CN116207964A - 一种变频器及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力电子技术领域，具体提供一种变频器及电子设备，旨在解决现有采用RCD吸收电路的变频器中，容易产生开通浪涌电流的问题。为此目的，本发明的变频器包括：整流电路、逆变电路以及吸收电路，其中吸收电路与逆变电路中的绝缘栅双极型晶体管并联连接，且吸收电路包括电阻、电容、二极管和电感器，该电感器和电容串联连接，从而可以解决现有变频器中因采用RCD吸收电路时，RCD吸收电路中的电容会产生开通浪涌电流的问题，达到抑制浪涌电流的效果。

Description

一种变频器及电子设备
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体提供一种变频器及电子设备。
背景技术
随着变频器技术的发展，变频器逐渐被应用到中、大功率设备或系统中，因此对变频器的寿命、可靠性要求也越来越高。
作为变频器的重要部件之一的绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)，其是一种高输入阻抗高开关速率的电压控制型器件，但IGBT很容易产生过电压，通常情况发上在IGBT关断时或换相时。IGBT关断时因其开关速率di/dt很高，会在环路中的杂散电感的作用下产生尖峰电压；另一方面在变频器逆变输出换相时，IGBT反并联二极管的反向恢复电流会产生变化，进而在母线杂散电感的作用下感应尖峰电压。这两种情况产生的尖峰电压叠加到母线电压上，容易超过IGBT的阻断电压而导致IGBT过压损坏。因此需要增加IGBT吸收电路，对这部分过电压进行抑制，避免出现上述IGBT损坏的情况。
为有效抑制IGBT过电压，现有技术中通常采用在每个IGBT两端并联RCD放电阻止型吸收电路，RCD吸收电路是由电阻R、电容C和二极管D构成，但这种放电阻止型RCD吸收电路在IGBT开通时因多一个电容的充电电流，容易造成开通浪涌电流。
发明内容
本发明旨在解决上述技术问题，即，解决现有采用RCD吸收电路的变频器中，容易产生开通浪涌电流的问题。
在第一方面，本发明提供一种变频器，其包括：
整流电路，用于将接收到的交流输入电压转换为直流输入电压；
逆变电路，所述逆变电路与所述整流电路连接，用于将所述直流输入电压转换为交流输出电压；以及，
吸收电路，所述吸收电路与所述逆变电路中的绝缘栅双极型晶体管并联连接，所述吸收电路包括电阻、电容、二极管和电感器，所述电感器与所述电容串联连接。
在一些实施例中，所述整流电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管，所述第一二极管、所述第二二极管和所述第三二极管的负极连接，所述第四二极管、所述第五二极管和所述第六二极管的正极连接，所述第四二极管的负极和所述第一二极管的正极连接，所述第五二极管的负极和所述第二二极管的正极连接，所述第六二极管的负极和所述第三二极管的正极连接。
在一些实施例中，所述逆变电路为三相桥式逆变电路。
在一些实施例中，所述吸收电路设置有多个，多个所述吸收电路分别与所述三相桥式逆变电路中的每个绝缘栅双极型晶体管并联连接。
在一些实施例中，所述三相桥式逆变电路包括三个单相桥式逆变电路，每个所述单相桥式逆变电路包括设置在上桥臂的绝缘栅双极型晶体管和设置在下桥臂的绝缘栅双极型晶体管，所述吸收电路包括与所述设置在上桥臂的绝缘栅双极型晶体管并联连接的上桥臂吸收电路以及与所述设置在下桥臂的绝缘栅双极型晶体管并联连接的下桥臂吸收电路；
在所述上桥臂吸收电路中，所述电容的第一端与所述设置在上桥臂的绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，所述电容的第二端与所述电感器的第一端连接，所述电感器的第二端与所述二极管的正极连接，所述二极管的负极与所述设置在上桥臂的绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述电阻的第一端与所述二极管的正极连接，所述电阻的第二端与所述设置在下桥臂的绝缘栅双极型晶体管的发射极连接；
在所述下桥臂吸收电路中，所述二极管的正极与所述设置在下桥臂的绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，所述二极管的负极与所述电感器的第一端连接，所述电感器的第二端与所述电容的第一端连接，所述电容的第二端与所述设置在下桥臂的绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述电阻的第一端与所述二极管的负极连接，所述电阻的第二端与所述设置在上桥臂的绝缘栅双极型晶体管的集电极连接。
在一些实施例中，所述变频器还包括电容单元，所述电容单元设置在所述整流电路和所述逆变电路之间。
在一些实施例中，所述电容单元包括电解电容和/或薄膜电容。
在一些实施例中，所述变频器还包括软启动单元，所述软启动单元包括限流电阻和直流接触器，所述限流电阻设置在所述整流电路和所述电容单元之间，所述直流接触器和所述限流电阻并联连接。
在一些实施例中，所述变频器还包括母线电感器，所述母线电感器设置在所述软启动单元和所述电容单元之间。
在第二方面，本发明提供了一种电子设备，其包括电子设备本体以及上述任一项所述的变频器。
在采用上述技术方案的情况下，本发明能够通过在变频器中设置吸收电路，其中吸收电路与逆变电路中的绝缘栅双极型晶体管并联连接，且吸收电路包括电阻、电容、二极管和电感器，该电感器和电容串联连接，从而可以解决现有变频器中因采用RCD吸收电路时，RCD吸收电路中的电容会产生开通浪涌电流的问题，达到抑制浪涌电流的效果。
附图说明
下面结合附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：
图1是本发明实施例提供的一种变频器的简要结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种变频器的电路图；
图3是本发明另一实施例提供的变频器结构示意图；
图4是本发明另一实施例提供的一种变频器的电路图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的具体实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等序数词仅用于区分相同性质的几个技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见图1所示，图1是本发明实施例提供的一种变频器的简要结构示意图，其可以包括：
整流电路11，用于将接收到的交流输入电压转换为直流输入电压；
逆变电路12，逆变电路12与整流电路11连接，用于将直流输入电压转换为交流输出电压；以及，
吸收电路13，吸收电路12与逆变电路12中的绝缘栅双极型晶体管并联连接，吸收电路包括电阻R、电容C、二极管D和电感器L，电感器L与电容C串联连接。
在本发明实施例中，通过设置与绝缘栅双极型晶体管并联的吸收电路，并在吸收电路中设置与电容C串联的电感器L，可以实现在抑制绝缘栅双极型晶体管关断过电压的同时，抑制绝缘栅双极型晶体管开通时的浪涌电流。
在一些实施例中，本发明提供的变频器可以为以三相交流电源进行供电的变频器，在下文中将以此为例进行描述。
在一些实施例中，参见图2所示，图2是本发明实施例提供的一种变频器的电路图，整流电路11可以包括：
第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6，第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3的负极连接，第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6的正极连接，第四二极管D4的负极和第一二极管D1的正极连接，第五二极管D5的负极和第二二极管D2的正极连接，第六二极管D6的负极和第三二极管D3的正极连接。
在一些实施例中，三相交流电源可以包括r输出端、s输出端和t输出端。
相应的，整流电路11中第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3的负极连接后与直流母线的第一端连接；第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6的正极连接后与直流母线的第二端连接；第四二极管D4的负极和第一二极管D1的正极的连接处与三相交流电源的r输出端连接，第五二极管D5的负极和第二二极管D2的正极的连接处与三相交流电源的s输出端连接，第六二极管D6的负极和第三二极管D3的正极的连接处与三相交流电源的t输出端连接。
在一些实施例中，逆变电路12可以为三相桥式逆变电路。三相桥式逆变电路可以包括三个单相桥式逆变电路，每个单相桥式逆变电路可以包括设置在上桥臂的绝缘栅双极型晶体管和设置在下桥臂的绝缘栅双极型晶体管。其中，逆变电路12中每个绝缘栅双极型晶体管还反向并联有整流二极管。
吸收电路13可以相应的设置有多个，多个吸收电路13分别与三相桥式逆变电路中的每个绝缘栅双极型晶体管并联连接。其中，吸收电路13包括与设置在上桥臂的绝缘栅双极型晶体管并联连接的上桥臂吸收电路以及与设置在下桥臂的绝缘栅双极型晶体管并联连接的下桥臂吸收电路。
在上桥臂吸收电路中，电容的第一端与设置在上桥臂的绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，电容的第二端与电感器的第一端连接，电感器的第二端与二极管的正极连接，二极管的负极与设置在上桥臂的绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，电阻的第一端与二极管的正极连接，电阻的第二端与设置在下桥臂的绝缘栅双极型晶体管的发射极连接；
在下桥臂吸收电路中，二极管的正极与设置在下桥臂的绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，二极管的负极与电感器的第一端连接，电感器的第二端与电容的第一端连接，电容的第二端与设置在下桥臂的绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，电阻的第一端与二极管的负极连接，电阻的第二端与设置在上桥臂的绝缘栅双极型晶体管的集电极连接。
在一些实施例中，如图2所示，逆变电路12可以包括：
第一绝缘栅双极型晶体管Z1、第二绝缘栅双极型晶体管Z2、第三绝缘栅双极型晶体管Z3、第四绝缘栅双极型晶体管Z4、第五绝缘栅双极型晶体管Z5和第六绝缘栅双极型晶体管Z6，第一绝缘栅双极型晶体管Z1、第二绝缘栅双极型晶体管Z2和第三绝缘栅双极型晶体管Z3的集电极连接，第四绝缘栅双极型晶体管Z4、第五绝缘栅双极型晶体管Z5和第六绝缘栅双极型晶体管Z6的发射极连接，第一绝缘栅双极型晶体管Z1的发射极和第四绝缘栅双极型晶体管Z4的集电极连接，第二绝缘栅双极型晶体管Z2的发射极和第五绝缘栅双极型晶体管Z5的集电极连接，第三绝缘栅双极型晶体管Z3的发射极和第六绝缘栅双极型晶体管Z6的集电极连接。
第一绝缘栅双极型晶体管Z1的发射极和第四绝缘栅双极型晶体管Z4的集电极之间还可以连接U输出端，第二绝缘栅双极型晶体管Z2的发射极和第五绝缘栅双极型晶体管Z5的集电极之间还可以连接V输出端，第三绝缘栅双极型晶体管Z3的发射极和第六绝缘栅双极型晶体管Z6的集电极之间还可以连接W输出端。
其中，与U输出端对应的单相桥式逆变电路包括设置在上桥臂的第一绝缘栅双极型晶体管Z1和设置在下桥臂的第四绝缘栅双极型晶体管Z4。
相应的，与第一绝缘栅双极型晶体管Z1并联设置的上桥臂吸收电路包括第一电阻R1、第一电容C1、第七二极管D7和第一电感器L1，第一电容C1的第一端与第一绝缘栅双极型晶体管Z1的集电极连接，第一电容C1的第二端与第一电感器L1的第一端连接，第一电感器L1的第二端与第七二极管D7的正极连接，第七二极管D7的负极与第一绝缘栅双极型晶体管Z1的发射极连接，第一电阻R1的第一端与第七二极管D7的正极连接，第一电阻R1的第二端与第四绝缘栅双极型晶体管Z4的发射极连接。
与第四绝缘栅双极型晶体管Z4并联设置的下桥臂吸收电路包括第二电阻R2、第二电容C2、第八二极管D8和第二电感器L2，第八二极管D8的正极与第四绝缘栅双极型晶体管Z4的集电极连接，第八二极管D8的负极与第二电感器L2的第一端连接，第二电感器L2的第二端与第二电容C2的第一端连接，第二电容C2的第二端与第四绝缘栅双极型晶体管Z4的发射极连接，第二电阻R2的第一端与第八二极管D8的负极连接，第二电阻R2的第二端与第一绝缘栅双极型晶体管Z1的集电极连接。
其中，与V输出端对应的单相桥式逆变电路包括设置在上桥臂的第二绝缘栅双极型晶体管Z2和设置在下桥臂的第五绝缘栅双极型晶体管Z5。
相应的，与第二绝缘栅双极型晶体管Z2并联设置的上桥臂吸收电路包括第三电阻R3、第三电容C3、第九二极管D9和第三电感器L3，第三电容C3的第一端与第二绝缘栅双极型晶体管Z2的集电极连接，第三电容C3的第二端与第三电感器L3的第一端连接，第三电感器L3的第二端与第九二极管D9的正极连接，第九二极管D9的负极与第二绝缘栅双极型晶体管Z2的发射极连接，第三电阻R3的第一端与第九二极管D9的正极连接，第三电阻R3的第二端与第五绝缘栅双极型晶体管Z5的发射极连接。
与第五绝缘栅双极型晶体管Z5并联设置的下桥臂吸收电路包括第四电阻R4、第四电容C4、第十二极管D10和第四电感器L4，第十二极管D10的正极与第五绝缘栅双极型晶体管Z5的集电极连接，第十二极管D10的负极与第四电感器L4的第一端连接，第四电感器L4的第二端与第四电容C4的第一端连接，第四电容C4的第二端与第五绝缘栅双极型晶体管Z5的发射极连接，第四电阻R4的第一端与第十二极管D10的负极连接，第四电阻R4的第二端与第二绝缘栅双极型晶体管Z2的集电极连接。
其中，与W输出端对应的单相桥式逆变电路包括设置在上桥臂的第三绝缘栅双极型晶体管Z3和设置在下桥臂的第六绝缘栅双极型晶体管Z6。
相应的，与第三绝缘栅双极型晶体管Z3并联设置的上桥臂吸收电路包括第五电阻R5、第五电容C5、第十一二极管D11和第五电感器L5，第五电容C5的第一端与第三绝缘栅双极型晶体管Z3的集电极连接，第五电容C5的第二端与第五电感器L5的第一端连接，第五电感器L5的第二端与第十一二极管D11的正极连接，第十一二极管D11的负极与第三绝缘栅双极型晶体管Z3的发射极连接，第五电阻R5的第一端与第十一二极管D11的正极连接，第五电阻R5的第二端与第六绝缘栅双极型晶体管Z6的发射极连接。
与第六绝缘栅双极型晶体管Z6并联设置的下桥臂吸收电路包括第六电阻R6、第六电容C6、第十二二极管D12和第六电感器L6，第十二二极管D12的正极与第六绝缘栅双极型晶体管Z6的集电极连接，第十二二极管D12的负极与第六电感器L6的第一端连接，第六电感器L6的第二端与第六电容C6的第一端连接，第六电容C6的第二端与第六绝缘栅双极型晶体管Z6的发射极连接，第六电阻R6的第一端与第十二二极管D12的负极连接，第六电阻R6的第二端与第三绝缘栅双极型晶体管Z3的集电极连接。
需要说明的是，在其他实施例中，逆变电路12也可以采用其他方式设置，如采用二电平IGBT-H型逆变桥，逆变电路12中的每个绝缘栅双极型晶体管均并联有吸收电路13。
以上为本发明实施例提供的一种变频器，通过在变频器中设置吸收电路，其中吸收电路与逆变电路中的绝缘栅双极型晶体管并联连接，且吸收电路包括电阻、电容、二极管和电感器，该电感器和电容串联连接，从而可以解决现有变频器中因采用RCD吸收电路时，RCD吸收电路中的电容会产生开通浪涌电流的问题，达到抑制浪涌电流的效果。
在一些实施例中，参见图3所示，图3是本发明另一实施例提供的变频器结构示意图，其可以包括：
整流电路11，用于将接收到的交流输入电压转换为直流输入电压；
逆变电路12，逆变电路12与整流电路11连接，用于将直流输入电压转换为交流输出电压；
吸收电路13，吸收电路13与逆变电路12中的绝缘栅双极型晶体管并联连接，吸收电路包括电阻R、电容C、二极管D和电感器L，电感器L与电容C串联连接；
电容单元14，电容单元14设置在整流电路11和逆变电路12之间。
在一些实施例中，电容单元14可以包括电解电容和/或薄膜电容，电解电容和/薄膜电容和逆变电路12并联连接在直流母线的两端。
在一些优选实施例中，电容单元14采用薄膜电容，薄膜电容可以有效稳定母线电压，并且寿命相对更长，发热量也更小。
在一些实施例中，如图3所示，变频器还可以包括软启动单元15，以避免变频器上电瞬间因电容单元14两端电压不能突变而产生的电流冲击。
参见图4所示，图4是本发明另一实施例提供的一种变频器的电路图，软启动单元15可以包括限流电阻R0和直流接触器S0，限流电阻R0设置在整流电路11和电容单元14之间，直流接触器S0和限流电阻R0并联连接。
具体的，限流电阻R0的一端与整流电路11中第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3的负极连接，限流电阻R0的另一端与电容单元14连接。
限流电阻R0和直流接触器S0并联后串接在直流母线的主回路上，为避免变频器上电瞬间因电容单元14两端电压不能突变而产生的电流冲击，因此，在上电前直流接触器S0保持断开状态，通过限流电阻R0抑制冲击电流，在母线电压升高后闭合直流接触器S0，以短接掉限流电阻R0，主回路正常启动变频器。
在一些实施例中，如图4所示，变频器还可以包括母线电感器L0，母线电感器L0设置在软启动单元15和电容单元14之间。
通过设置母线电感器L0可以有效滤除高次谐波，提高功率因数。
以上为本发明另一实施例提供的一种变频器，通过在变频器中设置吸收电路，其中吸收电路与逆变电路中的绝缘栅双极型晶体管并联连接，且吸收电路包括电阻、电容、二极管和电感器，该电感器和电容串联连接，从而可以解决现有变频器中因采用RCD吸收电路时，RCD吸收电路中的电容会产生开通浪涌电流的问题，达到抑制浪涌电流的效果。另外，通过在直流母线主回路上设置软启动单元15、母线电感器L0以及电容单元14可以整体提高变频器的稳定性和工作性能。
本发明的另一方面，还提供了一种电子设备，其可以包括电子设备本体以及上述任一实施例所述的变频器。
在一些实施例中，电子设备可以为空调、冰箱和电梯等。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变频器，其特征在于，包括：
整流电路，用于将接收到的交流输入电压转换为直流输入电压；
逆变电路，所述逆变电路与所述整流电路连接，用于将所述直流输入电压转换为交流输出电压；以及，
吸收电路，所述吸收电路与所述逆变电路中的绝缘栅双极型晶体管并联连接，所述吸收电路包括电阻、电容、二极管和电感器，所述电感器与所述电容串联连接。
2.根据权利要求1所述的变频器，其特征在于，所述整流电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管，所述第一二极管、所述第二二极管和所述第三二极管的负极连接，所述第四二极管、所述第五二极管和所述第六二极管的正极连接，所述第四二极管的负极和所述第一二极管的正极连接，所述第五二极管的负极和所述第二二极管的正极连接，所述第六二极管的负极和所述第三二极管的正极连接。
3.根据权利要求1所述的变频器，其特征在于，所述逆变电路为三相桥式逆变电路。
4.根据权利要求3所述的变频器，其特征在于，所述吸收电路设置有多个，多个所述吸收电路分别与所述三相桥式逆变电路中的每个绝缘栅双极型晶体管并联连接。
5.根据权利要求4所述的变频器，其特征在于，所述三相桥式逆变电路包括三个单相桥式逆变电路，每个所述单相桥式逆变电路包括设置在上桥臂的绝缘栅双极型晶体管和设置在下桥臂的绝缘栅双极型晶体管，所述吸收电路包括与所述设置在上桥臂的绝缘栅双极型晶体管并联连接的上桥臂吸收电路以及与所述设置在下桥臂的绝缘栅双极型晶体管并联连接的下桥臂吸收电路；
在所述上桥臂吸收电路中，所述电容的第一端与所述设置在上桥臂的绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，所述电容的第二端与所述电感器的第一端连接，所述电感器的第二端与所述二极管的正极连接，所述二极管的负极与所述设置在上桥臂的绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述电阻的第一端与所述二极管的正极连接，所述电阻的第二端与所述设置在下桥臂的绝缘栅双极型晶体管的发射极连接；
在所述下桥臂吸收电路中，所述二极管的正极与所述设置在下桥臂的绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，所述二极管的负极与所述电感器的第一端连接，所述电感器的第二端与所述电容的第一端连接，所述电容的第二端与所述设置在下桥臂的绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述电阻的第一端与所述二极管的负极连接，所述电阻的第二端与所述设置在上桥臂的绝缘栅双极型晶体管的集电极连接。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的变频器，其特征在于，所述变频器还包括电容单元，所述电容单元设置在所述整流电路和所述逆变电路之间。
7.根据权利要求6所述的变频器，其特征在于，所述电容单元包括电解电容和/或薄膜电容。
8.根据权利要求6中任一项所述的变频器，其特征在于，所述变频器还包括软启动单元，所述软启动单元包括限流电阻和直流接触器，所述限流电阻设置在所述整流电路和所述电容单元之间，所述直流接触器和所述限流电阻并联连接。
9.根据权利要求8所述的变频器，其特征在于，所述变频器还包括母线电感器，所述母线电感器设置在所述软启动单元和所述电容单元之间。
10.一种电子设备，其特征在于，包括电子设备本体以及权利要求1至9中任一项所述的变频器。
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