CN105591533B - 一种pwm变流电路及包含该电路的变频器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种PWM变流电路及含有该电路的变频器，该电路包括交流电输入端和直流电输出端；电连接在交流电输入端和直流电输出端之间的PWM变流电路。本发明装置用于电力系统发生电压暂降时的变频器欠压保护停机治理，使之具备低电压穿越能力，同时在电网电压正常时，可提供无功功率补偿及谐波抑制功能，消除变频器对电网的污染。

Description

一种PWM变流电路及包含该电路的变频器

技术领域

本发明涉及变频器低电压停机保护及变频器电能质量治理电路。更具体地，涉及一种PWM变流电路以及包含该电路的变频器。

背景技术

变频器以其优良的调速性能和显著的节能效果，在工业生产中得到大量应用。但是由于电网不可避免的出现电压暂降等现象，导致变频器在使用中经常发生停机保护问题，进而引起所驱动的电机停止运行。随着工业化程度的不断提高，生产过程往往是自动化连续性生产，各个工艺流程紧密配合，相互协调，只要其中一台设备出现保护停机，就会引起生产工艺过程的紊乱，甚至导致整条生产线非计划停机，给企业造成很大的经济损失，严重的会导致人身伤亡和环境污染事故。因此，如何使变频器在电压暂降发生时仍能正常工作成为一项亟待解决的重要问题。

现有解决变频器低电压停机保护问题往往通过加装设备实现，如加装不间断电源UPS(Uninterruptible Power Supply)、动态电压恢复器DVR(Dynamic VoltageRestorer)、固态切换开关SSTS(Solid State Transfer Switch)、DC-BANK等，但这些方案均存在一定的弊端。

不间断电源UPS：UPS是能够提供持续、稳定、不间断的电源供应的重要外部设备。其结构较复杂，但性能完善，其显著特点是能够持续零中断地输出纯净正弦波交流电，能够解决尖峰、浪涌、频率漂移等电源问题。但变频器前加装UPS时，所需容量较大，投资成本高，同时UPS自身的转换效率低，且使用电池，可靠性存在一定的风险，极少数厂家使用这种方式。

动态电压恢复器DVR：DVR装置通过串联在敏感负荷和系统之间，迅速地补偿了电网中的电压暂降、震荡等故障，提高了用户端的电能质量，是保证敏感工业设备不受电压暂降影响的有效办法。DVR相对UPS有经济上面的优势，可以节约生产成本，但是也有致命的弱点，即补偿时间超过几秒以上则无法继续补偿，而且当电网电压低于额定50％以下，或者完全中断时，DVR就无法使用了。

固态切换开关SSTS：固态切换开关SSTS基于先进的半导体开关技术，能够实现双电源之间快速切换，切换时间控制在20ms以内。但SSTS方案有效的前提是两路供电电源相互独立，即其中一路电源故障时，另外一路电源必须正 常，在实际系统中，完全具备双路独立电源的场合很少，因此，该方案的使用受到限制。

DC-BANK：DC-BANK采用对变频器直流母线进行电压支撑的方法，储能器件采用蓄电池，当电压暂降时，蓄电池释放能量进行电压支撑，从而避免变频器保护停机。该方案有效的前提是蓄电池性能可靠，但在实际应用中，蓄电池往往得不到有效维护，在出现电压暂降时才发现蓄电池实际性能远远达不到设计要求，甚至会出现蓄电池爆炸等事故。蓄电池作为唯一的一道生命线，却无法在关键时刻发挥“保命”作用。另外蓄电池寿命短，平均寿命一般只有2-3年，更换维护成本高，同时占用体积较大。如果采用超级电容器等其它储能材料时，成本会更高。

针对现有技术中存在的上述问题，特提出本发明。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种PWM变流电路。

本发明的另一个目的在于提供一种含有所述PWM变流电路的变频器。

本发明的第三个目的在于提供一种含有所述变频器的设备。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种PWM变流电路，所述电路包括：

交流电输入端和直流电输出端；

电连接在交流电输入端和直流电输出端之间的PWM变流器。

进一步的，所述电路还包括：三相电抗器，所述三相电抗器的输入端与交流电输入端连接，所述三相电抗器的输出端与所述PWM变流器的输入端连接。

进一步的，所述电路还包括：第一直流支撑电容，所述第一直流支撑电容的两端与所述PWM变流器的输出端并联连接。

进一步的，所述电路还包括：半导体开关，所述半导体开关串联在所述PWM变流器输出端的正极和直流电输出端的正极之间，其中半导体开关的阳极和所述PWM变流器输出端的正极连接，半导体开关的阴极和直流电输出端的正极连接。

一种变频器，在所述变频器的交流电输入端与所述变频器的直流母线PN端之间并联所述的PWM变流电路，所述PWM变流电路的交流电输入端与所述变频器的交流电输入端连接，所述PWM变流电路的直流电输出端与所述变频器的直流母线PN端连接。

进一步的，所述变频器包括：整流单元和逆变单元，所述整流单元的输入端为所述变频器的交流电输入端，所述整流单元的输出端为所述变频器的直流母线PN端，所述整流单元的输出端与所述逆变单元的输入端连接，所述逆变单元的输出端为所述变频器的输出端。

进一步的，所述变频器还包括：第二直流支撑电容，所述第二直流支撑电容的两端与所述整流单元的输出端并联连接。

一种包含如上所述的变频器的设备，在所述设备的电动机与外部三相电网之间电连接所述变频器。

本发明的有益效果如下：

本发明的PWM变流电路将变频器的直流母线电压支撑、有源滤波和无功补偿三种功能集成在一起，既能在电网电压暂降时维持变频器正常运行，又能在电网电压正常时对变频器进行有源滤波和无功补偿。与常规的不间断电源UPS、动态电压恢复器DVR、固态切换开关SSTS、DC-BANK等解决方案相比，功能完善，性价比高。

附图说明

图1为本发明变频器的电能质量综合治理装置的主电路拓扑结构示意图。

图中，1-变频器；2-PWM变流电路；3-三相电网；4-电动机；11-整流单元；12-第二直流支撑电容；13-逆变单元；21-三相电抗器；22-PWM变流器；23-第一直流支撑电容；24-半导体开关。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。

如图1所示，一种PWM变流电路，该电路包括：

交流电输入端和直流电输出端；

电连接在交流电输入端和直流电输出端之间的PWM变流器22，还包括：三相电抗器21、第一直流支撑电容23和半导体开关24；三相电抗器21的输入端与交流电输入端连接，三相电抗器21的输出端与PWM变流器22的输入端连接；第一直流支撑电容23的两端与PWM变流器22的输出端并联连接；半导体开关24串联在PWM变流器22输出端的正极和直流电输出端的正极之间，半导体开关24的阳极和PWM变流器22输出端的正极连接，半导体开关 24的阴极和直流电输出端的正极连接；直流电输出端与外部设备变频器1的直流母线PN端连接。

一种变频器，在变频器1的输入端与变频器1的直流母线PN端之间并联所述的PWM变流电路；变频器1包括整流单元11和逆变单元13，整流单元11的输入端为变频器1的输入端，整流单元11的输出端为变频器直流母线PN端，整流单元11的输出端与逆变单元13的输入端连接，逆变单元13的输出端为变频器1的输出端，变频器1的输出端与电动机4连接。

变频器1还包括第二直流支撑电容12，第二直流支撑电容12的两端与整流单元11的输出端，即变频器1的直流母线PN端并联连接。

将含有所述PWM变流电路的变频器1与电动机4连接，三相电抗器21的一端和变频器1的输入端并联，共同接入三相电网3，另一端接至PWM变流器22的交流侧，PWM变流器22的直流侧并联第一直流支撑电容23后，经过半导体开关24和变频器1的直流母线PN端并联，通过半导体开关24的控制实现对变频器1的直流母线的电压支撑，变频器1由整流单元11、直流支撑电容12和逆变单元13三部分组成，变频器1的输入端接至三相电网3，输出端接至电动机4，本实施例中的整流单元11采用整流器，逆变单元13采用逆变器。

本实施例中的三相电抗器21还可采用变压器代替，半导体开关24除了半控器件晶闸管之外，还可以采用其它半导体开关器件，包括全控器件。

本发明的PWM变流电路的三相电抗器21的一端和变频器1的输入端并联，共同接入三相电网3，三相电抗器21的另一端接至PWM变流器22的交流侧，PWM变流器22的直流侧并联第一支撑电容23后，经过半导体开关24和变频器1的直流母线PN端并联，通过半导体开关24的控制实现对变频器1直流母线的电压支撑。所述PWM变流电路有两种工作模式，当电网发生电压暂降时，PWM变流电路工作在整流模式，快速向变频器1的直流母线充电，对其提供能量支撑，从而避免母线电压跌落至设定门限而保护停机；当电网电压正常时，PWM变流电路工作在逆变模式，提供附加的电能质量治理功能，即对电网进行有源滤波和无功补偿，消除变频器1对电网造成的谐波和功率因数低等污染。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种PWM变流电路，其特征在于，所述电路包括：

交流电输入端和直流电输出端；

电连接在交流电输入端和直流电输出端之间的PWM变流器；

所述电路还包括：三相电抗器，所述三相电抗器的输入端与交流电输入端连接，所述三相电抗器的输出端与所述PWM变流器的输入端连接；

所述电路还包括：第一直流支撑电容，所述第一直流支撑电容的两端与所述PWM变流器的输出端并联连接；

所述电路还包括：半导体开关，所述半导体开关串联在所述PWM变流器输出端的正极和直流电输出端的正极之间，其中半导体开关的阳极和所述PWM变流器输出端的正极连接，半导体开关的阴极和直流电输出端的正极连接;

根据电网电压的状态，PWM变流电路工作于两种工作模式，模式一为电网电压正常时的有源滤波和无功补偿模式，模式二为电网电压暂降时的变频器直流母线电压支撑模式；

当所述的PWM变流电路工作于模式一时，PWM变流电路工作在有源滤波和无功补偿状态，由PWM变流电路滤除电网电流中的谐波成分，同时对变频器吸收的无功电流进行补偿，使得电网提供的电流为近似正弦波，且与电网电压同相位，使变频器相当于纯电阻负载；

当PWM变流电路工作于模式二时，PWM变流电路工作在PWM整流状态，能量从电网经PWM变流电路、半导体开关，最终传递至变频器直流母线，用于对变频器直流母线电压进行支撑。

2.一种变频器，其特征在于：在所述变频器的交流电输入端与所述变频器的直流母线PN端之间并联如权利要求1所述的PWM变流电路，所述PWM变流电路的交流电输入端与所述变频器的交流电输入端连接，所述PWM变流电路的直流电输出端与所述变频器的直流母线PN端连接。

3.根据权利要求2所述的变频器，其特征在于，所述变频器包括：整流单元和逆变单元，所述整流单元的输入端为所述变频器的交流电输入端，所述整流单元的输出端为所述变频器的直流母线PN端，所述整流单元的输出端与所述逆变单元的输入端连接，所述逆变单元的输出端为所述变频器的输出端。

4.根据权利要求2所述的变频器，其特征在于，所述变频器还包括：第二直流支撑电容，所述第二直流支撑电容的两端与所述整流单元的输出端并联连接。

5.一种包含如权利要求3所述变频器的设备，其特征在于，在所述设备的电动机与外部三相电网之间设有所述变频器。