CN201639488U - 一种新型高频交交变换单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型高频交交变换单元，通过采用该单元可实现将三相交流电输入变换成一路电压幅值与频率可调的交流电输出，同时可实现能量的双向流动。本实用新型专利的主要特征是：两组全控型功率开关器件连接构成一个桥臂，每个桥臂的中点作为整个单元的输入端，由三个桥臂并联连接两端作为整个单元的输出端，通过相应的高频PWM控制，将三相交流电输入变换为一路电压幅值与频率可调的交流电输出，输入端与输出端可以互换，电路组成中没有直流环节，可应用于各种变频器、变流器以及变频电源。

Description

一种新型高频交交变换单元

所属技术领域

本实用新型涉及一种新型高频交交变换单元，采用由六组全控型功率开关器件连接构成的三桥臂变换电路，通过相应的高频PWM控制，可以直接实现将三相交流电变换成一路电压幅值与频率可调的交流电输出，可实现能量的双向流动，可应用于各种变频器、变流器以及变频电源。

背景技术

随着变频技术在各类电力电子设备中的广泛应用，其卓越的性能与节能效果，以及高的性价比等诸多优点，为广大用户所接受，特别是响应国家节能减排政策，企业广泛使用各种变频器、变流器以及变频电源。这类设备中一般都采用交-直交拓扑变化结构，存在大量的电解电容器，难于直接实现能量回馈。如何提高这些设备的可靠性与使用寿命、减小体积，并实现自身能量使用效率的最大化，成为目前技术创新的主要方向。

发明内容

常见变频器、变流器和变频电源的主电路拓扑一般为交直交结构，即先将输入三相或多相交流电整流转换成直流电，经过大量电解电容器滤波，再通过逆变电路输出电压幅值与频率可调的交流电。该电路拓扑自身不具备能量双向流动能力，如果需要另外增加回馈电路。这种形式的电路结构的使用环境与寿命均有限制(由于中间直流环节存在大量的电解电容器)，能量无法双向流动，自身损耗较大(使用器件与变换环节多)。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：采用两组全控型功率开关器件连接构成一个桥臂，这类器件包括：IGBT、MOSFET、IGCT、GTO。每个桥臂的中点作为整个单元的输入端，由三个桥臂并联连接两端作为整个单元的输出端，通过对相应的全控型功率开关器件的导通与关断工作状态进行高频PWM控制，实现了将三相交流电输入变换为一路电压幅值与频率可调的交流电输出。输入端与输出端可以互换，即当需要实现能量回馈时，只需要改变高频脉宽调制的逻辑即可。多个单元组合使用时各单元的输出可直接串联或并联。电路组成中没有直流环节，输入端到输出端的电能变换为一次变换。该技术方案的输出电压为三电平，输出波形质量有保证。

输入端三个电容的作用是输入电源的滤波，以及当输入通过变压器进线时提供续流通路。输出侧的续流电路则是在所有功率开关器件关断时(如开关死区时间等)，为负载RL提供续流通路，以保证负载电流的连续性。

在高频PWM控制的配合调整下，对于多相交流输入条件下的实现，仅仅需要将主电路中的桥臂相应增加即可；而在要求实现多路交流输出时，配合多重化输入条件也同样只需要相应增加本新型高频交交单元的数量，即采用单元组合结构。

本实用新型的有益效果是，大大提高产品的使用寿命与可靠性(没有中间直流环节)，降低了材料成本，有效减小了设备体积，方便地实现了能量双向流动(可回馈)，回路总的工作损耗减小，设备工作效率显著提高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是以三相交流输入为例时本实用新型的电路原理图。

图2是在三相输入时一个高频交交变换单元的PWM电压输出波形。

图3是在三相输入时两个高频交交变换单元级连使用的电路原理图。

图4是在三相输入时两个高频交交变换单元级连使用时的PWM电压输出波形。

图5是在三相输入时n个高频交交变换单元级连形成三相输出驱动电机的电路原理图。

在图1中：R、S、T为三相交流输入，C1、C2、C3为输入滤波与续流电容，Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6为六组全控型功率开关器件，Controller为高频PWM控制电路，Con_Cur为负载续流电路，RL为输出外接的负载。

具体实施方式

在图1中，输入为三相R、S、T，单相输出负载为RL的高频交交变换单元。全控型功率开关器件Q1～Q6按图中原理构成高频交交变换单元主电路，通过高频PWM控制电路，按输出电压的要求，实现各开关器件的导通与关断控制逻辑。输入端的电容C1、C2、C3实现对输入的滤波与续流通路，输出端的续流电路则用于实现特定时刻下负载RL的续流通路。图2为图1条件下高频交交变换单元的输出电压波形。

在图3所示实施例中，输入为三相R、S、T，单相输出负载为RL的变频器、变流器或变频电源。通过输入端变压器向两个高频交交变换单元供电，将两个高频交交变换单元的输出端级连来实现两重化输出给负载。图4为图3实施例的输出电压波形。

在图5所示的另一个实施例中，输入为三相R、S、T，三相输出负载为交流电机的一种中高压变频器实现方案。通过输入端变压器向3n个高频交交变换单元供电，每相输出为n个高频交交变换单元的级连输出。级连单元数量根据要求的设计参数来确定。

Claims (3)

1.一种新型高频交交变换单元，它是由全控型功率开关器件连接构成的，其特征是：两组全控型功率开关器件连接构成一个桥臂，每个桥臂的中点作为整个单元的输入端，由三个桥臂并联连接两端作为整个单元的输出端，通过相应的高频PWM控制，将三相交流电输入变换为一路电压幅值与频率可调的交流电输出，输入端与输出端可以互换，电路组成中没有直流环节。

2.根据权利要求1所述的新型高频交交变换单元，其特征是：直接采用全控型功率开关器件构成单元主电路，这类全控型功率开关器件是通过控制信号实现其导通与关断工作状态切换的，这类器件包括：IGBT、MOSFET、IGCT、GTO。

3.根据权利要求1所述的新型高频交交变换单元，其特征是单元的输入为三相交流电输入，其输出为一路电压幅值与频率可调的交流电输出，单元的输出可直接串联或并联。

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