CN102263522A - 一种利用振荡电流关断的由晶闸管组成的多相方波逆变器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电工类电力电子学科，旨在提供一种利用振荡电流关断的由晶闸管组成的多相方波逆变器。包括由单相全桥组成的逆变器；所述多相方波逆变器是n级各自独立的逆变器，每级逆变器均由m个单相全桥组成，m、n为≥1的整数；每级逆变器的输入端接了第一电感、第二电感、第一电容、第一晶闸管组成的T形电路；第一电容和第一晶闸管串联的两端还接了第二电容和第二晶闸管组成的串联电路，第二晶闸管两端反并联二极管。本发明可以克服现有逆变器的缺点，降低逆变器成本、减小体积、减少损耗、简化线路、并可降低直流脉冲电压的dV/dt值，从而减小电动机的绝缘应力。

Description

一种利用振荡电流关断的由晶闸管组成的多相方波逆变器

技术领域

本发明属于电工一级学科，电力电子技术二级学科领域。特别是一种利用振荡电流关断的由晶闸管组成的多相方波逆变器，用于异步电动机的变频调速。

技术背景

目前在直流变交流的变频调速系统中，广泛采用的异步电动机变频调速用的逆变器大多是由全控器件(IGBT、IGCT等)组成的三相正弦波逆变器。为了产生正弦波必需采用高频化的PWM技术(脉冲宽度调制技术)。为了解决中、高压变频调速还要采用多电平技术或罗宾康变压器。所有这些造成逆变器成本高、体积大、损耗大、线路复杂、电动机的绝缘承受较高的dV/dt值等缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服上述现有逆变器的缺点，提供提出了一种利用振荡电流关断的由晶闸管组成的多相方波逆变器。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种利用振荡电流关断的由晶闸管组成的多相方波逆变器，包括由单相全桥组成的逆变器；所述多相方波逆变器是n级各自独立的逆变器，每级逆变器均由m个单相全桥组成，m、n为≥1的整数；每级逆变器的输入端接了第一电感(L₁)、第二电感(L₂)、第一电容(C₁)、第一晶闸管(Th₁)组成的T形电路；第一电容(C₁)和第一晶闸管(Th₁)串联的两端还接了第二电容(C₂)和第二晶闸管(Th₂)组成的串联电路，第二晶闸管(Th2)两端反并联二极管(D2)。

作为一种改进，所述的m个单相全桥中的每个单相全桥均包含四个桥臂，每个桥臂由晶闸管和反并二极管组成。

作为一种改进，所述n级各自独立的逆变器由斩波器调压的直流电源供电。

作为一种改进，所述第二电容(C₂)的正极与供电给逆变器的直流电源的正极之间接了一个用于能量反馈的二极管。

本发明还提供了一种利用振荡电流关断的由晶闸管组成的多相方波逆变器，包括由半桥组成的逆变器；所述多相方波逆变器是n级各自独立的逆变器，每级逆变器均由m个半桥组成，m、n为≥1的整数；逆变器供电的直流电源具有能够提供中线电流的中线，电动机的独立的m相绕组接成星形接法，星形的中点与直流电源中线相接，n级逆变器每一级供电的m相绕组均采用此接法。

本发明的有益效果在于：

本发明可以克服现有逆变器的缺点，降低逆变器成本、减小体积、减少损耗、简化线路、并可降低直流脉冲电压的dV/dt值，从而减小电动机的绝缘应力。

附图说明

图1为本发明的电路原理框图。图中，U_d，ave＝斩波直流电源输出的平均电压，m、n是≥1的整数。

图2为一种直流斩波电源供电的逆变器的电路图，本发明中的多相方波逆变器由n级各自独立的该组合组成。

具体实施方式

本发明的实现原理电路图如图1所示。斩波器输出直流电压的波形为以Ud为幅值、占空比可调的高频脉冲波ud。将此直流电压的+、-端输入到由晶闸管组成的多相方波逆变器中，逆变器由n级组成。

本发明的具体实施例：

本发明中，每一级逆变器内包含m相的可变频的方波电压发生器。如图2所示。每一相为单相全桥，包含两对上、下四个桥臂。每个桥臂由一个晶闸管和一个反并二极管组成。每个单相全桥中的两组对角线桥臂按180°轮流工作，输出180°的方波交流电压。输出电压加到异步电动机的一相独立的绕组上。每级逆变器内输出m相方波电压，相位依次互差360/m度。

每一级逆变器的输入端接了L1、C1、Th1、L2组成的T形电路。其中L1、C1它们对输入直流脉冲电压ud形成软化器，使直流脉冲电压的dV/dt值减小。L1、C1它们只是起软化作用，而不是将脉冲波基本滤平，故L1、C1、L2应取得较小。Th1平常一直处于导通状态，只当逆变器晶闸管换流时它才被关断。输入端与C1、Th1并联的还接了C2、Th2的串联电路，C2被预先充了较高电压UC20＞C1的初始电压UC10。

逆变器的换流过程如下：当第一级逆变器中a1、b1...到m1的m相中某一相(譬如a1相)需要从一组对角线桥臂(譬如a1左上、a1右下对角线)换流到另一组对角线桥臂(a1右上、a1左下对角线)时，首先(1)断开直流斩波器的占空比调节开关IGBT，使调压器的输出电压ud瞬时值变为零。同时断开第一级中串联在L2上的晶闸管Th1的触发脉冲。(2)导通Th2，由于UC20＞C1的初始电压UC10，使Th1关断，同时导通第一级逆变器中所有m个单相全桥的全部晶闸管，形成C2、Th2、L2、逆变器各晶闸管的短路电路，使C2中的能量沿着短路电路释放，形成电流振荡。(3)断开换流前处于关断状态的晶闸管的触发脉冲(包括Th2)，同时断开需要换出电流的晶闸管(a1左上、a1右下)的触发脉冲，并导通需要换入电流的晶闸管(a1右上、a1左下)的触发脉冲。(4)待振荡电流反向时所有晶闸管的电流均被移入反并二极管中，此后凡是断开了触发脉冲的晶闸管均被关断，加有触发脉冲的晶闸管均被导通。(5)待反向的振荡电流经过半个周期后从新开通直流斩波器的占空比调节开关IGBT和第一级的Th1触发脉冲，换流完成。

第2、3、...m级逆变器的工作情况与第1级相似，只是各级相位依次相差360/nm度。n级逆变器总共输出nm相的方波电压到nm相的电动机。电动机的各相绕组都是独立的。n、m为≥1的整数。但n、m不能均等于1，否则电动机变成单相供电了。

如果直流电源不仅输出+、-端，而且输出中端(即零线)，并允许流过一定的中线电流，则逆变器m相可以改成半桥，即每相只有上、下两个桥臂。方波电压可以输到接成星形接法的m相电动机绕组，绕组的中点(即星形的中点)连接到直流电源的输出中端。此时m相绕组只需引出m+1个端子，每相绕组电压也比原来低。

Claims (5)

1.一种利用振荡电流关断的由晶闸管组成的多相方波逆变器，包括由单相全桥组成的逆变器；其特征在于，所述多相方波逆变器是n级各自独立的逆变器，每级逆变器均由m个单相全桥组成，m、n为≥1的整数；每级逆变器的输入端接了第一电感(L₁)、第二电感(L₂)、第一电容(C₁)、第一晶闸管(Th₁)组成的T形电路；第一电容(C₁)和第一晶闸管(Th₁)串联的两端还接了第二电容(C₂)和第二晶闸管(Th₂)组成的串联电路，第二晶闸管(Th2)两端反并联二极管(D2)。

2.根据权利要求1所述的多相方波逆变器，其特征在于，所述m个单相全桥中的每个单相全桥均包含四个桥臂，每个桥臂由晶闸管和反并二极管组成。

3.根据权利要求1所述的多相方波逆变器，其特征在于，所述n级各自独立的逆变器由斩波器调压的直流电源供电。

4.根据权利要求1所述的多相方波逆变器，其特征在于，所述第二电容(C₂)的正极与供电给逆变器的直流电源的正极之间接了一个用于能量反馈的二极管。

5.一种利用振荡电流关断的由晶闸管组成的多相方波逆变器，包括由半桥组成的逆变器；其特征在于，所述多相方波逆变器是n级各自独立的逆变器，每级逆变器均由m个半桥组成，m、n为≥1的整数；逆变器供电的直流电源具有能够提供中线电流的中线，电动机的独立的m相绕组接成星形接法，星形的中点与直流电源中线相接，n级逆变器每一级供电的m相绕组均采用此接法。

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