CN107896067A - 一种单输入多h桥逆变输出的变频功率单元 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高压变频器控制技术，提出一种单输入多H桥输出的变频功率单元，提出的一种单输入多H桥逆变输出的变频功率单元为对应整流变压器的三相输出设置的三组；每组所述的变频功率单元至少为一个；所述的变频功率单元具有连接在整流变压器副边绕组输出端的整流部分；所述的整流部分的输出端通过叠层母排连接有多个H型单相逆变桥；多个所述的H型单相逆变桥与变频器需要驱动的电动机台数或电动机定子绕组的套数一一对应；多个所述的H型单相逆变桥的IGBT触发器均与同一功率单元控制器相连，由同一功率单元控制器同时控制多个所述的H型单相逆变桥，使多个H型单相逆变桥同步输出。本发明实现了同时控制同一机械设备中多台或具有多套定子绕组的中高压电动机的目的，满足了两台及以上或者具有多套定子绕组中高压电动机驱动机械平滑调速的需要。
Description
技术领域
本发明属于高压变频器控制技术，提出一种单输入多H桥逆变输出的变频功率单元。
背景技术
一些机械设备通常由两台或多台中高压电动机同时驱动，或者一台中高压电动机具有多套定子绕组。例如，重型轧机、大中型矿井提升机包括凿井提升机、大中型高炉炉料卷扬机、升船机、大中型通风机、大中型带式输送机、辊压机，等等。传统的变频功率单元只有一个逆变桥输出，由此组成的中高压变频器也就一组逆变器输出。如果要同时驱动两台及以上或具有多套定子绕组的中高压电动机，传统的做法之一（“一拖多”），将多台中高压电动机的定子绕组并接在一起，由一台中高压变频器驱动，这主要存在以下缺点：1）多台电动机或多套定子绕组的力矩（电流）不一定平衡；2）驱动绕性联接的机械设备如带式输送机，各电动机间的速度不完全一致；不但影响机械设备的静、动态性能和效率，而且相互别劲可能导致电动机或机械设备疲劳程度加剧从而缩短寿命，徒增运维费用。传统的做法之二（“一拖一”），一台中高压变频器驱动一台电动机或一套定子绕组，变频器的数量等于电动机或定子绕组的台（套）数；虽然采用主从控制等措施，解决了力矩（电流）平衡和速度一致问题，但是成本提高以及设备的总体体积增大，包括设备及其基建在内的投资费用高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提出一种单输入多H桥逆变输出的变频功率单元。
本发明采取以下技术方案完成其发明目的：
一种单输入多H桥逆变输出的变频功率单元，所述的变频功率单元具有连接在整流变压器副边绕组输出端的整流部分；所述的整流部分的输出端通过叠层母排连接有多个H型单相逆变桥；多个所述的H型单相逆变桥与变频器需要驱动的电动机台数或电动机定子绕组的套数一一对应；多个所述的H型单相逆变桥的IGBT触发器均与同一功率单元控制器相连，由同一功率单元控制器同时控制多个所述的H型单相逆变桥，使多个H型单相逆变桥同步输出；所述的H型单相逆变桥为四个IGBT组成。
所述的整流部分为连接在整流变压器副边绕组输出端的二极管三相整流桥，整流部分为二极管三相整流桥的所述变频功率单元为两象限变频功率单元。
所述的整流部分为连接在整流变压器副边绕组输出端的IGBT三相整流桥，整流部分为IGBT三相整流桥的所述变频功率单元为四象限变频功率单元。
所述的IGBT三相整流桥与整流变压器副边绕组的输出端之间设置有RCL滤波单元，所述的RCL滤波单元与整流变压器副边绕组所固有的电感或电抗组成具有电阻R进行限流的LCL滤波器；所述RCL滤波单元中电容C的接法为三角形接法或星型接法。
本发明提出一种单输入多H桥逆变输出的变频功率单元，多个对应变频器需要驱动的电动机台数或电动机定子绕组的套数设置的多H桥逆变输出共用一个整流输入，将本发明所述的变频功率单元组成中压或高压变频器，实现了同时控制同一机械设备中多台或具有多套定子绕组的中高压电动机的目的，满足了两台及以上或者具有多套定子绕组中高压电动机驱动机械平滑调速的需要；相较于现有公知技术，以本发明所述的变频功率单元组成的一台中高压变频器，相当于多台传统的中高压变频器，既解决了运行过程中多套定子绕组力矩（电流）平衡和多台电动机速度一致问题，又减少了设备总体体积和成本包括运维成本，节省了包括设备及其基建投资在内的费用，社会和经济效益显著。
附图说明
图1单输入多H桥逆变输出的两象限变频功率单元原理示意图；
图2单输入多H桥逆变输出的四象限变频功率单元原理示意图；
图3带RCL滤波环节（星型接法）、单输入多H桥逆变输出的四象限变频功率单元原理示意图；
图4带RCL滤波环节（三角形接法）、单输入多H桥逆变输出的四象限变频功率单元原理示意图。
图中：1、整流变压器副边绕组，2、整流部分，3、H型单相逆变桥，4、RCL滤波单元，5、功率单元控制器，6、IGBT触发器。
具体实施方式
结合附图和具体实施例对本发明加以说明：
如图1所示，一种单输入多H桥逆变输出的变频功率单元，根据每相串接变频功率单元数量的不同，可组成不同电压等级的中压或高压变频器；所述的变频功率单元具有连接在整流变压器副边绕组1输出端的整流部分2；该实施例中，所述的整流部分2为连接在整流变压器副边绕组输出端的二极管三相整流桥，整流部分为二极管三相整流桥的所述变频功率单元为两象限变频功率单元；所述的整流部分2的输出端通过叠层母排连接有多个H型单相逆变桥3；多个所述的H型单相逆变桥3与变频器需要驱动的电动机台数或电动机定子绕组的套数一一对应；多个所述的H型单相逆变桥3的IGBT触发器6均与同一功率单元控制器5相连，由同一功率单元控制器5同时控制多个所述的H型单相逆变桥3的触发器，使多个H型单相逆变桥同步输出；功率单元控制器主要由DSP、CPLD和逻辑及接口电路组成，把通过光纤接收到高压变频器主控系统的控制信号翻译成四组IGBT的触发信号并保证互锁，同时将功率单元一些信息和状态返回主控系统；由上述变频功率单元组成的高压变频器为两象限，能量传输仅为单向，即从网侧指向逆变侧，不可逆，不具有能量回馈功能，用于驱动不需要通过能量回馈进行电气制动的机械设备；在本实施例中，所述变频功率单元的输入（R、S、T）线电压通常选取为AC600V，这样，直流母排间的峰值电压Udc为848.5V，如果选取耐受电压为1700V的普通低压IGBT，则IGBT的电压裕量大于2倍，满足实用的要求；考虑满载情况下造成一定压降并要求有一定的电压裕量，变频功率单元中每组H桥的额定输出（Un-Vn间，n=1、2......）电压按700V标定（实际输出可大于700V）。根据变频功率单元的技术参数，选取合适的变频功率单元及其数量作为中高压变频器核心功率器件以满足实用的需要。例如，每相一级变频功率单元组成的中压变频器，可驱动1.14kV（小于1*0.7*kV)中压电动机；如果电动机额定电压为3.3kV（小于3*0.7*kV），变频器每相则需要3台功率单元串联；针对6kV（小于5*0.7*kV）高压电动机，变频器每相则需要5台功率单元串联，以此类推。因此，所述变频功率单元，根据每相串接的数量不同，可组成不同电压等级的中压或高压变频器，驱动不同电压等级的中压或高压电动机（多台或多套定子绕组）。
图2给出本发明的另一种结构示意图，该实施例中所述的整流部分2为连接在整流变压器副边绕组输出端的IGBT三相整流桥，整流部分为IGBT三相整流桥的所述变频功率单元为四象限变频功率单元；由该实施例所述的变频功率单元组成四象限的中高压变频器，能量传输为双向且具有能量回馈功能，用于驱动需要通过能量回馈进行电气制动的机械设备；电动状态下，能量传输方向从网侧指向H型逆变桥；制动（逆变）状态下，能量从H型逆变桥指向网侧，可逆，这种情况下，机械拖动电动机发电，通过H型逆变桥使得变频功率单元的母排电压泵升，通过整流部分将能量回馈网侧，达到电气制动的目的，且节省电能；以此为核心功率器件组成的四象限中高压变频器，具有能量回馈功能，用于驱动需要通过能量回馈进行电气制动且多台或具有多套定子绕组电机拖动的机械设备，如多台电动机拖动的下行带式输送机、高炉卷扬机、升船机、重型轧机、矿井（凿井）提升机包括具有多套定子绕组的提升机，等等。
结合图3、图4所示，所述的IGBT三相整流桥与整流变压器副边绕组的输出端之间设置有RCL滤波单元4，所述的RCL滤波单元与整流变压器副边绕组所固有的电感或电抗组成具有电阻R进行限流的LCL滤波器；所述RCL滤波单元中电容C的接法为三角形接法或星型接法；LCL滤波器从所述整流变压器的各个低压侧（谐波源头）抑制谐波源并进行滤波，以减少谐波分量，并降低与电网之间的相互干扰，提高回馈电能的质量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明技术方案上的等效变换均属于本发明保护范围之内。
Claims (4)
1.一种单输入多H桥逆变输出的变频功率单元，其特征在于：所述的变频功率单元具有连接在整流变压器副边绕组输出端的整流部分；所述的整流部分的输出端通过叠层母排连接有多个H型单相逆变桥；多个所述的H型单相逆变桥与变频器需要驱动的电动机台数或电动机定子绕组的套数一一对应；多个所述的H型单相逆变桥的IGBT触发器均与同一功率单元控制器相连，由同一功率单元控制器同时控制多个所述的H型单相逆变桥，使多个H型单相逆变桥同步输出。
2.如权利要求1所述的一种单输入多H桥逆变输出的变频功率单元，其特征在于：所述的整流部分为连接在整流变压器副边绕组输出端的二极管三相整流桥，整流部分为二极管三相整流桥的所述变频功率单元为两象限变频功率单元。
3.如权利要求1所述的一种单输入多H桥逆变输出的变频功率单元，其特征在于：所述的整流部分为连接在整流变压器副边绕组输出端的IGBT三相整流桥，整流部分为IGBT三相整流桥的所述变频功率单元为四象限变频功率单元。
4.如权利要求3所述的一种单输入多H桥逆变输出的变频功率单元，其特征在于：所述的IGBT三相整流桥与整流变压器副边绕组的输出端之间设置有RCL滤波单元，所述的RCL滤波单元与整流变压器副边绕组所固有的电感或电抗组成具有电阻R进行限流的LCL滤波器；所述RCL滤波单元中电容C的接法为三角形接法或星型接法。
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