CN104270012B - 一种多相变频器 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种多相变频器，改进后的多相变频器中，n个逆变模块串联使用，在多相感应电机运行时，将整流部分处理后得到的直流电压均分在n个逆变模块上，实现了将高压电源转换为低压电源。n个逆变模块串联使用，实现将高压电源转换为低压电源时，各个逆变单元通过向各自连接的多相感应电机的定子绕组供电，实现了多相变频器对多相感应电机的供电。由于本发明实施例提供的变频器不需要设置多相变压器即可对多相感应电机供电，因此降低了高压变频器的成本，还减小了多相变频器的体积。

Description

一种多相变频器
技术领域
本申请涉及电力电子控制技术领域，特别涉及一种多相变频器。
背景技术
目前，用于驱动多相感应电机的高压变频器中通常设置有多相变压器，多相变压器将输入的高压电源转换为多相低压电源，各相低压电源各自对应多相感应电机的一个定子绕组，高压变频器对对各相低压电源进行整流、逆变处理后输出至多相感应电机的定子绕组，以实现对多相感应电机进行供电。
但是，多相感应电机电机的相数越多，高压变频器内的输入变压器的设计越复杂，体积越大，成本越高。
因此，如何减小高压变频器的体积，降低高压变频器的成本成为亟待解决的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种多相变频器，以达到减小高压变频器的体积，降低高压变频器的成本目的，技术方案如下：
一种多相变频器，包括：整流部分、逆变部分和主控制器，所述逆变部分包括n个逆变模块，每个逆变模块包括m个逆变单元，所述n为大于1的正整数，所述m为正整数，m与n的乘积等于所述多相变频器所驱动的多相感应电机的相数，所述逆变部分和所述主控制器相连；
所述整流部分的输入端与外部电源相连；
所述整流部分的正极性输出端子与逆变模块(S1)的正极性端子相连；
逆变模块(Si)的正极性端子与逆变模块(Si-1)的负极性端子相连，所述逆变模块(Si)的负极性端子与逆变模块(Si+1)的正极性端子相连，所述i＝{2，…，n-1}；
逆变模块(Sn)的负极性端子与所述整流部分的负极性输出端子相连；
当m大于1时，同一个逆变模块中的m个逆变单元并联连接；
逆变单元与所述多相感应电机中的定子绕组一一对应，其中，逆变单元(Ij)的第一输出端与多相感应电机的第j相定子绕组的第一端相连，所述逆变单元(Ij)的第二输出端与所述第j相定子绕组的第二端相连，所述j＝{1，…，m*n}。
上述多相变频器，优选的，所述逆变单元包括：直流平波电容、单相全桥和单元控制板，所述单相全桥包括4个IGBT，分别为第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT，每个IGBT均携带有续流二极管，所述第一IGBT的发射极和所述第二IGBT的集电极相连接，所述第三IGBT的发射极和所述第四IGBT的集电极相连接，所述第一IGBT的集电极与所述第三IGBT的集电极相连，所述第二IGBT的发射极与所述第四IGBT的发射极相连；
所述直流平波电容的第一端与所述逆变单元的正极性端子相连，所述直流平波电容的第二端与所述逆变单元的负极性端子相连；
所述第一IGBT和所述第三IGBT的集电极公共端与所述逆变单元的正极性端子相连，所述第二IGBT和所述第四IGBT的发射极公共端与所述逆变单元的负极性端子相连；
所述第一IGBT的发射极和所述第二IGBT的集电极的公共端作为所述逆变单元的第一输出端，所述第三IGBT的发射极和所述第四IGBT的集电极的公共端作为所述逆变单元的第二输出端；
所述单元控制板分别与所述第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT相连。
上述多相变频器，优选的，当m＝1时，所述逆变单元还包括：
开关；
所述开关的第一端与所述逆变单元的正极性端子相连，所述开关的第二端与所述逆变单元的负极性端子相连。
上述多相变频器，优选的，所述开关具体为：
晶闸管。
上述多相变频器，优选的，所述开关具体为：
绝缘栅双极型晶体管。
上述多相变频器，优选的，所述开关具体为刀闸开关。
上述多相变频器，优选的，所述逆变单元还包括：用于为所述单元控制板供电的电源板；
所述电源板的正极性输入端子与所述逆变单元的正极性端子相连接，所述电源板的负极性输入端子与所述逆变单元的负极性端子相连接，所述电源板的输出端与所述单元控制板相连接。
上述多相变频器，优选的，所述逆变单元还包括：
电流传感器，用于采集所述逆变单元的输出电流。
上述多相变频器，优选的，所述整流部分具体为不控整流部分。
上述多相变频器，优选的，所述整流部分具体为可控整流部分。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
在本申请中，提供了一种多相变频器，该多相变频器中，包括n个逆变模块，每个逆变模块包括m个逆变单元。n个逆变模块串联使用，在多相感应电机运行时，将整流部分处理后得到的直流电压均分在n个逆变模块上，实现了将高压电源转换为低压电源。n个逆变模块串联使用，实现将高压电源转换为低压电源时，各个逆变单元通过向各自连接的多相感应电机的定子绕组供电，实现了多相变频器对多相感应电机的供电。
由于本申请提供的多相变频器不需要设置多相变压器即可对多相感应电机供电，因此降低了变频器的成本，还减小了变频器的体积。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请提供的多相变频器的一种结构示意图；
图2是本申请提供的多相变频器的另一种结构示意图；
图3是本申请提供的多相变频器的又一种结构示意图；
图4是本申请提供的逆变单元的一种结构示意图；
图5是本申请提供的逆变单元的另一种结构意图；
图6是本申请提供的逆变单元的又一种结构示意图；
图7是本申请提供的逆变单元的又一种结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请提供了一种多相变频器，请参见图1，图1为本申请提供的多相变频器的一种结构示意图，可以包括：整流部分11、逆变部分12和主控制器13。
在本申请中，逆变部分包括n个逆变模块，每个逆变模块包括m个逆变单元。也就是说，逆变部分包括m*n个逆变单元。各个逆变单元的组成相同。所述n为大于1的正整数，m为正整数。m与n的乘积等于多相变频器所驱动的多相感应电机的相数。该多相感应电机的相数大于3。
当m等于1时，一个逆变模块中就包括一个逆变单元，即一个逆变单元构成一个逆变模块。此时，该逆变单元的正极性端子即为该逆变单元所属逆变模块的正极性端子，该逆变单元的负极性端子即为该逆变单元所属逆变模块的正极性端子。也就是说，当m＝1时，m*n个逆变单元是串联连接的。具体可参看图2，图2为本申请提供的多相变频器的另一种结构示意图。
当m大于1时，同一个逆变模块中的m个逆变单元并联连接，即，同一个逆变模块中的m个逆变单元的正极性端子相连接，m个逆变单元的负极性端子相连接；m个逆变单元的正极性端子的公共端作为这m个逆变单元所属逆变模块的正极性端子，m个逆变单元的负极性端子的公共端作为这m个逆变单元所属逆变模块的负极性端子。具体可参看图3，图3为本申请提供的多相变频器的又一种结构示意图。
图3所示实施例中，一个逆变模块中包括3个逆变单元。优选的，每个模块对应的多相感应电机中的三相定子绕组可以是对称的三相。
当然，图3所示实施例只是示出了适用于6相感应电机的多相变频器的一种结构示意图，适用于6相感应电机的多相变频器还可以有其它结构，如，可以包括三个逆变模块，每个模块包含2个逆变单元；或者，包括6个逆变模块，每个逆变模块只包括1个逆变单元。具体选用哪种结构，可以根据实际需求确定。
需要说明的是，本申请提供的多相感应电机，并不仅适用于6相感应电机，还还以适用于其它定子绕组大于3的任意一款多相感应电机，具体结构可以根据多相感应电机的定子绕组数和实际电压需求做适应性调整。
逆变部分12和主控制器13相连。
在本申请中，整流部分的输入端与外部电源相连。
所述整流部分的正极性输出端子与逆变模块(S1)的正极性端子相连。
所述逆变模块(Si)的正极性端子与逆变模块(Si-1)的负极性端子相连，所述逆变模块(Si)的负极性端子与逆变模块(Si+1)的正极性端子相连，所述i＝{2，…，n-1}。
其中，i＝{2，…，n-1}即i为2～n-1中的任意一个整数。例如，若n＝3，则i＝2或i＝3。若n＝4，则i＝2或i＝3或i＝4。
逆变模块(Sn)的负极性端子与所述整流部分的负极性输出端子相连。
逆变单元与所述多相感应电机中的定子绕组一一对应，其中，逆变单元(Ij)的第一输出端与多相感应电机的第j相定子绕组的第一端相连，所述逆变单元(Ij)的第二输出端与所述第j相定子绕组的第二端相连，所述j＝{1，…，m*n}。
其中，j＝{1，…，m*n}即j为1～m*n中的任意一个整数。例如，若m＝3，n＝2，则j＝1或j＝2或j＝3或j＝4或j＝5或j＝6。若m＝1，n＝5，则j＝1或j＝2或j＝3或j＝4或j＝5。
在本申请中，主控制器的功能和现有技术中高压变频器中的主控制器的功能相同，且主控制器与逆变部分的控制过程与现有技术中主控制器与逆变部分的控制过程相同。具体的，主控制器通过通讯的方式将控制信号发送至逆变部分，控制逆变部分的输出频率、占空比可变的pwm波形，从而驱动多相感应电机运转。
在本申请中，整流部分可以是不控整流、可控整流中的任意一种，即整流部分具体可以为不控整流部分或可控整流部分，由整流器件串联并配合合适的均压电阻、阻容吸收回路搭建。
在本申请中，提供了一种改进的变频器，改进后的变频器中，n个逆变模块串联使用，在多相感应电机运行时，将整流部分处理后得到的直流电压均分在n个逆变模块上，实现了将高压电源转换为低压电源。n个逆变模块串联使用，实现将高压电源转换为低压电源时，各个逆变单元通过向各自连接的多相感应电机的定子绕组供电，实现了对变频器对多相感应电机的供电。
由于本申请提供的变频器不需要设置多相变压器即可对多相感应电机供电，因此降低了高压变频器的成本，还减小了变频器的体积也就减小了变频器的安装空间。而且，还解决了多相变压器会损失掉高压变频器部分工作效率的问题，提高了高压变频器的工作效率。
本申请提供的多相变频器，既可以应用于高压环境中，也可以适用于中低压的环境中。当应用于高压环境中时，就相当于高压变频器。
在本申请中，逆变部分所包括的m*n个逆变单元中的任意一个逆变单元具体组成如图4所示，所述逆变单元可以包括：
直流平波电容21、单相全桥22和单元控制板23，所述单相全桥22包括4个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，分别为第一IGBT221、第二IGBT222、第三IGBT223和第四IGBT224，每个IGBT均携带有续流二极管，所述第一IGBT的发射极和所述第二IGBT的集电极相连接，所述第三IGBT的发射极和所述第四IGBT的集电极相连接，所述第一IGBT的集电极与所述第三IGBT的集电极相连，所述第二IGBT的发射极与所述第四IGBT的发射极相连；
所述直流平波电容21的第一端与所述逆变单元的正极性端子相连，所述直流平波电容22的第二端与所述逆变单元的负极性端子相连；
所述第一IGBT221和所述第三IGBT223的集电极公共端与所述逆变单元的正极性端子相连，所述第二IGBT222和所述第四IGBT224的发射极公共端与所述逆变单元的负极性端子相连；
所述第一IGBT的发射极和所述第二IGBT的集电极的公共端作为所述逆变单元的第一输出端，所述第三IGBT的发射极和所述第四IGBT的集电极的公共端作为所述逆变单元的第二输出端；
所述单元控制板23分别与所述第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT相连，用于对第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT进行控制。具体单元控制板23如何与第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT或第四IGBT进行连接才能对第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT或第四IGBT进行控制是本领域公知常识，这里不再赘述。
可选的，主控制器13可以通过光纤与各个逆变单元中的单元控制板相连接。
其中，图4为简化图，并未示出单元控制板分别与所述第一IGBT221、第二IGBT222、第三IGBT223和第四IGBT224相连的连线。
当m＝1时，本申请提供的逆变单元在图4示出的逆变单元的基础上还可以包括：开关24，如图5所示，为本申请提供的逆变单元的另一种结构示意图。
其中，开关24的第一端与所述逆变单元的正极性端子相连，所述开关24的第二端与所述逆变单元的负极性端子相连。
在本实施例中，开关24具体可以但不局限于为刀闸开关、晶闸管或绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)中任意一种。
本申请中，单元控制板23的供电电源可以由外部电源提供，为了防止多相变频器本身的高压电通过控制回路击穿放电造成击穿危害，各个逆变模块可以使用相互独立的外部电源供电。但是，由于每一个逆变模块都需要独立的电源供电，因此，在使用本申请提供的变频器时，需要多个外部电源，线路连接较复杂。
可选的，为了简化变频器使用时的外部连接线路，本申请提供的逆变单元在图4所示实施例的基础上，还可以包括：电源板25，如图6所示，为本申请提供的逆变单元的又一种结构示意图。
电源板25用于为所述单元控制板23供电。电源板25的正极性输入端子与所述逆变单元的正极性端子相连接，所述电源板25的负极性输入端子与所述逆变单元的负极性端子相连接，所述电源板的输出端与所述单元控制板相连接。
本实施例中，由于逆变单元自带电源板，通过电源板可以直接将整流部分输出的电源转换为单元控制板23所需的电源，在防止高压击穿危害外，还可以简化变频器使用时的外部连接线路。
需要说明的是，电源板25也可以适用于图5所示实施例。
可选的，在图4所示实施例的基础上，本申请提供的逆变单元的又一种结构示意图如图7所示，还可以包括：
电流传感器71，用于采集所述逆变单元的输出电流。单元控制板23通过电流传感器71所采集的电流可以判断该逆变单元的工作状况，当判断出逆变单元工作异常时，以便于可以采取相应的保护措施进行保护。还可以根据电流相位，进行复杂的闭环控制等。
需要说明的是，电流传感器71也可以用于图5或图6所示实施例中。
需要说明的是，由于本申请提供的多相变频器，各个逆变模块上的电压相等，为整流部分处理后得到的直流电压的1/n，因此本申请中的逆变模块中的逆变单元以采用低压器件实现，例如，假设逆变部分包括9个逆变模块，每个逆变模块只包括一个逆变单元，也就是说9个逆变单元串联，整流部分处理后得到的直流电压为8100V，那么，经过9个逆变单元串联后，每个逆变单元电压为8100/9＝900V，所以逆变单元中的IGBT的选型可以按照工作电压900V选型，而不必按照工作电压8100V选型。
进一步的，本申请提供的多相变频器，降低了采用IGBT串联搭建逆变电路的情况发生的概率，从而降低了了动态、静态均压难以实现的问题发生的概率，既而提升了高压变频器的可靠性。例如，假设逆变部分包括9个逆变模块，每个逆变模块只包括一个逆变单元，也就是说9个逆变单元串联，整流部分处理后得到的直流电压为8100V，那么，经过9个逆变单元串联后，每个逆变单元电压为8100/9＝900V，所以逆变单元中的IGBT的选型可以按照工作电压900V选型，而不必按照工作电压8100V选型；如果每个逆变单元中的IGBT按照工作电压8100V选型，没有可以直接使用的IGBT，或者存在可以直接使用的IGBT，但成本太高，则每个逆变单元中需要由多个低电压IGBT(比如1700V，3300V额定电压的IGBT)直接串联，而IGBT直接串联存在动态、静态均压难以实现的问题，易引起IGBT过压损毁，从而降低高压变频器的可靠性。因此，通过本申请提供的多相变频器，还可以降低变频器的实现成本。进一步的，由于逆变单元的额定电压降低，也就降低了逆变单元的输出电压的变化率，减小了对多相感应电机的绝缘的危害。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明实施例。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种多相变频器，其特征在于，包括：整流部分、逆变部分和主控制器，所述逆变部分包括n个逆变模块，每个逆变模块包括m个逆变单元，所述n为大于1的正整数，所述m为正整数，m与n的乘积等于所述多相变频器所驱动的多相感应电机的相数，所述逆变部分和所述主控制器相连；
所述整流部分的输入端与外部电源相连；
所述整流部分的正极性输出端子与逆变模块S1的正极性端子相连；
逆变模块Si的正极性端子与逆变模块Si-1的负极性端子相连，所述逆变模块Si的负极性端子与逆变模块Si+1的正极性端子相连，所述i＝{2，…，n-1}；
逆变模块Sn的负极性端子与所述整流部分的负极性输出端子相连；
当m大于1时，同一个逆变模块中的m个逆变单元并联连接；
逆变单元与所述多相感应电机中的定子绕组一一对应，其中，逆变单元Ij的第一输出端与多相感应电机的第j相定子绕组的第一端相连，所述逆变单元Ij的第二输出端与所述第j相定子绕组的第二端相连，所述j＝{1，…，m*n}；
其中，所述逆变单元包括：直流平波电容、单相全桥和单元控制板，所述单相全桥包括4个IGBT，分别为第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT，每个IGBT均携带有续流二极管，所述第一IGBT的发射极和所述第二IGBT的集电极相连接，所述第三IGBT的发射极和所述第四IGBT的集电极相连接，所述第一IGBT的集电极与所述第三IGBT的集电极相连，所述第二IGBT的发射极与所述第四IGBT的发射极相连；
所述直流平波电容的第一端与所述逆变单元的正极性端子相连，所述直流平波电容的第二端与所述逆变单元的负极性端子相连；
所述第一IGBT和所述第三IGBT的集电极公共端与所述逆变单元的正极性端子相连，所述第二IGBT和所述第四IGBT的发射极公共端与所述逆变单元的负极性端子相连；
所述第一IGBT的发射极和所述第二IGBT的集电极的公共端作为所述逆变单元的第一输出端，所述第三IGBT的发射极和所述第四IGBT的集电极的公共端作为所述逆变单元的第二输出端；
所述单元控制板分别与所述第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT相连；
其中，当m＝1时，所述逆变单元还包括：
开关；
所述开关的第一端与所述逆变单元的正极性端子相连，所述开关的第二端与所述逆变单元的负极性端子相连；
所述开关包括：晶闸管、绝缘栅双极型晶体管、或刀闸开关；
其中，所述逆变单元还包括：用于为所述单元控制板供电的电源板；
所述电源板的正极性输入端子与所述逆变单元的正极性端子相连接，所述电源板的负极性输入端子与所述逆变单元的负极性端子相连接，所述电源板的输出端与所述单元控制板相连接。
2.根据权利要求1所述的多相变频器，其特征在于，所述逆变单元还包括：
电流传感器，用于采集所述逆变单元的输出电流。
3.根据权利要求1所述的多相变频器，其特征在于，所述整流部分具体为不控整流部分。
4.根据权利要求1所述的多相变频器，其特征在于，所述整流部分具体为可控整流部分。
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