CN216851764U - 一种储能型变频传动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种储能型变频传动装置，包括整流/逆变单元、储能电容器、逆变单元、检测控制单元。整流/逆变单元用于接收外部三相交流电压并转换为直流电压后输出。储能电容器用于接收直流电压，以此储存电能和稳定直流电压。逆变单元用于接收直流电压，将直流电压转换为不同频率的三相交流电压并输出。检测控制单元用于获取整流/逆变单元、储能电容器和逆变单元的运行参数，基于运行参数生成脉宽调制信号至整流/逆变单元和逆变单元实现动态调节，运行参数为电压、电流值。本实用新型减少了一套整流单元、一套稳压电容器、一套开关及相应控制回路、柜体等，大大简化系统配置，既能实现储能、变频传动功能，又能降低设备成本。

Description

一种储能型变频传动装置

技术领域

本实用新型属于电气控制领域，尤其涉及一种储能型变频传动装置。

背景技术

在工业企业中，变频调速技术广泛应用于风机、水泵类的电动机传动控制。参看图3，标准的变频传动装置主回路主要由依次串联的整流单元、稳压电容器、逆变单元及配套开关等组成。

变频传动装置整流单元采用三相全桥整流电路，将交流电压转换为直流电压(AC-DC)。稳压电容通过周期性充放电，起到平抑直流电压的波动，维持直流电压稳定作用。逆变单元将直流电压转换为所需频率的交流电压 (DC-AC)，输出到电动机。

为充分利用光伏发电装置发出的清洁能源，适应分时电价机制，电容储能装置得到越来越广泛的应用，参看图4，其主回路由整流/逆变一体单元、储能电容器及配套开关等组成。

电容储能装置的整流/逆变一体单元采用三相全桥双向整流/逆变电路；在储能时运行于整流状态(AC-DC)，给储能电容器充电；在放电时，运行于逆变状态(DC-AC)，将蓄电池直流电压转换为交流电压输出。

为节能降碳，实现绿色发展，在水泵站的水泵电机驱动应用中，参看图 5，可将变频传动装置与电容储能装置成组配套使用，接入同一段电气母线，实现并联运行。储能装置在电价低谷阶段存储电能，在高峰时段释放电能，供给变频传动装置，可部分取代电网供电，降低运行成本。其缺点是，采购两套装置，造价较高，成本回收期较长。

实用新型内容

本实用新型的技术目的是提供一种储能型变频传动装置，以解决成本高，结构复杂的技术问题。

为解决上述问题，本实用新型的技术方案为：

一种储能型变频传动装置，包括整流/逆变单元、储能电容器、逆变单元、检测控制单元；

整流/逆变单元用于接收外部三相交流电压并转换为直流电压后输出；

储能电容器用于接收直流电压，以此储存电能和稳定直流电压；

逆变单元用于接收直流电压，将直流电压转换为不同频率的三相交流电压并输出；

检测控制单元用于获取整流/逆变单元、储能电容器和逆变单元的运行参数，基于运行参数生成脉宽调制信号至整流/逆变单元和逆变单元实现动态调节，运行参数为电压、电流值。

进一步优选地，检测控制单元还用于基于运行参数判断是否存在异常状态，若存在异常状态，则发出报警信号，以及断开整流/逆变单元和检测控制单元的电路连接。

具体地，整流/逆变单元为相互并联连接的第一绝缘栅双极型晶体管组、第二绝缘栅双极型晶体管组和第三绝缘栅双极型晶体管组；

第一绝缘栅双极型晶体管组、第二绝缘栅双极型晶体管组和第三绝缘栅双极型晶体管组用于分别接收外部三相交流电压的各条支路的交流电压，并同时输出汇聚得到直流电压。

其中，第一绝缘栅双极型晶体管组包括第一绝缘栅双极型晶体管和第二绝缘栅双极型晶体管，第一绝缘栅双极型晶体管的发射极与第二绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接，且与外部三相交流电压的一路电连接；

第二绝缘栅双极型晶体管组包括第三绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管，第三绝缘栅双极型晶体管的发射极与第四绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接，且与外部三相交流电压的一路电连接；

第三绝缘栅双极型晶体管组包括第五绝缘栅双极型晶体管和第六绝缘栅双极型晶体管，第五绝缘栅双极型晶体管的发射极与第六绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接，且与外部三相交流电压的一路电连接；

第一绝缘栅双极型晶体管的集电极、第三绝缘栅双极型晶体管的集电极与第五绝缘栅双极型晶体管的集电极相互电连接；

第二绝缘栅双极型晶体管的发射极、第四绝缘栅双极型晶体管的发射极和第六绝缘栅双极型晶体管的发射极相互电连接。

具体地，逆变单元为相互并联连接的第三绝缘栅双极型晶体管组、第四绝缘栅双极型晶体管组和第五绝缘栅双极型晶体管组；

第四绝缘栅双极型晶体管组、第五绝缘栅双极型晶体管组和第六绝缘栅双极型晶体管组用于分别接收直流电压，组成三相桥式逆变电路分成三路输出至外部三相异步电机。

其中，第四绝缘栅双极型晶体管组包括第七绝缘栅双极型晶体管和第八绝缘栅双极型晶体管，第七绝缘栅双极型晶体管的发射极与第八绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接，且与外部三相异步电机的一路电连接；

第五绝缘栅双极型晶体管组包括第九绝缘栅双极型晶体管和第十绝缘栅双极型晶体管，第九绝缘栅双极型晶体管的发射极与第十绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接，且与外部三相异步电机的一路电连接；

第六绝缘栅双极型晶体管组包括第十一绝缘栅双极型晶体管和第十二绝缘栅双极型晶体管，第十绝缘栅双极型晶体管的发射极与第十二绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接，且与外部三相异步电机的一路电连接；

第七绝缘栅双极型晶体管的集电极、第九绝缘栅双极型晶体管的集电极与第十一绝缘栅双极型晶体管的集电极相互电连接；

第八绝缘栅双极型晶体管的发射极、第十绝缘栅双极型晶体管的发射极和第十二绝缘栅双极型晶体管的发射极相互电连接。

具体地，检测控制单元包括电压互感器、电流互感器和信号处理器；

电压互感器用于采集整流/逆变单元、储能电容器和逆变单元的电压值；

电流互感器用于采集整流/逆变单元、储能电容器和逆变单元的电流值；

信号处理器用于接收电压值和电流值并进行处理，得到脉宽调制信号发送至整流/逆变单元和逆变单元实现动态调节。

本实用新型由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：本实用新型将设置整流/逆变单元、储能电容器和逆变单元，将两者进行整合，设计一种全新的储能型变频传动装置。与常规两套装置成组运行相比，减少了一套整流单元、一套稳压电容器、一套开关及相应控制回路、柜体等，大大简化系统配置，既能实现储能、变频传动功能，又能降低设备成本。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。

图1为本实用新型实施例的一种储能型变频传动装置结构框图；

图2为本实用新型实施例的一种储能型变频传动装置的电路结构图；

图3为与本实用新型进行对照的变频传动装置的结构框图；

图4为与本实用新型进行对照的电容储能装置的对照结构框图；

图5为与本实用新型进行对照的变频传动装置与电容储能装置相结合的结构框图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的一种储能型变频传动装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。

实施例

参看图1，本实施例提供一种储能型变频传动装置，包括整流/逆变单元、储能电容器、逆变单元、检测控制单元，整流/逆变单元、储能电容器、逆变单元依次并联设置。其中，整流/逆变单元内使用可关断的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，组成三相桥式整流/逆变一体化电路，用于分别接收外部三相交流电压并转换为直流电压后输出，可根据需要运行不控整流、可控整流、逆变三种状态。储能电容器会接收直流电压，以此储存电能和稳定直流电压的功能。逆变单元中同样采用可关断的绝缘栅双极型晶体管，组成三相桥式逆变电路，配套RC滤波电路，用于接收直流电压，根据需要将直流电压转换为不同频率的三相交流电压并输出至外部的电动机，从而实现驱动。

参看图2，具体地，整流/逆变单元为从左至右相互并联连接的第一绝缘栅双极型晶体管组、第二绝缘栅双极型晶体管组和第三绝缘栅双极型晶体管组，分别接收外部三相交流电压的各条支路的交流电压，并同时输出汇聚得到直流电压。

其中，第一绝缘栅双极型晶体管组包括第一绝缘栅双极型晶体管和第二绝缘栅双极型晶体管，一路的交流电压中的电信号分别进入第一绝缘栅双极型晶体管的发射极与第二绝缘栅双极型晶体管的集电极。

第二绝缘栅双极型晶体管组包括第三绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管，另一路的交流电压中的电信号分别进入第三绝缘栅双极型晶体管的发射极与第四绝缘栅双极型晶体管的集电极。

第三绝缘栅双极型晶体管组包括第五绝缘栅双极型晶体管和第六绝缘栅双极型晶体管，最后一条路的交流电压的电信号分别进入第五绝缘栅双极型晶体管的发射极与第六绝缘栅双极型晶体管的集电极。

第一绝缘栅双极型晶体管的集电极、第三绝缘栅双极型晶体管的集电极与第五绝缘栅双极型晶体管的集电极相互电连接，并与储能电容器、逆变单元的一端电连接。第二绝缘栅双极型晶体管的发射极、第四绝缘栅双极型晶体管的发射极和第六绝缘栅双极型晶体管的发射极相互电连接，并与储能电容器、逆变单元的另一端电连接。从而将直流电压输送至储能电容器和逆变单元。

参看图2，具体地，逆变单元为从左至右相互并联连接的第四绝缘栅双极型晶体管组、第五绝缘栅双极型晶体管组和第六绝缘栅双极型晶体管组，用于分别接收直流电压，组成三相桥式逆变电路，通过三路输出至外部三相异步电机。

其中，第四绝缘栅双极型晶体管组包括第七绝缘栅双极型晶体管和第八绝缘栅双极型晶体管。第七绝缘栅双极型晶体管的发射极与第八绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接，且与外部三相异步电机的一路电连接。即一路直流电压从第七绝缘栅双极型晶体管的集电极进入并从发射极输出，另一路从第八绝缘栅双极型晶体管的发射极进入并从集电极输出，最后两路汇聚成一路交流电流。

第五绝缘栅双极型晶体管组包括第九绝缘栅双极型晶体管和第十绝缘栅双极型晶体管，第九绝缘栅双极型晶体管的发射极与第十绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接，且与外部三相异步电机的一路电连接。即一路直流电压从第九绝缘栅双极型晶体管的集电极进入并从发射极输出，另一路从第十绝缘栅双极型晶体管的发射极进入并从集电极输出，最后两路汇聚成另一路交流电流。

第六绝缘栅双极型晶体管组包括第十一绝缘栅双极型晶体管和第十二绝缘栅双极型晶体管，第十绝缘栅双极型晶体管的发射极与第十二绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接，且与外部三相异步电机的一路电连接。即一路直流电压从第十一绝缘栅双极型晶体管的集电极进入并从发射极输出，另一路从第十二绝缘栅双极型晶体管的发射极进入并从集电极输出，最后两路汇聚成最后一路交流电流。

参看图2，检测控制单元用于分别获取整流/逆变单元、储能电容器和逆变单元的电压、电流值等运行参数，并基于上述运行参数生成脉宽调制信号 (PWM)至整流/逆变单元和逆变单元实现动态调节。具体地，检测控制单元包括电压互感器、电流互感器和信号处理器(DSP)。电压互感器用于采集整流/逆变单元、储能电容器和逆变单元的电压值，电流互感器用于采集整流/ 逆变单元、储能电容器和逆变单元的电流值，信号处理器用于接收采集得到的电压值和电流值并进行处理，从而根据需求选择相应的执行策略，脉宽调制信号发送至整流/逆变单元和逆变单元内的绝缘栅双极型晶体管开闭实现动态调节。

动态调节情况如下

执行频传动模式(即电网取电、电机运行)：整流/逆变单元工作于可控整流状态，将储能电容器充满电，逆变单元逆变输出，从而驱动外部电机运行。通过检测控制单元检测直流电压信号，采用负反馈控制，输出控制指令驱动整流/逆变单元，维持其直流电压稳定。

执行储能模式(即电网充放电、电机不运行)，只作为储能装置运行。储能时，整流/逆变单元处于可控整流状态，将储能电容器充满电，逆变单元逆变关断不输出。通过检测控制单元检测直流电压信号，采用负反馈控制，输出控制指令驱动整流/逆变单元，维持其直流电压稳定。释放电能时，整流/ 逆变单元工作于可控逆变状态，使储能电容器放电，逆变单元保持逆变关断。通过检测控制单元检测直流电压信号，当电压低至设定值后，此时储能电容器放电结束，将整流/逆变单元关断，此次储能、释放周期结束，等待下一周期开始。

执行储能+变频传动方式(即电网断电、电机运行)，在运行过程中，将整流/逆变单元关断，由储能电容器放电，通过逆变单元逆变输出，即存储能量直接驱动电机，既适用于电网断电的保安运行，也在电价高峰时段起到降低成本作用。

较优地，检测控制单元还用于基于运行参数判断是否存在异常状态，若存在异常状态，则发出报警信号，以及断开整流/逆变单元和检测控制单元的电路连接。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式。即使对本实用新型作出各种变化，倘若这些变化属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本实用新型的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种储能型变频传动装置，其特征在于，包括整流/逆变单元、储能电容器、逆变单元、检测控制单元；

所述整流/逆变单元用于接收外部三相交流电压并转换为直流电压后输出；

所述储能电容器用于接收直流电压，以此储存电能和稳定直流电压；

所述逆变单元用于接收直流电压，将直流电压转换为不同频率的三相交流电压并输出；

所述检测控制单元用于获取所述整流/逆变单元、所述储能电容器和所述逆变单元的运行参数，基于所述运行参数生成脉宽调制信号至所述整流/逆变单元和所述逆变单元实现动态调节，所述运行参数为电压、电流值。

2.根据权利要求1所述的储能型变频传动装置，其特征在于，所述检测控制单元还用于基于所述运行参数判断是否存在异常状态，若存在异常状态，则发出报警信号，以及断开所述整流/逆变单元和所述检测控制单元的电路连接。

3.根据权利要求1所述的储能型变频传动装置，其特征在于，所述整流/逆变单元为相互并联连接的第一绝缘栅双极型晶体管组、第二绝缘栅双极型晶体管组和第三绝缘栅双极型晶体管组；

所述第一绝缘栅双极型晶体管组、所述第二绝缘栅双极型晶体管组和所述第三绝缘栅双极型晶体管组用于分别接收外部三相交流电压的各条支路的交流电压，并同时输出汇聚得到直流电压。

4.根据权利要求3所述的储能型变频传动装置，其特征在于，

所述第一绝缘栅双极型晶体管组包括第一绝缘栅双极型晶体管和第二绝缘栅双极型晶体管，所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接，且与外部三相交流电压的一路电连接；

所述第二绝缘栅双极型晶体管组包括第三绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管，所述第三绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第四绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接，且与外部三相交流电压的一路电连接；

所述第三绝缘栅双极型晶体管组包括第五绝缘栅双极型晶体管和第六绝缘栅双极型晶体管，所述第五绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第六绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接，且与外部三相交流电压的一路电连接；

所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极、所述第三绝缘栅双极型晶体管的集电极与所述第五绝缘栅双极型晶体管的集电极相互电连接；

所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极、所述第四绝缘栅双极型晶体管的发射极和所述第六绝缘栅双极型晶体管的发射极相互电连接。

5.根据权利要求1所述的储能型变频传动装置，其特征在于，所述逆变单元为相互并联连接的第四绝缘栅双极型晶体管组、第五绝缘栅双极型晶体管组和第六绝缘栅双极型晶体管组；

所述第四绝缘栅双极型晶体管组、所述第五绝缘栅双极型晶体管组和所述第六绝缘栅双极型晶体管组用于分别接收直流电压，组成三相桥式逆变电路分成三路输出至外部三相异步电机。

6.根据权利要求5所述的储能型变频传动装置，其特征在于，所述第四绝缘栅双极型晶体管组包括第七绝缘栅双极型晶体管和第八绝缘栅双极型晶体管，所述第七绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第八绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接，且与外部三相异步电机的一路电连接；

所述第五绝缘栅双极型晶体管组包括第九绝缘栅双极型晶体管和第十绝缘栅双极型晶体管，所述第九绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第十绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接，且与外部三相异步电机的一路电连接；

所述第六绝缘栅双极型晶体管组包括第十一绝缘栅双极型晶体管和第十二绝缘栅双极型晶体管，所述第十绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第十二绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接，且与外部三相异步电机的一路电连接；

所述第七绝缘栅双极型晶体管的集电极、所述第九绝缘栅双极型晶体管的集电极与所述第十一绝缘栅双极型晶体管的集电极相互电连接；

所述第八绝缘栅双极型晶体管的发射极、所述第十绝缘栅双极型晶体管的发射极和所述第十二绝缘栅双极型晶体管的发射极相互电连接。

7.根据权利要求1所述的储能型变频传动装置，其特征在于，所述检测控制单元包括电压互感器、电流互感器和信号处理器；

所述电压互感器用于采集所述整流/逆变单元、所述储能电容器和所述逆变单元的电压值；

所述电流互感器用于采集所述整流/逆变单元、所述储能电容器和所述逆变单元的电流值；

所述信号处理器用于接收电压值和电流值并进行处理，得到脉宽调制信号发送至所述整流/逆变单元和所述逆变单元实现动态调节。

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