆变元件，在每相3个功率单元级联时，其相电压为3500V-3800V，所输出的线电压为6000V-6600V；当每相5个功率单元级联时，其相电压为5800V-6300V，所输出的线电压为10000V-11000V。同样，在实施实例中：所述的第二路功率单元包括第四功率单元2-1、第五功率单元2-2和第六功率单元2-3，上述三个功率单元相临的输出端依次连接以形成级联式电路；所述的第三路功率单元包括第七功率单元3-1、第八功率单元3-2和第九功率单元3-3，上述三个功率单元相临的输出端依次连接以形成级联式电路。所述的星·三角延边连接式或Z型连接式变压器的次级共有9个绕组。所述的9个绕组分别依次连接第一功率单元1-1、第四功率单元2-1、第七功率单元3-1、第二功率单元1-2、第五功率单元2-2、第八功率单元3-2、第三功率单元1-3、第六功率单元2-3、第九功率单元3-3。
这里顺便指出：如附图1所示，所述的星·三角延边连接式或Z型连接式变压器的次级共有9个绕组，分别移相+20°、0、-20°，这9个绕组分别连接到图中的9个功率单元的每一个整流器部分的输入端，结合附图2的电路原理图可以看得更为清楚。
从第一功率单元1-1至第九功率单元3-3，共有九个功率单元，每个功率单元的电路结构完全一样，均包括整流器部分、逆变器部分和驱动器三个部分。所述的整流器部分与所述的逆变器部分相连接。所述的驱动器部分接向所述的逆变器部分。
现结合附图2可以进一步看到：在所述整流器部分的输出端附有滤波器，所述的滤波器为由第一电容C1至第n电容Cn的串、并联电容组成的电容器组。此处所公开的都是电解电容，应该指出，所述的电容是作为滤波器构成电压源电路而使用的，电容数量的多少可根据具体负载需要而定，只要达到滤波的目的即可。对电容容量的要求，目前所使用单个电容可达到1万5千微法左右，因此电容的个数根据不同变频器要求及单个电容容量的大小来确定。在本实施例中所述的整流器部分为三相全波整流电路，其包括第一整流二极管D1、第二整流二极管D2、第三整流二极管D3、第四整流二极管D4、第五整流二极管D5和第六整流二极管D6。另外，也可以看到，逆变器部分的关键元件为绝缘栅双极型晶体管IGBT(insulated-gate bipolartransistor)。所述的逆变器部分包括第一绝缘栅双极型晶体管IGBT1、第二绝缘栅双极型晶体管IGBT2、第三绝缘栅双极型晶体管IGBT3和第四绝缘栅双极型晶体管IGBT4；所述的驱动器部分包括第一驱动、第二驱动、第三驱动和第四驱动。其工作原理是：所述的绝缘栅双极型晶体管IGBT均为3300V等级功率逆变元件，借助于驱动器向逆变元件分别发出光数字信号，控制所述元件的栅极，使上述的四个绝缘栅双极型晶体管分别以对角线的方式次序地导通，在输出端形成PWM(pulse width modulated)-脉宽调制波。由于不存在现有技术的内部转换过程，所以避免了转换过程中的误差和干扰，其频率的调节精度达到0.01Hz，型式试验实测输入电流谐波总量小于1％，输出电压谐波总量小于2.5％，属国内领先水平。由于其它方面均为已有技术，所以不再赘述。在图中可以进一步看到：所述的第一整流二极管D1的阴极、第二整流二极管D2的阴极和第三整流二极管D3的阴极连接在一起后并分别和第一电容C1的正极、第一绝缘栅双极型晶体管IGBT1的漏极、第二绝缘栅双极型晶体管IGBT2的漏极相连接。所述的第四整流二极管D4阳极、第五整流二极管D5阳极和第六整流二极管D6的阳极连接在一起后并分别和第n电容Cn的负极、第三绝缘栅双极型晶体管IGBT3的源极、第四绝缘栅双极型晶体管IGBT4的源极相连接。所述的第一绝缘栅双极型晶体管IGBT1的源极和第三绝缘栅双极型晶体管IGBT3的漏极相连接形成第一输出端1，所述的第二绝缘栅双极型晶体管IGBT2的源极和第四绝缘栅双极型晶体管IGBT4的漏极相连接形成第二输出端2。所述的第一驱动连接所述的第一绝缘栅双极型晶体管IGBT1的栅极，所述的第二驱动连接所述的第三绝缘栅双极型晶体管IGBT3的栅极，所述的第三驱动连接所述的第二绝缘栅双极型晶体管IGBT2的栅极，所述的第四驱动连接所述的第四绝缘栅双极型晶体管IGBT4的栅极。
在本实施例中，所述的第一驱动、第二驱动、第三驱动和第四驱动的型号均为DDIGD515EI。当然，在必要时，也可以采用功能类似的其它型号的器件，只要完成发明目的即可。
本发明结构紧凑，工艺稳定可靠，调制精度高，抗干扰性强，有利于节能和环保，很值得推广。
Claims (10)
1.一种整流逆变级联式变频器，其特征在于：
所述的整流逆变级联式变频器包括一个变压器和三路功率单元；
所述的三路功率单元分别为第一路功率单元、第二路功率单元和第三路功率单元；
上述三路功率单元的最上面的输出端连接在一起作为三相电源星形Y连接的中点；
上述三路功率单元每一路最下面的输出端为该路的输出端，三路功率单元共形成三个输出端；
所述的变压器为星·三角延边连接式或Z型连接式变压器，其次级接向所述的三路功率单元。
2.根据权利要求1所述的整流逆变级联式变频器，其特征在于：
所述的第一路功率单元包括第一功率单元(1-1)、第二功率单元(1-2)和第三的功率单元(1-3)，上述的三个功率单元相临的输出端依次连接以形成级联式电路；
所述的第二路功率单元包括第四功率单元(2-1)、第五功率单元(2-2)和第六的功率单元(2-3)，上述的三个功率单元相临的输出端依次连接以形成级联式电路；
所述的第三路功率单元包括第七功率单元(3-1)、第八功率单元(3-2)和第九功率单元(3-3)，上述的三个功率单元相临的输出端依次连接以形成级联式电路；
所述的星·三角延边连接式或Z型连接式变压器的次级共有9个绕组；
所述的9个绕组分别依次连接所述的第一功率单元(1-1)、第四功率单元(2-1)、第七功率单元(3-1)、第二功率单元(1-2)、第五功率单元(2-2)、第八功率单元(3-2)、第三功率单元(1-3)、第六功率单元(2-3)、第九功率单元(3-3)。
3.根据权利要求2所述的整流逆变级联式变频器，其特征在于：
所述的第一功率单元(1-1)至第九功率单元(3-3)的每个功率单元的电路均包括整流器部分、逆变器部分和驱动器部分；所述的整流器部分与所述的逆变器部分相连接；所述的驱动器部分接向所述的逆变器部分。
4.根据权利要求3所述的整流逆变级联式变频器，其特征在于：
在所述整流器部分的输出端附有滤波器，所述的滤波器为由第一电容C1至第n电容Cn的串、并联电容组成的电容器组。
5.根据权利要求3所述的整流逆变级联式变频器，其特征在于：
所述的整流器部分为三相全波整流电路，其包括第一整流二极管(D1)、第二整流二极管(D2)、第三整流二极管(D3)、第四整流二极管(D4)、第五整流二极管(D5)和第六整流二极管(D6)。
6.根据权利要求3所述的整流逆变级联式变频器，其特征在于：
所述的逆变器部分包括第一绝缘栅双极型晶体管(IGBT1)、第二绝缘栅双极型晶体管(IGBT2)、第三绝缘栅双极型晶体管(IGBT3)和第四绝缘栅双极型晶体管(IGBT4)。
7.根据权利要求3所述的整流逆变级联式变频器，其特征在于：
所述的驱动器部分包括第一驱动、第二驱动、第三驱动和第四驱动。
8.根据权利要求3、4、5、6或7所述的整流逆变级联式变频器，其特征在于：
所述的第一整流二极管(D1)的阴极、第二整流二极管(D2)的阴极和第三整流二极管(D3)的阴极连接在一起并分别和所述的第一电容(C1)的正极、第一绝缘栅双极型晶体管(IGBT1)的漏极，第二绝缘栅双极型晶体管(IGBT2)的漏极相连接；
所述的第四整流二极管(D4)阳极、第五整流二极管(D5)阳极和第六整流二极管(D6)的阳极连接在一起并分别和所述的第n电容(Cn)的负极、第三绝缘栅双极型晶体管(IGBT3)的源极、第四绝缘栅双极型晶体管(IGBT4)的源极相连接；
所述的第一绝缘栅双极型晶体管(IGBT1)的源极和第三绝缘栅双极型晶体管(IGBT3)的漏极相连接形成第一输出端1，所述的第二绝缘栅双极型晶体管(IGBT2)的源极和第四绝缘栅双极型晶体管(IGBT4)的漏极相连接形成第二输出端2；
所述的第一驱动连接所述的第一绝缘栅双极型晶体管(IGBT1)的栅极，
所述的第二驱动连接所述的第三绝缘栅双极型晶体管(IGBT3)的栅极，
所述的第三驱动连接所述的第二绝缘栅双极型晶体管(IGBT2)的栅极，
所述的第四驱动连接所述的第四绝缘栅双极型晶体管(IGBT4)的栅极。
9.根据权利要求7所述的整流逆变级联式变频器，其特征在于：
所述的第一驱动、第二驱动、第三驱动和第四驱动的型号均为DDIGD515EI。
10.根据权利要求6所述的整流逆变级联式变频器，其特征在于：
所述的第一绝缘栅双极型晶体管(IGBT1)、第二绝缘栅双极型晶体管(IGBT2)、第三绝缘栅双极型晶体管(IGBT3)和第四绝缘栅双极型晶体管(IGBT4)均为3300V等级功率逆变元件。
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| CNA2008101019974A CN101237192A (zh) | 2008-03-14 | 2008-03-14 | 整流逆变级联式变频器 |
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| CNA2008101019974A CN101237192A (zh) | 2008-03-14 | 2008-03-14 | 整流逆变级联式变频器 |
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| CN101237192A true CN101237192A (zh) | 2008-08-06 |
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| CNA2008101019974A Pending CN101237192A (zh) | 2008-03-14 | 2008-03-14 | 整流逆变级联式变频器 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101882877A (zh) * | 2010-07-08 | 2010-11-10 | 上海海事大学 | 不对称级联型整流电路 |
| CN103701333A (zh) * | 2013-12-25 | 2014-04-02 | 广州智光电气股份有限公司 | 一种级联并联高压变频器环流抑制方法 |
| CN113895241A (zh) * | 2021-10-18 | 2022-01-07 | 成都尚华电气有限公司 | 一种三相动车组牵引传动供电系统 |
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2008
- 2008-03-14 CN CNA2008101019974A patent/CN101237192A/zh active Pending
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