CN101635519A - 用于单元串联型高压变频器具有制动功能的功率单元 - Google Patents

Abstract

本发明用于单元串联型高压变频器具有制动功能的功率单元，属于电力电子设备技术领域，所要解决的问题是提供在反馈能量不大，又要求快速制动和启动的场合下使用的一种串联型高压变频器功率单元，而采用的技术的方案是：用于单元串联型高压变频器具有制动功能的功率单元，它包括功率单元和制动单元，所述功率单元包括顺序连接的短路保护电路、桥式整流电路、直流滤波电路、逆变电路和功率单元控制器，短路保护电路与整流电路相连，整流电路、直流滤波电路和逆变电路并联在一起，逆变电路还与功率单元控制电路相连，所述功率单元内并联有制动单元，制动单元由能耗制动电路和制动控制器组成，本发明可应用于各种高压变频器中。

Description

用于单元串联型高压变频器具有制动功能的功率单元

技术领域

本发明用于单元串联型高压变频器具有制动功能的功率单元，属于电力电子设备技术领域。

背景技术

变频器是利用半导体功率器件的开通和关断作用将工频交流电变换为频率可调的交流电能的变换装置；该装置先把工频交流电变换为直流电，再把直流电变换为频率可调的交流电来驱动负载；随着微电子和电力电子技术的飞速发展，作为21世纪电力电子技术的产物，高压变频器在国民经济的诸多领域得到了广泛的应用，并且发挥着越来越重要的作用。

目前广泛使用的功率单元串联型多电平高压变频器的结构组成：主要由多个复变绕组的隔离移相变压器、多个功率单元和控制系统组成，其中多个功率单元串联组成频率可调的高压交流电源；构成这种高压变频器的功率单元的电路是由二极管整流桥，并联在直流母线上的大容量电容，并联在这些电容上的均压电阻和单相桥式逆变电路组成，但是这种功率单元不具有电气制动功能。

工业中，高压变频器如果要求在二象限或四象限场合工作时，如果不能实现电气制动，则不能满足这些特殊领域的应用，这种特殊的应用领域要求变频器带负载急起急停，如果没有电气制动功能就不能实现急停，而现有有些自带能量反馈功能的变频器，其主要目的是为了反馈能量，节约能源，但其使用不能满足紧急制动，且该自带能量反馈功能的变频器造价昂贵，对于有些场合反馈能量不大，又要求快速制动和启动时，就不太适合。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的问题是提供在反馈能量不大，又要求快速制动和启动的场合下使用的一种串联型高压变频器功率单元。

为了上述问题，本发明采用的方案为：用于单元串联型高压变频器具有制动功能的功率单元，它包括功率单元和制动单元，所述功率单元包括顺序连接的三相熔断器组成的短路保护电路、不可控桥式整流电路、由电容器组成的直流滤波电路、单相桥式逆变电路和功率单元控制器，短路保护电路与不可控桥式整流电路相连，不可控桥式整流电路、直流滤波电路和单相桥式逆变电路并联在一起，单相桥式逆变电路还与功率单元控制电路相连，所述功率单元内并联有制动单元，所述制动单元由能耗制动电路和制动控制器组成，所述能耗制动电路由IGBT元件和制动电阻串联而成；

所述制动控制器用于控制能耗制动电路的导通与关断，进行能量消耗，实现制动；

所述能耗控制电路的控制方法为：

第一步，初始化，进入第二步；

第二步，实时测量能耗制动电路的直流母线电压值；进入第三步；

第三步，测量值与直流母线电压设定值相比较，进入第四步；

第四步，测量值是否达到设定值的上限值，没有达到上限值就进行过压显示，如果达到上限值就进入第五步，

第五步，接通能耗制动电路，进入第六步；

第六步，测量值是否达到设定值的下限值，没有达到就返回到第五步，达到下限值就进入第七步；

七步，断开能耗制动电路。

所述直流母线电压设定值的上限值为输入交流电压有效值的180％，直流母线电压设定值的下限值为输入交流电压有效值。

在不计功率单元自身损耗的情况下，单相逆变桥式电路的输入直流母线电功率与能耗制动电路消耗的电功率相等。

上述制动控制器的电路结构为：泵升电路依次连接有电压滞环控制电路、光电隔离电路、整形电路、放大电路、稳压滤波电路和输出电路，输出电路分别与能耗制动电路和电流保护电路相连。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

功率单元控制电路接收光纤传送来的变频器运行指令，经过接收解码电路的处理，控制单相桥式逆变电路的工作状态；当变频器处于加速和正常负载运行时，单相桥式逆变电路的IGBT开通，将电网输入的电能经单相桥式逆变电路传输给负载；而在变频器处于快速制动或负载下放重物时，逆变桥的IGBT关断，将负载的动能或位能转换为电能，经逆变桥中的反馈二极管输入直流母线的电容器，电容器开始充电，当电容器的充电电压超过泵升电压值时，开通制动单元，将负载的再生能量消耗在制动电阻中；而且，本发明采用的功率器件是由满足功率单元内部电压标准的低压器件构成，故成本低廉。本发明还很好地解决了功率单元串联型高压变频器实现四象限运行的目的，且结构简单、损耗小、实现容易、成本低、功率因数高、对电网无谐波污染，由该功率单元构成的高压变频器，不仅具有普通变频器的全部功能特征，而且在调速系统快速制动或下放重物等情况下，能方便地进行四象限运行，得到很好的制动效果。

本发明特别适合高压变频器在二象限或四象限场合工作，能实现电气制动，能够满足高压变频器在特殊的领域要求变频器带负载急起急停，对于这些场合反馈能量不大，又要求快速制动和启动时，就特别适合，因此是能够满足高压变频器运行于二象限或四象限的很好技术方案，并能减少工矿条件下的使用成本。

附图说明

下面结合附图对本发明用于单元串联型高压变频器具有制动功能的功率单元作进一步描述：

图1为本发明用于单元串联型高压变频器具有制动功能的功率单元电路原理图；

图2为图1所示的本发明中制动控制器6控制程序的流程图；

图3为图1所示的制动控制器6的电路原理图。

其中，1为短路保护电路、2为不可控桥式整流电路、3为直流滤波电路、4为能耗制动电路、5为单相桥式逆变电路、6为制动控制器、7为功率单元控制电路、8为功率单元、9为制动单元、10为IGBT元件、11为制动电阻、12为光电隔离电路、13为整形电路、14为放大电路、15为稳压滤波电路、16为输出电路、17为电流保护电路、18为泵升电路、19为电压滞环控制电路。

具体实施方式

如图1所示的本发明用于单元串联型高压变频器具有制动功能的功率单元的电路原理图，将现有的串联型高压变频器中的功率单元换成本发明的具有制动功能的功率单元，它包括功率单元8和制动单元9，所述功率单元8包括顺序连接的三相熔断器组成的短路保护电路1、不可控桥式整流电路2、由电容器组成的直流滤波电路3、单相桥式逆变电路5和功率单元控制器7，短路保护电路1与不可控桥式整流电路2相连，不可控桥式整流电路2、直流滤波电路3和单相桥式逆变电路5并联在一起，单相桥式逆变电路5还与功率单元控制电路7相连，所述功率单元8内并联有制动单元9，所述制动单元9由能耗制动电路4和制动控制器6组成，所述能耗制动电路4由IGBT元件10和制动电阻11串联而成。

所述制动控制器6用于控制能耗制动电路4的导通与关断，进行能量消耗，实现制动在不计功率单元8自身损耗的情况下，单相逆变桥式电路5的输入直流母线电功率与能耗制动电路4消耗的电功率相等。

图2为图1所示的本发明中制动控制器6的流程图，其工作流程为：

首先[初始化]201，然后进入[实时测量]202，实时测量能耗制动电路4的直流母线电压值；然后进入[测量值是否达到上限值]203，进行比较判断，如果没有达到上限值就进入[过压显示]204进行数值显示，如果达到上限值就进入[接通能耗制动电路]205进行能量消耗；再进入[测量值是否为下限值]206进行判断，如果没有达到下限值就再返回进入[接通能耗制动电路]205进行能量消耗；如果达到下限值就进入[断开能耗制动电路]207，完成能量消耗，达到制动的功效。

图3为图1所示的制动控制器6的电路原理图，制动控制器6的电路结构为：泵升电路18依次连接有电压滞环控制电路19、光电隔离电路12、整形电路13、放大电路14、稳压滤波电路15和输出电路16，输出电路16分别与能耗制动电路4和电流保护电路17相连，所述的泵升电路18和电压滞环控制电路19一起集成在MCS8031上，而光电隔离电路12、整形电路13、放大电路14、稳压滤波电路15、输出电路16和电流保护电路17一起集成在混合IC驱动器EXB850上，所述泵升电路18、电压滞环控制电路19、光电隔离电路12、整形电路13、放大电路14、稳压滤波电路15、输出电路16和电流保护电路17均为常规电路。

Claims (4)

1、用于单元串联型高压变频器具有制动功能的功率单元，它包括功率单元(8)和制动单元(9)，所述功率单元(8)包括顺序连接的三相熔断器组成的短路保护电路(1)、不可控桥式整流电路(2)、由电容器组成的直流滤波电路(3)、单相桥式逆变电路(5)和功率单元控制器(7)，短路保护电路(1)与不可控桥式整流电路(2)相连，不可控桥式整流电路(2)、直流滤波电路(3)和单相桥式逆变电路(5)并联在一起，单相桥式逆变电路(5)还与功率单元控制电路(7)相连，其特征在于：所述功率单元(8)内并联有制动单元(9)，所述制动单元(9)由能耗制动电路(4)和制动控制器(6)组成，所述能耗制动电路(4)由IGBT元件(10)和制动电阻(11)串联而成；

所述制动控制器(6)用于控制能耗制动电路(4)的导通与关断，进行能量消耗，实现制动；

所述能耗制动电路(4)的控制方法为：

第一步，初始化，进入第二步；

第二步，实时测量能耗制动电路(4)的直流母线电压值；进入第三步；

第三步，测量值与直流母线电压设定值相比较，进入第四步；

第四步，测量值是否达到设定值的上限值，没有达到上限值就进行过压显示，如果达到上限值就进入第五步；

第五步，接通能耗制动电路(4)，进入第六步；

第六步，测量值是否达到设定值的下限值，没有达到就返回到第五步，达到下限值就进入第七步；

第七步，断开能耗制动电路(4)。

2、根据权利要求1所述的用于单元串联型高压变频器具有制动功能的功率单元，其特征在于：所述直流母线电压设定值的上限值为输入交流电压有效值的180％，直流母线电压设定值的下限值为输入交流电压有效值。

3、根据权利要求1或2所述的用于单元串联型高压变频器具有制动功能的功率单元，其特征在于：在不计功率单元(8)自身损耗的情况下，单相逆变桥式电路(5)的输入直流母线电功率与能耗制动电路(4)消耗的电功率相等。

4、根据权利要求1所述的用于单元串联型高压变频器具有制动功能的功率单元，其特征在于制动控制器(6)的电路结构为：泵升电路(18)依次连接有电压滞环控制电路(19)、光电隔离电路(12)、整形电路(13)、放大电路(14)、稳压滤波电路(15)和输出电路(16)，输出电路分别与能耗制动电路(4)和电流保护电路(17)相连。

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