CN1039270C - 把电力在直流和交流之间进行变换的电力变换装置 - Google Patents

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Abstract

把极化缓冲器电路内的电容器和二极管和在每相的直流端之间增加的电容器装在一个外壳内，以尽可能地缩短元件之间的布线距离，从而通过减小缓冲器装置的容量来缩小逆变器主电路的体积。

Description

把电力在直流和交流之间进行变换的电力变换装置
本发明涉及对诸如使用自关断开关元件的逆变装置等的电力变换装置中的主电路结构的改进。
以前，在如下的专利申请中揭示了把缓冲器电路结构提供给到具有较大容量的逆变装置的自关断开关元件：(1)日本实用新型申请公开No.59-149489，(2)日本实用新型专利申请公开No.61-156490，(3)日本实用新型申请公开No.62-41389，(4)日本专利申请公开No.62-217864，(5)日本专利申请公开No.5-284731。即，把电容器和二极管的串联体并联到开关元件上，并把一电阻器连接到该电容器和该二极管的连接点相对侧的直流线之间来构成缓冲器电路。有了此缓冲器电路，用电容器可以吸收开关元件断开时产生的浪涌(surge)能量，由电阻器消耗被吸收的浪涌能量，这就是所谓的极化缓冲器电路。
在上述传统的技术中，在开关元件断开时所产生的所有的浪涌能量都必须由极化缓冲器电路中的电容器来吸收。因此，存在的缺点是电容器的电容量变得较大，消耗所吸收的能量的电阻的容量也变得较大。
本发明的目的在于用减小缓冲器容量实现诸如逆变装置的小型的电力变换装置和缓冲器。
逆变装置包含每相的正臂和负臂连接到直流电源上的自关断开关元件，逆变器把直流电力转换成变压变频的交流电力，极化缓冲器包含并联到每条臂中的自关断开关元件上的第一电容器和二极管的串联体和连接在第一电容器与二极管的串接点相对侧的直流电源线之间的电阻器，本发明的一个方面的特征在于，在这种逆变装置中，把第二电容器并联到直流电源的正极线和负极线之间，以跨接各相的串接的正臂和负臂。
在另一个方面，本发明的特征在于把同一相的电容器和二极管的第一串联体与第二电容器装在一个外壳中。
在极化缓冲器中加入了第二电容器后，第一和第二电容器共同吸收在开关元件断开时产生的浪涌能量，所以能减小极化缓冲器的容量。在这种情况下，为了增加容量，独立地连接和布置第一和第二电容器比仅简单地增加第一电容器的数量来得更好。因为，在独立地布置的情况下，可以缩短从开关元件到电容器布线距离，可以有效地减小缓冲器电路中各元件的容量。因此，可以缩小装置的体积，减轻重量。
另外，把第一电容器、二极管和第二电容器装在一个外壳中形成一个模块，可以使开关元件和缓冲器电路之间的布线距离最短。因此，能有效地降低缓冲器电路元件的容量。
因此，本发明的在直流与交流之间进行电力变换的电力变换装置，包含具有自关断开关元件的串联在各相的直流线之间的两条臂和并联到各所述自关断开关元件上的电容器，该串联接点用作交流端子，所述电力变换装置还包含：并联在各相的所述直流线上的电容器。
本发明的另一种在直流与交流之间进行电力变换的电力变换装置，包含具有自关断开关元件的串联在各相的直流线之间的两条臂和并联到各所述臂上的电容器，该串联接点用作交流端子，所述电力变换装置还包含：并联在各相的所述直流线上的电容器。
本发明的又一种在直流与交流之间进行电力变换的电力变换装置，包含具有自关断开关元件的串联在各相的直流线之间的两条臂和并联到各所述臂上的缓冲器，该串联接点用作交流端子，所述电力变换装置还包含：并联到各相的所述直流线上的电容器。
本发明的又一种把直流电源转变成变压变频的交流电源的电力变换装置，包含具有自关断开关元件的串联在各相的直流线之间的两条臂、并联到各臂内的自关断元件上电容器和二极管的串联体和连接在电容器和二极管的串联接点和与串联接点相对侧的所述直流电源线之间的电阻器，所述两条臂的串联接点用作交流端子，所述电力变换置还包含：并联在所述直流线之间的、以跨接各相串接的正臂和负臂的第二电容器。
本发明的又一种把直流电源转变成变压变频的交流电源的电力变换装置，包含具有自关断开关元件的串联在各相的直流线之间的两条臂和并联到各臂内的自关断元件上的极化缓冲器，该串联接点用作交流端子，所述电力变换装置还包含：并联在所述直流线之间的、以跨接各相串接的正臂和负臂的第二电容器。
本发明的又一种把直流电源变换成变压变频的交流电源的电力变换装置，包含具有自关断开关元件的串联在各相的直流线之间的两条臂、连接在并联到各所述臂内的自关断元件上的电容器和二极管的第一串接体与连接在电容器和二极管的第一串接点与串接点的相对侧的所述直流电源线之间的电阻器之间的电阻器和并联在所述直流线之间的、以跨接各相的串接的正臂和负臂的第二电容器，所述两条臂的串联接点用作交流端子，所述电力变换装置还包含：把同一相的两组所述电容器和二极管的第一串接体和所述第二电容器装在一起的外壳。
本发明的又一种把直流电源变换成变压变频的交流电源的电力变换装置，包含具有自关断开关元件的串联在各相的直流线之间的两条臂、包含一电容器且并联到每相的自关断元件上的极化缓冲器电路和并联在所述直流线之间的、以跨接各相的串接的正臂和负臂的第二电容器；所述两条臂的串联接点用作交流端子，所述电力变换装置还包含：把同一相的所述极化缓冲器电路内的所述电容器与所述第二电容器装在一起的外壳。
本发明的又一种把直流电力变换成变压变频的交流电源的电力变换装置，包含具有自关断开关元件的串联在各相的直流线之间的两条臂、连接到各臂内的自关断元件上的缓冲器、装入同相的所述两组自关断开关元件的第一外壳和安装所述三相的第一外壳的散热片，所述两条臂的串联接点用作交流端子，所述变换装置还包含：并联在所述直流电源线之间的、以跨接各相的串接的正臂和负臂的第二电容器；和把一相的所述缓冲器和所述第二电容器装在一起的第二外壳，第二外壳安装在所述相应的第一外壳上。
图1示出了本发明的逆变器电路的一个实施例。
图2本发明的缓冲器模块的透视图。
图3是本发明的逆变装置的一个实施例的平面图。
图4是本发明的逆变装置的一个实施例的侧视图。
图5是本发明的逆变装置的一个实施例的正视图。
图1示出了本发明的逆变器电路的一个实施例。
直流电源1，2通过平滑电容器3向逆变器4提供直流电力。逆变器4把直流转换成变压变频(VVVF)的交流电，提供给三相异步电动机5。异步电动机5能过齿轮箱6使滑轮7转动，以驱动电梯轿厢8和配重9上下。
逆变器的每相带有自关断开关元件，如绝缘栅双极晶体管(IGBT)101-106，逆变器的每相还有正臂和负臂。这些IGBT由门信号产生电路11进行PWM控制。
自关断开关元件需要一个缓冲器来吸收自关断(断开)时的能量。与现有技术中的结构一样，电容器201-206和二极管301-306的串联体分别并联到自关断开关元件(IGBT)101-106上。这些串联体的串接点分别通过电阻401-406连接到直流电源线N或P上。
而且，在本发明的这一实施例中，为各相而设置的第二电容器501-503连接到直流电源的正极线和负极线P和N之间，以并联地跨接各相串接的正臂和负臂。
下面以U相作为例子来描述缓冲器的功能。
现在假定这样一种情况，开关元件101在开关元件101处于生弧状态和开关元件102处于灭弧状态的条件下进行灭弧。开关元件101内的电流被快速切断，在开关元件101的两端产生浪涌电压。然后，相同的电压被施加到电容器201和二极管301的串联体上，二极管301立即导通以吸收电容器201内的浪涌能量。即，电容器201以图中+、-所示的方向进行充电。然后，当开关元件101再次接通时，以这种方式被吸收的能量流过这样一条路线而被消耗，电容器201(+)→直流线P→IGBT101→交流线U→异步电动机5→交流线V→IGBT104(或者，交流线W→IGBT106)→直流线N→电阻器401→电容器201(-)。
同样，开关元件102在开关元件101处于生弧状态和开关元件102处于灭弧状态的条件下进行灭弧时，开关元件102内的电流被快速切断，而在开关元件102的两端产生浪涌电压。然后，相同的电压被施加到电容器202和二极管302的串联体上，二极管302立即导通以吸收电容器202内的浪涌能量。即，电容器202以图中+、-所示的方向进行充电。然后，当开关元件102再次接通时，以这种方式吸收的能量流过这样一条路线而被消耗，电容器202(+)→电阻器402→直流线P→IGBT103→交流线V(或者，IGBT105→交流线W)→异步电动机5→交流线U→IGBT102→直流线N→电容器202(-)。
在上面这种情况下，当电容器201或202的充电电压超过电源电压时，在这两种情况之一发生的同时，在电容器501内吸收浪涌能量。然后，把能量返回给电源或消耗在整个电路线路中。即，电容器501通过电容器201(+)→电容器501→直流线N→电阻器401→电容器201(-)来吸收超过直流源1、2的电源电压的电容器201的电荷。另一方面，电容器501通过电容器202(+)→电阻器402→直流线P→电容器501→电容器202(-)来吸收超过直流源1、2的电源电压的电容器202的电荷。
然后，吸收在电容器501内的能量在直流电源侧的平滑电容器3与分布在整个电路布线内的线路所包含的电感之间进行振荡，被消耗而消失。
在这种结构中，不仅能使电容器201、202的容量对应于电容器501吸收的能量的量而减少，而且由于电容器201、202的电容量的减小而使流入的能量减少，还能减小二极管301、302的容量。而且，由于待消耗的能量的减少，还能减小电阻器401、402的容量。
图2是缓冲器模块601的透视图，在该模块中，电容器201、202、501和二极管301、302被装在一个外壳中。模块601具有连接到电阻器上的端子741、751以及如图1所示的直流端子711、721和交流端子731。以这种方式使元件之间的布线距离减至最小，能降低布线电感，使电容器501有效地吸收能量，因此能进一步减小每个元件的容量。
图3至图5是图1所示的逆变器结构的平面图、侧视图和正视图。
IGBT模块81至83带有间隔地固定安装到散热片80上。而且，把缓冲器模块601至603分别安装到IGBT模块81至83上。更具体地说，把缓冲器模块601至603的三个端子，即，直流端子711、721和交流端子731用作固定用的螺孔。这样做，可以使各开关元件之间的布线距离最短，可以减小缓冲器的容量和体积。
把缓冲器电阻器401-406一起放在电阻器箱84内，并单独进行冷却。
根据本发明，可以减小缓冲器装置的容量，并能缩小诸如逆变器等的电力变换装置的主电路的体积。

Claims (11)

1.一种在直流与交流之间进行电力变换的电力变换装置，包含具有自关断开关元件的串联在各相的直流线之间的两条臂和并联到各所述自关断开关元件上的电容器，该串联接点用作交流端子，其特征在于，所述电力变换装置还包含：
并联在各相的所述直流线上的电容器。
2.一种在直流与交流之间进行电力变换的电力变换装置，包含具有自关断开关元件的串联在各相的直流线之间的两条臂和并联到各所述臂上的电容器，该串联接点用作交流端子，其特征在于，所述电力变换装置还包含：
并联在各相的所述直流线上的电容器。
3.一种在直流与交流之间进行电力变换的电力变换装置，包含具有自关断开关元件的串联在各相的直流线之间的两条臂和并联到各所述臂上的缓冲器，该串联接点用作交流端子，其特征在于，所述电力变换装置还包含：
并联到各相的所述直流线上的电容器。
4.一种把直流电源转变成变压变频的交流电源的电力变换装置，包含具有自关断开关元件的串联在各相的直流线之间的两条臂、并联到各臂内的自关断元件上电容器和二极管的串联体和连接在电容器和二极管的串联接点和与串联接点相对侧的所述直流电源线之间的电阻器，所述两条臂的串联接点用作交流端子，其特征在于，所述电力变换装置还包含：
并联在所述直流线之间的、以跨接各相串接的正臂和负臂的第二电容器。
5.一种把直流电源转变成变压变频的交流电源的电力变换装置，包含具有自关断开关元件的串联在各相的直流线之间的两条臂和并联到各臂内的自关断元件上的极化缓冲器，该串联接点用作交流端子，其特征在于所述所述电力变换装置还包含：
并联在所述直流线之间的、以跨接各相串接的正臂和负臂的第二电容器。
6.一种把直流电源变换成变压变频的交流电源的电力变换装置，包含具有自关断开关元件的串联在各相的直流线之间的两条臂、连接在并联到各所述臂内的自关断元件上的电容器和二极管的第一串接体与连接在电容器和二极管的第一串接点与串接点的相对侧的所述直流电源线之间的电阻器之间的电阻器和并联在所述直流线之间的、以跨接各相的串接的正臂和负臂的第二电容器，所述两条臂的串联接点用作交流端子，其特征在于，所述电力变换装置还包含：
把同一相的两组所述电容器和二极管的第一串接体和所述第二电容器装在一起的外壳。
7.一种把直流电源变换成变压变频的交流电源的电力变换装置，包含具有自关断开关元件的串联在各相的直流线之间的两条臂、包含一电容器且并联到每相的自关断元件上的极化缓冲器电路和并联在所述直流线之间的、以跨接各相的串接的正臂和负臂的第二电容器；所述两条臂的串联接点用作交流端子，其特征在于，所述电力变换装置还包含：
把同一相的所述极化缓冲器电路内的所述电容器与所述第二电容器装在一起的外壳。
8.如权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，进一步包含由第一电容器、第一二极管、第二二极管和第二电容器构成的缓冲器和并联到串联体上的第三电容器。
9.如权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，进一步包含由第一电容器、第一二极管、第二二极管、第二电容器构成的串接体；并联到串接体上的第三电容器和把串接体与第三电容器装在一起的外壳，所述串接体的两个端子与每个串接体的三个连接点的端子作为连接端子引出外壳。
10.一种把直流电力变换成变压变频的交流电源的电力变换装置，包含具有自关断开关元件的串联在各相的直流线之间的两条臂、连接到各臂内的自关断元件上的缓冲器、装入同相的所述两组自关断开关元件的第一外壳和安装所述三相的第一外壳的散热片，所述两条臂的串联接点用作交流端子，其特征在于，所述变换装置还包含：
并联在所述直流电源线之间的、以跨接各相的串接的正臂和负臂的第二电容器；和
把一相的所述缓冲器和所述第二电容器装在一起的第二外壳，第二外壳安装在所述相应的第一外壳上。
11.如权利要求10所述的电力变换装置，其特征在于，包含装入三组电阻器的第三外壳，每组电阻器连接到每相的第二外壳。
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