CN201100940Y - 中低压能量回馈功率单元的主回路结构 - Google Patents

Abstract

一种中低压能量回馈功率单元的主回路结构，包括由整流管及第一电容和第二电容构成的单向整流电路，由六个绝缘栅双极性晶体管构成的逆变单元，电网控制接入电路，输出滤波电路，所述单向整流电路的输出端与所述的逆变单元输入端相连接，所述逆变单元输出端第1、2、3脚与电网控制接入电路的输入端的1、2、3脚相连接，所述电网控制接入电路的输出端的4、5、6脚与输出滤波电路的输入端的1、2、3脚相连接；所述输出滤波电路的输出端R、S、T与电网相连接。本实用新型具有无环流现象存在及当能量回馈单元异常时，可实现电网与逆变单元及时断开的优点。

Description

中低压能量回馈功率单元的主回路结构

技术领域

本实用新型涉及一种使中低压(220-690VAC)变频器具备四象限运行能力的能量回馈功率单元的主回路结构。

背景技术

变频器是利用半导体功率器件依照调制好的PWM波信号开通和关断将工频电源变换为频率可调的电能变换装置。通用的变频器以“交-直-交”居多，即先把交流电整流滤波后变成直流电，再把直流电变换为频率可调的交流电来驱动马达。随着微电子和电力电子技术的发展和普及，变频器的应用也越来越广泛，依靠该装置来实现节能和满足各种生产工艺等。通用变频器，因为整流环节的不可逆，当电机处于发电状态时，变频器母线在无释放回路时会很快上升致过压，使之无法四象限工作。最通用的方法便是使用能耗制动单元和能量回馈功率单元。能耗制动单元，有其简单和成本低的优势，在负载能量回馈不频繁的场合，应用较广。但能耗制动发热量大、占空间和制动能力较差等缺点使它的应用受到限制，特别是在能量回馈频繁和回馈能量大的情况下。能量回馈功率单元，虽能控制较能耗制动复杂成本也较高，但它的节能和高效足以弥补它的缺点，所以使用越来越广泛。如：高层电梯、矿山绞车、油田叩头机等。

现在市场通用的中低压(220-690VAC)能量回馈功率单元，由于结构上的原因，存在电流环流现象，以及在能量回馈异常时，电网与逆变单元之间不能断开，而使逆变单元损坏。

发明内容

本实用新型的目的是克服上述缺陷，提供一种无环流现象存在及当能量回馈单元异常时，可实现电网与逆变单元及时断开的中低压能量回馈功率单元。

本实用新型的技术方案是：提供一种中低压能量回馈功率单元的主回路结构，包括由整流管D1及第一电容C1和第二电容C2构成的单向整流电路，由六个绝缘栅双极性晶体管IGBT构成的逆变单元，电网控制接入电路，输出滤波电路，所述单向整流电路的输出端与所述的逆变单元输入端相连接，所述逆变单元输出端第1、2、3脚与电网控制接入电路的输入端的1、2、3脚相连接，所述电网控制接入电路的输出端的4、5、6脚与输出滤波电路的输入端的1、2、3脚相连接；所述输出滤波电路的输出端R、S、T与电网相连接。

本实用新型由于采用了单向整流电路，它可以克服电流环流的现象；由于采用了电网控制接入电路，故可实现当能量回馈异常时，电网与逆变单元及时断开的目的。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是中低压能量回馈功率单元的结构方框示意图。

图3是中低压能量回馈功率单元的相位检测及电网电压检测电路示意图。

图4是中低压能量回馈功率单元中CPLD分频和CD4066锁相环电路示意图。

图5是中低压能量回馈功率单元典型应用接线示意图。

具体实施方式

请参见图1，图1是本实用新型的结构示意图。它是一种中低压能量回馈功率单元的主回路结构，包括由整流管D1及第一电容C1和第二电容C2构成的单向整流电路1，由六个绝缘栅双极性晶体管IGBT构成的逆变单元2，电网控制接入电路3，输出滤波电路4，所述单向整流电路1的输出端与所述的逆变单元2输入端相连接，所述逆变单元2输出端第1、2、3脚与电网控制接入电路3的输入端的1、2、3脚相连接，所述电网控制接入电路3的输出端的4、5、6脚与输出滤波电路4的输入端的1、2、3脚相连接；所述输出滤波电路4的输出端R、S、T与电网相连接。如图所示，“+”和“-”分别接变频器的母线，作为能量回馈的电源输入端。“R、S、T”端直接与电网连接，作为能量回馈的输出端。

单相整流电路：在电源的输入端，使用了一个整流管(D1)，使能量的单向传输，避免环流。即能量回馈功率单元与变频器相对独立起来，减少两者故障时的相互扩散。

逆变单元：逆变用的功率器件为绝缘栅双极性晶体管IGBT，该功率器件因为它的低饱和压降和良好的开关特性，已广泛应用于变频器的逆变部分。

电网接入控制电路：该接触器受控于直流侧电源，只有直流侧电源建立并达到一定的值才会吸合使逆变接入电网。它可以避免电网通过绝缘栅双极性晶体管IGBT上反并联二极管对电解电容无缓冲充电，从而保护绝缘栅双极性晶体管IGBT。并且在能量回馈功率单元异常时，电网与该装置完全断开，可同时起到保护电网和保护装置的作用。

输出滤波电路：在能量回馈的输出端，该产品内置了交流电抗器，使该产品可以直接与电网驳接。该电抗器使用材料为铁硅铝的磁粉芯做磁芯，与普通的非晶铁芯相比，噪声有明显改善，且回馈电流更平滑。

下面结合附图2至5说明中低压能量回馈功率单元的结构和原理。请参见图2，图2是中低压能量回馈功率单元的结构方框示意图。它是一种中低压能量回馈功率单元，包括由整流滤波电路、逆变单元、电网接入控制电路和输出滤波电路所组成的主回路结构；包含有开关电源电路、绝缘栅双极性晶体管IGBT驱动电路、输出电流检测电路、相位分频和锁相电路、控制电路和相位检测电路的控制回路结构；所述相位检测电路为检测电路的硬件部分检测任意两相的过零点，而第三相的电网相位和相序是用软件来推算的相位检测电路，这样，可以大大地简体电路元器件，使用电路变得更简单。

控制回路结构包括：

开关电源电路：所有电路所需的电源，可以利用变频器上通用的反激电源。

输出电流检测电路：电流检测采用霍尔电流传感器，提高整机的抗干扰能力。

绝缘栅双极性晶体管IGBT驱动电路：利用成熟的变频器逆变部分的驱动电路。只需将门极驱动电阻选大些把绝缘栅双极性晶体管IGBT的开关速度降下来，减少绝缘栅双极性晶体管IGBT的di/dt和dv/dt保证其过载工作时仍然在安全范围内。

相位检测电路：相位信号通过CPLD的分频和CD4046的锁相环电路，保证相位检测的准确跟踪。

CPLD分频和故障锁存：为了准确跟踪相位信号，该装置采用了CPLD来做对硬件检测回来的相位做分频处理后给主芯片DSP。同时，CPLD还起着故障锁存和电平转换的功能。

DSP主控芯片：主芯片DSP作为该系统的主控芯片，负责相位的计算、绝缘栅双极性晶体管IGBT驱动波形的产生、键盘显示及参数设置、故障保护功能的实现等。

硬件保护电路：为了应付负载回馈能量的突变，该产品设计了限流功能，限流点可软件设置，当达到限流点时封锁绝缘栅双极性晶体管IGBT的驱动，实现限流功能，保证产品的无故障运行。如果能量回馈功率单元确实异常，该产品还设有一个过流保护和过压保护，来保护该产品的主回路器件，排除故障复位后可继续工作。

键盘显示及参数修改单元：显示和按键采用通讯方式传输显示数据，按键采用74HC165做并入串出的处理，以节约主芯片DSP的I/O端口。

请参见图3，图3是中低压能量回馈功率单元的相位检测及电网电压检测电路示意图。图中的电网相位检测：任意选择两相，先通过电阻衰减，与电网中心点做比较，得到两路方波。一路作为相位信号，其它两相的相位可按每相相差120度来推算；另外一路作为该相相序判断用，即通过与已检测的相位信号比较得到该相的相序；剩下的那相的相位和相序都可以通过软件推算得出。有了电网的相位和相序信号，主功率器件绝缘栅双极性晶体管IGBT的驱动信号便有了依据。该电路非常简洁，充分利用了软件的灵活性来简化电路，同时可靠性也有很大的提高。

请参见图4，图4是中低压能量回馈功率单元的CPLD分频和CD4066锁相环电路示意图。从图3中所得的相位信号通过CPLD的分频和CD4046的锁相环电路，保证相位检测的准确跟踪。对检测电路的延时做响应的补偿后，相位信号和相序信号同时输入主芯片DSP。主芯片DSP根据相关的电流和电压信号，产生驱动绝缘栅双极性晶体管IGBT的驱动波，来实现能量回馈。两路信号都做了电气隔离，满足安全规定的要求。

请参见图5，图5是中低压能量回馈功率单元典型应用接线示意图。该接线图，标明了产品与变频器的主回路接线方式和能量回馈功率单元的控制端接线方式。

Claims (1)

1. 一种中低压能量回馈功率单元的主回路结构，其特征在于：包括由整流管(D1)及第一电容(C1)和第二电容(C2)构成的单向整流电路(1)，由六个绝缘栅双极性晶体管IGBT构成的逆变单元(2)，电网控制接入电路(3)，输出滤波电路(4)，所述单向整流电路(1)的输出端与所述的逆变单元(2)输入端相连接，所述逆变单元(2)输出端第1、2、3脚与电网控制接入电路(3)的输入端的1、2、3脚相连接，所述电网控制接入电路(3)的输出端的4、5、6脚与输出滤波电路(4)的输入端的1、2、3脚相连接；所述输出滤波电路(4)的输出端(R、S、T)与电网相连接。

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