CN201328084Y - 直流母线电压补偿变频器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及变频器。本实用新型针对现有技术的变频器，减小滤波电容器后，产生的输出波形谐波增加的问题，提供一种直流母线电压补偿变频器，能够在变频器直流母线电压(电流)畸变增加时，对输出波形进行补偿，保证正常的输出波形。本实用新型的技术方案是，直流母线电压补偿变频器，包括逆变单元阵列及波形控制系统，逆变单元阵列由若干逆变单元构成，每个逆变单元包括整流滤波电路和逆变电桥，波形控制系统与每个逆变电桥均连接，控制逆变单元阵列的输出电压波形；其特征在于，还包括谐波检测电路和谐波处理电路；所述谐波检测电路与谐波处理电路连接，所述谐波处理电路与波形控制系统连接。本实用新型主要用于电压型高压大功率变频器。

Description

直流母线电压补偿变频器

技术领域

本实用新型涉及变频器，特别涉及变频器直流母线电压补偿和输出谐波控制技术。

背景技术

采用多电平串联技术的电压型高压大功率变频器，一般由移相变压器、逆变单元阵列及波形控制系统等部分构成。根据输出电压的不同，逆变单元阵列由数量不等的若干逆变单元构成，每个逆变单元均包括一个整流滤波电路和逆变器。移相变压器二次侧输出的交流电，经过整流滤波电路后，变成直流电，为逆变器提供能量输入，在波形控制系统输出的SPWM(正弦波脉冲宽度调制)信号控制下，逆变单元阵列能够输出符合要求的交流电压波形，对交流设备进行控制。

现在的变频器，整流滤波电路中，一般采用大容量电解电容进行滤波，作为逆变器的中间储能环节。电解电容的容量越大，直流母线上的电压越平稳，可以交换的无功功率越大，可以承受的谐波电流越大。但是电解电容的容量越大，成本越高，并且电解电容的耐压一般不高，常见的高压电解电容多为400～450V。当采用高于450V的直流母线电压时，多采用两只或两只以上的电容串联的形式，这样无疑又减小了等效电容的容值，所以要达到较大容量值，需要进行串联电容的并联组合，势必增加电容数量，造成体积庞大、成本升高。另外，电解电容受环境温度、纹波电流和直流电压的影响，实际使用寿命一般不超过十年，在高压变频器部件里属于易损件，到期必须全部更换。更换后的废电解电容在处理时容易造成对环境的污染。目前已有可以取代电解电容的无极性薄膜电容，薄膜电容与电解电容相比耐压更高，纹波电流更大，寿命长，无污染，唯一的缺点是同样体积电容量不如电解电容。综上所述，电解电容具有成本高，寿命短，体积大、对环境有污染等缺点，而无极性电容能够解决这些问题，但无极性电容单位体积容量较小，如果仅仅简单地将直流母线电容量减少，在同样负载情况下，会使母线上的直流电压发生畸变。而波形控制系统输出的SPWM信号是按照理想直流电压计算的，这样会使实际的输出电压、输出电流谐波含量增加，如果变频器控制的是电动机，将会增加脉动转矩，影响电动机的正常运行。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题，就是针对现有技术的变频器，减小滤波电容器后，产生的输出波形谐波增加的问题，提供一种直流母线电压补偿变频器，能够在变频器直流母线电压(电流)畸变增加时，对输出波形进行补偿，保证正常的输出波形。

本实用新型解决所述技术问题，采用的技术方案是，直流母线电压补偿变频器，包括逆变单元阵列及波形控制系统，逆变单元阵列由若干逆变单元构成，每个逆变单元包括整流滤波电路和逆变电桥，波形控制系统与每个逆变电桥均连接，控制逆变单元阵列的输出电压波形；其特征在于，还包括谐波检测电路和谐波处理电路；所述谐波检测电路与谐波处理电路连接，所述谐波处理电路与波形控制系统连接。

本实用新型的有益效果是，大大降低了逆变单元对直流母线电容量的需求，在保证变频器的基本性能前提下，可以采用使用寿命更长的无极性薄膜电容器代替电解电容器，提高变频器可靠性。

附图说明

图1是实施例结构示意图；

图2逆变单元结构示意图。

具体实施方式

本实用新型通过检测变频器的谐波失真，并将检测数据输入波形控制系统，修改波形控制系统的软件算法，对波形失真进行实时补偿，减小直流母线电压谐波增加而对输出波形质量带来的不利影响。

本实用新型的技术方案是，直流母线电压补偿变频器，包括逆变单元阵列及波形控制系统，逆变单元阵列由若干逆变单元构成，每个逆变单元包括整流滤波电路和逆变电桥，波形控制系统与每个逆变电桥均连接，控制逆变单元阵列的输出电压波形；其特征在于，还包括谐波检测电路和谐波处理电路；所述谐波检测电路与谐波处理电路连接，所述谐波处理电路与波形控制系统连接；

具体的，所述谐波检测电路连接在所述整流滤波电路输出端；

或者，所述谐波检测电路连接在所述逆变单元阵列输出端；

进一步的，所述谐波检测电路由电流传感器构成；

具体的，所述电流传感器为霍尔传感器；

进一步的，所述谐波处理电路包括A/D转换器、单片机或DSP或FPGA，所述A/D转换器与谐波检测电路连接，所述单片机/DSP/FPGA与A/D转换器连接，所述单片机/DSP/FPGA与波形控制系统连接；

更进一步的，所述谐波处理电路内置于所述波形控制系统。

实施例

本例串联多电平高压大功率变频器系统如图1所示，包括移相变压器1、逆变单元阵列2、波形控制系统3、谐波检测电路4和谐波处理电路5。其中，移相变压器1原边侧与高压动力电源开关11连接，移相变压器1二次侧与逆变单元阵列2连接。逆变单元阵列2包括30个结构相同的逆变单元，30个逆变单元分成三组，每组10个串联，分别完成A、B、C三相的逆变输出。逆变单元由整流滤波电路21和逆变电桥22构成，如图2所示。逆变电桥的控制端与波形控制系统3连接，通过波形控制系统3的控制，逆变单元阵列2输出符合要求的正弦波电压，对交流设备M进行控制。图1中谐波检测电路4采用霍尔传感器，这是非接触式的电流传感器，适合检测电压较高的系统。霍尔传感器分别安装在逆变单元阵列输出端的任意两相(如A相和C相)中。谐波检测电路4输出端与谐波处理电路5连接。当减小整流滤波电路的电容23的容量时，逆变单元阵列输出的电压波形将发生畸变，同时电流也会产生畸变，谐波处理电路5通过谐波检测电路4对电流波形进行高速采样，并将采样数据进行快速傅立叶变换，得到电流的畸变参数，并将畸变参数送往波形控制系统，通过波形控制系统中的PI(脉冲间隔)调节器，对每个逆变单元的波形宽度进行补偿，通过不断地采集、调整，直至电流波形畸变率控制在正常范围内。本例的谐波处理电路以单片机为核心构成，包括整形放大电路和高速A/D转换器等外围电路，能够对谐波检测电路4采集的信号进行变换和处理，计算出补偿值输入波形控制系统3。

本实用新型的谐波检测电路也可以安装在逆变单元中整流滤波电路输出端，直接对直流母线上的电压(电流)畸变进行检测，参见图2。由于每个逆变单元均需要检测，这种结构的直流母线电压补偿变频器需要较多的传感器。

本实用新型的谐波检测电路除了可以采用电流传感器，也可以采用电压传感器，同样能够完成谐波数据的采集、处理。

本实用新型的谐波检测电路和谐波处理电路的具体结构，不受上述实施例的限制，可以选择本领域其他成熟电路/器件构成。特别是谐波处理电路中数据处理部分，除了上述单片机外，也可以采用DSP(数字信号处理器)FPGA(可编程门阵列)等构成。谐波处理电路甚至可以内置于波形控制系统，利用波形控制系统强大的数据处理能力进行波形数据处理，仅需要增加少部分谐波检测电路、整形放大电路和A/D转换器就可以进行谐波数据的采集和处理，完成补偿功能。

采用本实用新型技术方案，降低了串联多电平高压变频器逆变单元直流母线电容的容量需求，可以采用无极性薄膜电容代替电解电容，从而提高变频器的使用寿命。

Claims (7)

1.直流母线电压补偿变频器，包括逆变单元阵列及波形控制系统，逆变单元阵列由若干逆变单元构成，每个逆变单元包括整流滤波电路和逆变电桥，波形控制系统与每个逆变电桥均连接，控制逆变单元阵列的输出电压波形；其特征在于，还包括谐波检测电路和谐波处理电路；所述谐波检测电路与谐波处理电路连接，所述谐波处理电路与波形控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的直流母线电压补偿变频器，其特征在于，所述谐波检测电路连接在所述整流滤波电路输出端。

3.根据权利要求1所述的直流母线电压补偿变频器，其特征在于，所述谐波检测电路连接在所述逆变单元阵列输出端。

4.根据权利要求3所述的直流母线电压补偿变频器，其特征在于，所述谐波检测电路由电流传感器构成。

5.根据权利要求4所述的直流母线电压补偿变频器，其特征在于，所述电流传感器为霍尔传感器。

6.根据权利要求1所述的直流母线电压补偿变频器，其特征在于，所述谐波处理电路包括A/D转换器、单片机/DSP/FPGA，所述A/D转换器与谐波检测电路连接，所述单片机/DSP/FPGA与A/D转换器连接，所述单片机/DSP/FPGA与波形控制系统连接。

7.根据权利要求1所述的直流母线电压补偿变频器，其特征在于，所述谐波处理电路内置于所述波形控制系统。

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