CN110707942A - 一种级联型高压变频调速器的功率单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种级联型高压变频调速器的功率单元，包括两个单元电路，单元电路包括三相全桥整流电路，直流母线、全桥逆变电路和控制板，三相全桥整流电路的输出端通过直流母线接全桥逆变电路的输入端，全桥逆变电路的输出端为单元电路的交流输出端；全桥逆变电路的4个驱动信号输入端分别接控制板的驱动信号输出端；两个单元电路的交流输出端串接后作为功率单元的交流输出端；第一单元电路三相全桥整流电路的交流输入端接第一三相交流电源，第二单元电路三相全桥整流电路的交流输入端接第二三相交流电源。本发明功率单元由两个单元电路的交流输出端串接后作为功率单元的交流输出端，可以成倍地提高功率单元的输出电压，所组成的级联型高压变频调速器结构紧凑、成本较低。

Description

一种级联型高压变频调速器的功率单元
[技术领域]
本发明涉及级联型高压变频调速器，尤其涉及一种级联型高压变频调速器的功率单元。
[背景技术]
高压变频调速器广泛应用于电力、冶金、石化、矿山等行业中，负载类型包含风机、水泵、压缩机、密炼机、皮带机、提升机等，是一种应用十分广泛且具有高效、节能环保的电气产品，在国民的生产、生活中扮演着非常重要的角色。
目前主流高压变频调速器采用级联型设计，利用叠加升压原理，根据输出电压等级将相应数量的单个低电压等级的功率单元串联起来，实现高压输出直接驱动高压电机。其中功率单元是整个高压变频调速器的核心部件，功率单元的电压等级通常为690V。功率单元的性能好坏与体积大小决定了整个高压变频调速器的性能与体积，因此功率单元的设计成为高压变频调速器的重中之重。
典型的690V功率单元主要有以下缺陷或不足：
690V电压等级的功率单元组成的级联型高压变频调速器由于功率单元的额定电压等级低，为了满足整机额定电压输出，必然导致整机功率单元数量众多。将导致整个高压变频调速器的整体体积居高不下，整机结构成本也很高，而且给用户安装与使用、特别是空间场地方面带来很多限制。
690V电压等级的功率单元为了满足级联型高压变频调速器的输出电压叠加升压原理要求，都采用浮地处理，同时单元之间电源隔离。因此，各单元都有单独的散热器。将导致级联型高压变频调速器散热器的数量多，不利于散热器面积的充分利用，增加了级联型高压变频调速器的成本。
[发明内容]
本发明要解决的技术问题是提供一种输出电压较高、实现级联型高压变频调速器结构较紧凑、成本较低的功率单元。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种级联型高压变频调速器的功率单元，包括两个单元电路，单元电路包括三相全桥整流电路，直流母线、全桥逆变电路和控制板，三相全桥整流电路的输出端通过直流母线接全桥逆变电路的输入端，全桥逆变电路的输出端为单元电路的交流输出端；全桥逆变电路的4个驱动信号输入端分别接控制板的驱动信号输出端；两个单元电路的交流输出端串接后作为功率单元的交流输出端；第一单元电路三相全桥整流电路的交流输入端接第一三相交流电源，第二单元电路三相全桥整流电路的交流输入端接第二三相交流电源。
以上所述的功率单元，第一单元电路全桥逆变电路第一半桥的中点接功率单元交流输出端的第一端子，第二单元电路全桥逆变电路第一半桥的中点接功率单元交流输出端的第二端子；第一单元电路全桥逆变电路第二半桥的中点接第二单元电路全桥逆变电路第二半桥的中点。
以上所述的功率单元，包括功率元器件的散热器，所述的散热器为两个单元电路共用；第一单元电路全桥逆变电路第二半桥的中点通过接地电阻接所述的散热器。
以上所述的功率单元，单元电路包括开关电源，开关电源的输入端接所述的直流母线，控制板的电源输入端接开关电源的输出端。
以上所述的功率单元，单元电路控制板的控制信号输入端用于外接级联型高压变频调速器主控制板的控制信号输出端。
以上所述的功率单元，通过控制两个单元电路的交流输出的相位差与输出频率，实现功率单元的输出电压可调的多电平电压波形。
本发明功率单元由两个单元电路的交流输出端串接后作为功率单元的交流输出端，可以成倍地提高功率单元的输出电压，所组成的级联型高压变频调速器结构紧凑、成本较低。
[附图说明]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例1400V功率单元主回路的电气原理图。
图2是本发明实施例1400V功率单元控制电路原理框图。
[具体实施方式]
本发明实施例的功率单元，包括两个相同的单元电路，每个单元电路分别包括三相全桥整流电路，直流母线、全桥逆变电路、开关电源和控制板。
三相全桥整流电路的输出端通过直流母线接全桥逆变电路的输入端，全桥逆变电路的输出端为单元电路的交流输出端。
开关电源的输入端接直流母线，控制板的电源输入端接开关电源的输出端。
单元电路控制板的控制信号输入端外接级联型高压变频调速器主控制板的控制信号输出端，全桥逆变电路的4个驱动信号输入端分别接控制板的驱动信号输出端。两个单元电路的交流输出端串接后作为功率单元的交流输出端。
第一单元电路三相全桥整流电路的交流输入端接第一三相交流电源，第二单元电路三相全桥整流电路的交流输入端接第二三相交流电源。
第一单元电路全桥逆变电路第一半桥的中点接功率单元交流输出端的第一端子，第二单元电路全桥逆变电路第一半桥的中点接功率单元交流输出端的第二端子。第一单元电路全桥逆变电路第二半桥的中点接第二单元电路全桥逆变电路第二半桥的中点。
两个单元电路全桥逆变电路第二半桥的中点连线通过接地电阻接散热器。散热器为两个单元电路共用，用于两个单元电路主电路功率元器件的散热降温。
本发明实施例的1400V功率单元主回路的结构如图1所示，包括两路交流700V三相电源R1、S1、T1和R2、S2、T2；两个三相全桥整流模块BR1与BR2；4个输入熔断器F11、F12、F13、F14；两个电解电容E1与E2；两个全桥逆变电路IGBT1和IGBT2。
全桥逆变电路IGBT1包括两个半桥IGBTL1和IGBTR1；全桥逆变电路IGBT2包括两个半桥IGBTL1、IGBTR2。
功率单元的输入为两路交流700V三相电源，其中一路700V交流电源R1、S1、T1经过熔断器F11、F12接三相全桥整流模块BR1，经BR1整流后通过直流母线接储能电解电容E1，电解电容E1后级接IGBT半桥IGBTL1、IGBTR1，其中半桥IGBTL1的输出为功率单元的一个交流输出端子L1，半桥IGBTR1的输出端接另一侧半桥IGBTL2的输出端。半桥IGBTR1与IGBTL2的连接线的中点经接地电阻R1接到功率单元的散热器上。另外一路700V交流电源R2、S2、T2经过熔断器F13、F14接三相全桥整流模块BR2，经BR2整流后通过直流母线接储能电解电容E2，经过电解电容E2后接IGBT半桥IGBTL2和IGBTR2，其中半桥IGBTR2的输出为功率单元的另一个交流输出端子L2，半桥IGBTL2输出端与另一侧半桥IGBTR1输出端相连。本发明实施例的功率单元的输出端子L1、L2输出两路交流电源之和为1400V。
本实施例功率单元主回路输入为两路交流700V三相电源，输出为1400V。主回路的母线电压为989V，还不到1000V，可以直接采用低电压等级的功率器件。功率单元的三相全桥整流模块BR1与BR2，4个IGBT半桥IGBTL1、IGBTL2、IGBTR1、IGBTR2统一安装在功率单元的整体散热器上，其开关管由散热器散热降温。功率单元的两个半桥IGBTR1与IGBTL2的连接点通过接地电阻R1连接到散热器，两路电源各自对散热器的最大电压差为989V，因此主回路的功率器件可以使用低电压等级的功率器件，电气绝缘也只需要按低电压等级。
本实施例的1400V功率单元控制电路的电气原理如图2所示，包括；两块开关电源板(开关电源1与开关电源2)；两块控制板(控制板1与控制板2)。
开关电源1的输入接第一单元电路的直流母线电压DC1+、DC1-，开关电源1的输出给控制板1供电，控制板1的控制芯片驱动全桥逆变电路IGBT1(两个半桥IGBTL1与IGBTR1)的4个开关管。开关电源2输入接第二单元电路的直流母线电压DC2+、DC2-，开关电源2输出给控制板2供电，控制板2的控制芯片驱动全桥逆变电路IGBT2(两个半桥IGBTL2与IGBTR2)的4个开关管。级联型高压变频调速器的主控制板与功率单元的两块控制板通讯，控制功率单元的两块控制板输出PWM波形，两块控制板输出的PWM波形控制两个全桥逆变电路IGBT1和IGBT2(4个IGBT半桥IGBTL1、IGBTL2、IGBTR1、IGBTR2)开关管的开通与关断，第一全桥逆变电路IGBT1的输出波形与第二全桥逆变电路IGBT2的输出波形有一定相位差同时输出频率可调，使功率单元输出端子L1与L2实现输出电压为可调的单相多电平电压波形，通过调整第一全桥逆变电路IGBT1的输出波形与第二全桥逆变电路IGBT2的输出波形的相位差与输出频率，使功率单元的L1与L2输出电压达到1400V。
本发明以上实施例的1400V功率单元，主回路的结构不仅可以为功率单元的小型化提供了优质的解决方案，同时为整机的功率单元数量减少，以及为整个高压变频调速器的一体化、小型化提供了有效解决方案。

Claims (6)

1.一种级联型高压变频调速器的功率单元，包括单元电路，单元电路包括三相全桥整流电路，直流母线、全桥逆变电路和控制板，三相全桥整流电路的输出端通过直流母线接全桥逆变电路的输入端，全桥逆变电路的输出端为单元电路的交流输出端；全桥逆变电路的4个驱动信号输入端分别接控制板的驱动信号输出端；其特征在于，包括两个所述的单元电路，两个单元电路的交流输出端串接后作为功率单元的交流输出端；第一单元电路三相全桥整流电路的交流输入端接第一三相交流电源，第二单元电路三相全桥整流电路的交流输入端接第二三相交流电源。
2.根据权利要求1所述的功率单元，其特征在于，第一单元电路全桥逆变电路第一半桥的中点接功率单元交流输出端的第一端子，第二单元电路全桥逆变电路第一半桥的中点接功率单元交流输出端的第二端子；第一单元电路全桥逆变电路第二半桥的中点接第二单元电路全桥逆变电路第二半桥的中点。
3.根据权利要求1所述的功率单元，其特征在于，包括功率元器件的散热器，所述的散热器为两个单元电路共用；第一单元电路全桥逆变电路第二半桥的中点通过接地电阻接所述的散热器。
4.根据权利要求1所述的功率单元，其特征在于，单元电路包括开关电源，开关电源的输入端接所述的直流母线，控制板的电源输入端接开关电源的输出端。
5.根据权利要求1所述的功率单元，其特征在于，单元电路控制板的控制信号输入端用于外接级联型高压变频调速器主控制板的控制信号输出端。
6.根据权利要求1所述的功率单元，其特征在于，通过控制两个单元电路的交流输出的相位差与输出频率，实现功率单元输出电压可调的单相多电平电压波形。
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