CN211320937U - 一种变频器直流母线充电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种变频器直流母线充电装置，属于电源节能技术领域，其包括充电电路和安装充电电路的机箱，充电电路包括与变频器直流母线正负极连接的充电开关单元和连接三相电网的逆变单元，充电开关单元串联有滤波储能器，逆变单元与充电开关单元和滤波储能器并联，滤波储能器两端电压大于或等于预设电压值时，充电开关单元闭合。将变频器在制动状态下的能量反馈回电网，节约电能损耗，同时降低变频器应用系统整体成本。

Description

一种变频器直流母线充电装置

技术领域

本实用新型涉及电源节能技术领域，尤其是涉及一种变频器直流母线充电装置。

背景技术

变频器通常包括与电网连接的整流单元和电机连接的逆变单元,整流单元用于将三相交流电整流成直流电,逆变单元用于将整流单元输出的直流电逆变成频率可调的交流电,以带动电机实现变频调速。

而当电机减速或者传动的负载减小时，此时电机转速大于变频器输出同步转速，传送系统中储存的机械能经异步电动机转化为电能。此时电机处于发电状态，变频器逆变单元的六个回馈二极管将这种电能回馈到直流侧，导致变频器直流母线电压升高而无法正常工作。

为保证变频器直流母线电压保持在正常范围内，必须对这些能量进行处理，现有的处理方式是将整流单元和回馈单元一体设计，这种结构导致电路所选用的器件要按照设备所承受的最大负荷来计算，也就是说，回馈单元所选用的器件必须与整流单元所选用的器件基本一致，而在实际应用中，回馈单元上流过的能量显然小于整流单元，因此这种一体设计的技术，会造成变频器应用系统整体上的成本较高。

因此需要提出一种新的技术方案来解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种变频器直流母线充电装置，将变频器在制动状态下的能量反馈回电网，节约电能损耗，同时降低变频器应用系统整体成本。

本实用新型的上述实用新型目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种变频器直流母线充电装置，包括充电电路和安装充电电路的机箱，所述充电电路包括与变频器直流母线正负极连接的充电开关单元和连接三相电网的逆变单元，所述充电开关单元串联有滤波储能器，所述逆变单元与充电开关单元和滤波储能器并联，所述滤波储能器两端电压大于或等于预设电压值时，所述充电开关单元闭合。

通过采用上述技术方案，通过设置充电电路，当充电电流与变频器配合使用时，能够将变频器在制动状态下的能够能量反馈到三相电网上，节约了电能的损耗，并通过设置电路，在一个充电开关单元的控制下，对滤波储能器的电流就行限制，起到保护充电装置的同时，降低变频器应用系统整体成本。

本实用新型进一步设置为：所述充电开关单元与变频器直流母线之间连接有保护单元，所述保护单元为桥式整流电路，所述保护单元的一端与滤波储能器连接，所述保护单元的另一端与充电开关单元背离滤波储能器的一端连接。

通过采用上述技术方案，通过设置保护单元能够防止变频器直流母线与充电开关单元连接时，正负极接反时对充电电路的影响，同时保护单元为桥式整流单元，因此在二极管的作用下，能够有效防止三相电网的交流电直接流入变频器直流母线上。

本实用新型进一步设置为：所述充电开关单元包括相互并联设置的开关元件和充电电阻。

通过采用上述技术方案，通过设置开关元件对滤波储能器的充电与否进行控制，通过设置充电电阻，限制进入滤波缓冲器的电流大小，从而延长滤波缓冲器的使用寿命。

本实用新型进一步设置为：所述开关元件为继电器、接触器或IGBT开关中的一种。

通过采用上述技术方案，继电器、接触器或IGBT开关元件均为电控开关，使用时可以根据缓冲电容充电时所产生的电流来确定合适的电控开关类型。

本实用新型进一步设置为：所述充电开关单元、逆变单元、滤波储能器和保护单元均由分立式器件连接构成。

通过采用上述技术方案，根据自身需求来选择分立式电子元器件的型号参数，从而来达到不同的使用要求。

本实用新型进一步设置为：所述机箱内设有用于散热的散热模块，所述散热模块包括用于安装逆变单元和保护单元的安装板和竖直设置于安装板背离逆变单元和保护保护单元一侧的散热翅片。

通过采用上述技术方案，通过设置散热模块使得电子元器件在使用过程中产生的热量能够在散热模块的作用下快速地传递到空气中，通过设置安装板用于安装逆变单元和保护单元，通过在安装板上设置散热翅片，从而增大安装板的散热面积，以提高散热速度。

本实用新型进一步设置为：所述散热模块还包括设置于安装板一侧的散热风扇，所述散热风扇的风向从散热翅片一侧流向机箱外。

通过采用上述技术方案，通过在安装板一侧设置散热分散风扇，加快散热翅片与外界空气交互的速度，从而提高散热效果。

本实用新型进一步设置为：所述逆变单元包括并联在变频器直流母线正连接端和负连接端之间的三组开关组，三相电网的R端、S端和T端分别连接在三组所述开关组上，三组所述开关组均包括两个相互串联的IGBT开关管，三相电网的R端、S端和T端均连接于两个IGBT开关管之间的连接节点上。

通过采用上述技术方案，通过设置逆变单元将变频器直流母线输入的直流电转换成交流电，并馈入三相电网中。

本实用新型进一步设置为：所述逆变单元还包括设置于开关组和三相电网之间的滤波组件，所述滤波组件包括分别与三相电网R端、S端和T端连接的滤波电感器和滤波电容。

通过采用上述技术方案，通过设置滤波组件对流入三相电网的电流进行滤波。

综上所述，本实用新型的有益技术效果为：通过设置充电电路，将制动状态下的能量回馈到三相电网中，节省了电能损耗；通过设置滤波储能器避免瞬间接通时产生的大电流对充电电路的其他电子元器件的损坏；通过设置一个充电开关单元，在开关元件和充电电阻的配合下，对滤波储能器的充电与否以及充电电流进行限制，从而保证充电电流运行的安全性。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型的整体结构电路图，主要显示了开关元件为IGBT管时的电路连接结构；

图3是本实用新型的另一整体结构电路图，主要显示了开关元件为继电器时的电路连接结构。

图中，1、充电电路；11、保护单元；12、充电开关单元；13、滤波储能器；14、逆变单元；141、开关组；142、滤波组件；2、机箱；3、散热模块；31、安装板；32、散热翅片；33、散热风扇。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参照图1，为本实用新型公开的一种变频器直流母线充电装置，包括充电电路1和安装充电电路1的机箱2，为延长充电装置的使用寿命，机箱2内设置有用于散热的散热模块3。散热模块3包括安装充电电路1的安装板31，安装板31背离充电电路1一侧竖直设有若干散热翅片32，通过散热翅片32增大安装板31的散热面积，从而加快充电电路1在通电过程中产生的热量。为进一步加快散热速度，散热模块3还包括设置于安装板31一侧的散热风扇33，散热风扇33连通机箱2外界和相邻两块散热翅片32之间的空气，且散热风扇33的风向从散热翅片32一侧流向机箱2外；本实施例中散热风扇33为四个。

参照图1和图2，充电电路1包括与三相电网连接的逆变单元14，三相整理电路并联连接有与变频器直流母线正负极连接的充电开关单元12和滤波储能器13，其中充电开关单元12与滤波储能器13串联设置。为保证充电电路1使用时的安全性，充电开关单元12与变频器直流母线之间连接有保护单元11，保护单元11为由四个二极管连接构成的桥式整流电路，保护单元11的一端与滤波储能器13连接，保护单元11的另一端与充电开关单元12背离滤波储能器13的一端连接，能够有效防止变频器直流母线的正负极与充电电路1反接，即就算变频器直流母线正负极与充电开关单元12的两个输入端接反时，也不影响充电电路1的正常工作，同时能够有效防止三相电网直接对变频器进行充电。

参照图1和图2，滤波储能器13包括两个串联设置的缓冲电容C4、C5，缓冲电容C4的一端与保护单元11连接，缓冲电容C4的另一端与另一缓冲电容C5的一端电连接，缓冲电容C5背离缓冲电容C4的一端与充电开关单元12电连接。通过在变频器直流母线和充电开关单元12之间接入缓冲电容C4、C5，以缓解变频器直流母线的高压冲击，保护后端的逆变单元14，避免逆变单元14被瞬间通电产生的大电流击穿。为保证滤波储能器13能够根据实用需求进行选择合适的电容量，滤波储能器13采用分立式电器件连接构成，即缓冲电容C4、C5能够由多个电解电容并联而成，从而使得缓冲电容C4、C5的电容量可调。

参照图1和图2，充电开关单元12包括相互并联设置的开关元件K和充电电阻R，充电电阻R用作充电限流用，以保证滤波储能器13能够正常的滤波和储能；且充电电阻R和保护单元11并列设置于安装板31上。参照图3，充电开关单元12同样采用分立式电器件连接构成，开关元件K可采用继电器、接触器或IGBT开关中的一种。充电电路1还连接有DSP微控制器（图中未显示），当充电电路1通电且DSP微控制器检测到滤波储能器13两端的电压大于或等于预设电压值时，开关元件K闭合，使得滤波储能器13的充电完成。为提高充电电路1运行的安全性，DSP微控制器还设有延时功能，在延迟延时间内，DSP微控制器对滤波储能器13两端检测到的电压值仍达到预设电压值时，开关元件K闭合。避免在充电电路1连通三相电网和变频器时，滤波储能器13掉电，从而造成充电电路1元器件损坏。

参照图2和图3，逆变单元14包括并联在变频器直流母线正连接端和负连接端之间的三组开关组141，三相电网的R端、S端和T端分别连接在三组开关组141上，三组开关组141均包括两个相互串联的IGBT开关管（绝缘三双极型功率管），三相电网的R端、S端和T端均连接于两个IGBT开关管之间的连接节点上。IGBT开关管T2、T3、T4、T5、T6、T7、均包括两个连接端和一个控制端，同一开关组141上的两个IGBT开关管通过连接端相互连接，IGBT开关管的另一连接端与变频器直流母线连接，IGBT开关管的控制端与DSP微控制器连接。从而使得开关组141在DSP微控制器的控制下，能够使得两个IGBT开关管进行间隔开关，从而使得变频器直流母线输出的直流点能够转化为三相交流电至三相电网，同时IGBT开关管连接端的两端之间并联有二极管，使得逆变单元14具有部分整流作用。

参照图2和图3，逆变单元14还包括设置于开关组141和三相电网之间的滤波组件142，滤波组件142包括三个滤波电感器L1、L2、L3和三个滤波电容C1、C2、C3，三个开关组141的输出连接端分别连接与三个滤波电感器L1、L2、L3的一端，三个滤波电感器L1、L2、L3的另一端构成滤波组件142的三个输出连接端；即滤波组件142的三个输入连接端分别与三组开关组141的两个IGBT开关端的连接结点连接；滤波组件142的三个输出连接端分别与三相电网的R端、S端、T端连接。三个滤波电容器C1、C2、C3的一端分别连接在滤波组件142的三个输出连接端上，三个滤波电容器C1、C2、C3的另一端接地。三个滤波电感器L1、L2、L3和三个滤波电容器C1、C2、C3配合起到逆变单元14输出的作用。

参照图1和图2，上述充电开关单元12、逆变单元14、滤波储能器13和保护单元11均由分立式器件连接构成；根据使用需求更改分立元器件的型号，已达到不同的使用要求。同时逆变单元14和保护单元11以及充电电阻R并列安装于安装板31上，以保证上述电器件的散热要求，从而保证充电电路1的正常使用、并延长其使用寿命。

本实用新型的工作原理为：通过DSP微控制器检测获取滤波储能器13两端的电压并判断滤波储能器13两端电压是否大于预设的阈值电压，若滤波储能器13两端电压大于预设的阈值电压，则执行预设的延时操作，若滤波储能器13两端电压不大于预设的阈值电压，则重新获取滤波储能器13两端的电压。当滤波储能器13执行延时操作后，DSP微控制器再次检测并判断滤波储能器13两端的电压是否大于预设的阈值电压，若滤波储能器13两端电压大于预设的阈值电压，则DSP微控制器控制充电开关单元12的开关元件K闭合，若滤波储能器13两端电压不大于预设的阈值电压，则重新获取滤波储能器13两端的电压。

本具体实施方式的实施例均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种变频器直流母线充电装置，其特征在于：包括充电电路(1)和安装充电电路(1)的机箱(2)，所述充电电路(1)包括与变频器直流母线正负极连接的充电开关单元(12)和连接三相电网的逆变单元(14)，所述充电开关单元(12)串联有滤波储能器(13)，所述逆变单元(14)与充电开关单元(12)和滤波储能器(13)并联，所述滤波储能器(13)两端电压大于或等于预设电压值时，所述充电开关单元(12)闭合。

2.根据权利要求1所述的一种变频器直流母线充电装置，其特征在于：所述充电开关单元(12)与变频器直流母线之间连接有保护单元(11)，所述保护单元(11)为桥式整流电路，所述保护单元(11)的一端与滤波储能器(13)连接，所述保护单元(11)的另一端与充电开关单元(12)背离滤波储能器(13)的一端连接。

3.根据权利要求2所述的一种变频器直流母线充电装置，其特征在于：所述充电开关单元(12)包括相互并联设置的开关元件和充电电阻。

4.根据权利要求3所述的一种变频器直流母线充电装置，其特征在于：所述开关元件为继电器、接触器或IGBT开关中的一种。

5.根据权利要求2所述的一种变频器直流母线充电装置，其特征在于：所述充电开关单元(12)、逆变单元(14)、滤波储能器(13)和保护单元(11)均由分立式器件连接构成。

6.根据权利要求5所述的一种变频器直流母线充电装置，其特征在于：所述机箱(2)内设有用于散热的散热模块(3)，所述散热模块(3)包括用于安装逆变单元(14)和保护单元(11)的安装板(31)和竖直设置于安装板(31)背离逆变单元(14)和保护保护单元(11)一侧的散热翅片(32)。

7.根据权利要求6所述的一种变频器直流母线充电装置，其特征在于：所述散热模块(3)还包括设置于安装板(31)一侧的散热风扇(33)，所述散热风扇(33)的风向从散热翅片(32)一侧流向机箱(2)外。

8.根据权利要求5所述的一种变频器直流母线充电装置，其特征在于：所述逆变单元(14)包括并联在变频器直流母线正连接端和负连接端之间的三组开关组(141)，三相电网的R端、S端和T端分别连接在三组所述开关组(141)上，三组所述开关组(141)均包括两个相互串联的IGBT开关管，三相电网的R端、S端和T端均连接于两个IGBT开关管之间的连接节点上。

9.根据权利要求8所述的一种变频器直流母线充电装置，其特征在于：所述逆变单元(14)还包括设置于开关组(141)和三相电网之间的滤波组件(142)，所述滤波组件(142)包括分别与三相电网R端、S端和T端连接的滤波电感器和滤波电容。

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