CN220087158U - 一种四象限变频器及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及变频器技术领域，具体提供一种四象限变频器及电子设备，旨在解决现有变频器在能量回馈过程中，谐波含量较高容易产生较严重的谐波污染的问题。为此目的，本实用新型的四象限变频器包括：滤波电路、整流电路和逆变电路，其中滤波电路可以包括第一三相电感单元、第二三相电感单元以及与第一三相电感单元和第二三相电感单元的公共端连接的三相电容单元；三相电容单元包括差模电容。该滤波电路一方面可以对电源输入端的电源信号进行滤波，另一方面还可以对由逆变侧回馈的能量进行谐波抑制，降低能量回馈过程中的谐波污染。

Description

一种四象限变频器及电子设备

技术领域

本实用新型涉及变频器技术领域，具体提供一种四象限变频器及电子设备。

背景技术

采用变频器是实现节能降耗的重要途径之一，随着对节能减排的推广，变频器技术也迅速发展，并被广泛应用到小功率家用空调、中大功率商用中央空调等其他系统中。

通常变频器可设置在电网和电机之间，其中，变频器通常采用二极管整流桥实现交流到直流的转换，后再经过逆变单元中的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)逆变为频率可调的交流信号驱动电机，但这种变频器只能实现能量从电网到电机的单线传输，当电机制动时会产生反电动势，这部分能量会通过逆变单元叠加到直流母线电压。针对此，相关技术中通常会设置IGBT整流桥替换二极管整流桥，从而使整流部分可以回馈电网，实现能量从电机侧流向电网侧的流动，达到能量回馈的效果，但该可以实现能量回馈的变频器中，回馈的能量谐波含量较高，会对电网产生较严重的谐波污染，影响变频器的工作稳定性。

实用新型内容

本实用新型旨在解决上述技术问题，即，解决现有变频器在能量回馈过程中，谐波含量较高容易产生较严重的谐波污染的问题。

在第一方面，本实用新型提供一种四象限变频器，其包括顺序设置的滤波电路、整流电路和逆变电路；

所述滤波电路包括第一三相电感单元、第二三相电感单元以及与所述第一三相电感单元和所述第二三相电感单元的公共端连接的三相电容单元；其中，所述三相电容单元包括差模电容；

所述整流电路包括三个整流桥臂，每个所述整流桥臂上串联设置有上桥臂绝缘栅双极型晶体管和下桥臂绝缘栅双极型晶体管，所述上桥臂绝缘栅双极型晶体管和所述下桥臂绝缘双极型晶体管均并联有整流二极管。

在一些实施例中，所述公共端包括在第一相传输线上的第一公共端、在第二相传输线上的第二公共端和在第三相传输线上的第三公共端；

所述三相电容单元包括：

第一差模电容，所述第一差模电容的第一端与所述第一公共端连接，所述第一差模电容的第二端与所述第二公共端连接；

第二差模电容，所述第二差模电容的第一端与所述第二公共端连接，所述第二差模电容的第二端与所述第三公共端连接；

第三差模电容，所述第三差模电容的第一端与所述第三公共端连接，所述第三差模电容的第二端与所述第一公共端连接。

在一些实施例中，所述公共端包括在第一相传输线上的第一公共端、在第二相传输线上的第二公共端和在第三相传输线上的第三公共端；

所述三相电容单元包括：

第一差模电容，所述第一差模电容的第一端与所述第一公共端连接；

第二差模电容，所述第二差模电容的第一端与所述第二公共端连接；

第三差模电容，所述第三差模电容的第一端与所述第三公共端连接；

所述第一差模电容的第二端、所述第二差模电容的第二端和所述第三差模电容的第二端接地。

在一些实施例中，所述逆变电路为三相桥式逆变电路。

在一些实施例中，所述四象限变频器还包括电容单元，所述电容单元设置在所述整流电路和所述逆变电路之间。

在一些实施例中，所述电容单元包括电解电容和/或薄膜电容。

在一些实施例中，所述四象限变频器还包括软启动单元，所述软启动单元包括限流电阻和直流接触器，所述限流电阻设置在所述整流电路和所述电容单元之间，所述直流接触器和所述限流电阻并联连接。

在一些实施例中，所述四象限变频器还包括处理器，所述处理器用于采集所述整流电路的三相输入电压以及直流母线上的直流母线电压，并根据所述三相输入电压和所述直流母线电压控制所述整流电路的开关状态。

在一些实施例中，所述处理器为数字信号处理器。

在第二方面，本实用新型提供了一种电子设备，其包括上述任一项所述的四象限变频器。

在采用上述技术方案的情况下，本实用新型能够提供一种四象限变频器，其可以包括滤波电路、整流电路和逆变电路，其中滤波电路可以包括第一三相电感单元、第二三相电感单元以及与第一三相电感单元和第二三相电感单元的公共端连接的三相电容单元；三相电容单元包括差模电容。该滤波电路一方面可以对电源输入端的电源信号进行滤波，另一方面还可以对由逆变侧回馈的能量进行谐波抑制，降低能量回馈过程中的谐波污染。

附图说明

下面结合附图来描述本实用新型的优选实施方式，附图中：

图1是本实用新型实施例提供的一种四象限变频器的电路图；

图2是本实用新型另一实施例提供的一种四象限变频器的电路图；

图3是本实用新型实施例提供的另一四象限变频器的电路结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本实用新型的具体实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等序数词仅用于区分相同性质的几个技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参见图1所示，图1是本实用新型实施例提供的一种四象限变频器的电路图，其可以包括：

顺序设置的滤波电路11、整流电路12和逆变电路13；

滤波电路11包括第一三相电感单元111、第二三相电感单元112以及与第一三相电感单元111和第二三相电感单元112的公共端连接的三相电容单元113；其中，三相电容单元113包括差模电容；

整流电路12包括三个整流桥臂，每个整流桥臂上串联设置有上桥臂绝缘栅双极型晶体管和下桥臂绝缘栅双极型晶体管，上桥臂绝缘栅双极型晶体管和下桥臂绝缘双极型晶体管均并联有整流二极管。

如图1所示，第一三相电感单元111可以包括设置在第一相传输线上的第一电感器L₁、设置在第二相传输线上的第二电感器L₂和设置在第三相传输线上的第三电感器L₃。

第二三相电感单元112可以包括设置在第一相传输线上的第四电感器L₄、设置在第二相传输线上的第五电感器L₅和设置在第三相传输线上的第六电感器L₆。

其中，第一电感器L₁和第四电感器L₄串联连接，第二电感器L₂和第五电感器L₅串联连接，第三电感器L₃和第六电感器L₆串联连接。

相应的，公共端可以包括在第一相传输线上的第一公共端、在第二相传输线上的第二公共端和在第三相传输线上的第三公共端。

在一些实施例中，三相电容单元113可以包括：

第一差模电容C₁，第一差模电容C₁的第一端与第一公共端连接，第一差模电容C₁的第二端与第二公共端连接；

第二差模电容C₂，第二差模电容C₂的第一端与第二公共端连接，第二差模电容C₂的第二端与第三公共端连接；

第三差模电容C₃，第三差模电容C₃的第一端与第三公共端连接，第三差模电容C₃的第二端与第一公共端连接。

在另一些实施例中，如图2所示，图2是本实用新型另一实施例提供的一种四象限变频器的电路图，其中，三相电容单元113可以包括：

第一差模电容C₁，第一差模电容C₁的第一端与第一公共端连接；

第二差模电容C₂，第二差模电容C₂的第一端与第二公共端连接；

第三差模电容C₃，第三差模电容C₃的第一端与第三公共端连接；

第一差模电容C₁的第二端、第二差模电容C₂的第二端和第三差模电容C₃的第二端接地。

在一些实施例中，如图1所示，整流电路12中可以包括三个上桥臂绝缘栅双极型晶体管：第一绝缘栅双极型晶体管Z₁、第二绝缘栅双极型晶体管Z₂和第三绝缘栅双极型晶体管Z₃；以及，三个下桥臂绝缘栅双极型晶体管：第四绝缘栅双极型晶体管Z₄、第五绝缘栅双极型晶体管Z₅和第六绝缘栅双极型晶体管Z₆。第一绝缘栅双极型晶体管Z₁、第二绝缘栅双极型晶体管Z₂、第三绝缘栅双极型晶体管Z₃、第四绝缘栅双极型晶体管Z₄、第五绝缘栅双极型晶体管Z₅和第六绝缘栅双极型晶体管Z₆分别反向并联有整流二极管，以实现能量的双向流动。

其中，第一绝缘栅双极型晶体管Z₁和第四绝缘栅双极型晶体管Z₄设置在同一个整流桥臂上；第二绝缘栅双极型晶体管Z₂和第五绝缘栅双极型晶体管Z₅设置在同一个整流桥臂上；第三绝缘栅双极型晶体管Z₃和第六绝缘栅双极型晶体管Z₆设置在同一个整流桥臂上。

第一绝缘栅双极型晶体管Z₁、第二绝缘栅双极型晶体管Z₂和第三绝缘栅双极型晶体管Z₃的集电极连接，第四绝缘栅双极型晶体管Z₄、第五绝缘栅双极型晶体管Z₅和第六绝缘栅双极型晶体管Z₆的发射极连接，第一绝缘栅双极型晶体管Z₁的发射极和第四绝缘栅双极型晶体管Z₄的集电极连接，第二绝缘栅双极型晶体管Z₂的发射极和第五绝缘栅双极型晶体管Z₅的集电极连接，第三绝缘栅双极型晶体管Z₃的发射极和第六绝缘栅双极型晶体管Z₆的集电极连接。

第一绝缘栅双极型晶体管Z₁和第四绝缘栅双极型晶体管Z₄的公共端与第四电感器L₄连接；第二绝缘栅双极型晶体管Z₂和第五绝缘栅双极型晶体管Z₅的公共端与第五电感器L₅连接；第三绝缘栅双极型晶体管Z₃和第六绝缘栅双极型晶体管Z₆的公共端与第六电感器L₆连接。

在一些实施例中，第一相传输线可以与三相交流电源的R输出端连接，第二相传输线可以与三相交流电源的S输出端连接，第三相传输线可以与三相交流电源的T输出端连接。

在一些实施例中，如图1所示，逆变电路13可以为三相桥式逆变电路。

逆变电路13可以包括：

第七绝缘栅双极型晶体管Z₇、第八绝缘栅双极型晶体管Z₈、第九绝缘栅双极型晶体管Z₉、第十绝缘栅双极型晶体管Z₁₀、第十一绝缘栅双极型晶体管Z₁₁和第十二绝缘栅双极型晶体管Z₁₂，第七绝缘栅双极型晶体管Z₇、第八绝缘栅双极型晶体管Z₈和第九绝缘栅双极型晶体管Z₉的集电极连接，第十绝缘栅双极型晶体管Z₁₀、第十一绝缘栅双极型晶体管Z₁₁和第十二绝缘栅双极型晶体管Z₁₂的发射极连接，第七绝缘栅双极型晶体管Z₇的发射极和第十绝缘栅双极型晶体管Z₁₀的集电极连接，第八绝缘栅双极型晶体管Z₈的发射极和第十一绝缘栅双极型晶体管Z₁₁的集电极连接，第九绝缘栅双极型晶体管Z₉的发射极和第十二绝缘栅双极型晶体管Z₁₂的集电极连接。

第七绝缘栅双极型晶体管Z₇的发射极和第十绝缘栅双极型晶体管Z₁₀的集电极之间还可以连接U输出端，第八绝缘栅双极型晶体管Z₈的发射极和第十一绝缘栅双极型晶体管Z₁₁的集电极之间还可以连接V输出端，第九绝缘栅双极型晶体管Z₉的发射极和第十二绝缘栅双极型晶体管Z₁₂的集电极之间还可以连接W输出端。

以上为本实用新型提供的一种四象限变频器，其可以包括滤波电路、整流电路和逆变电路，其中滤波电路可以包括第一三相电感单元、第二三相电感单元以及与第一三相电感单元和第二三相电感单元的公共端连接的三相电容单元；三相电容单元包括差模电容。该滤波电路一方面可以对电源输入端的电源信号进行滤波，另一方面还可以对由逆变侧回馈的能量进行谐波抑制，降低能量回馈过程中的谐波污染。

在一些实施例中，如图3所示，本实用新型提供的四象限变频器还可以包括：

电容单元14，电容单元14设置在整流电路12和逆变电路13之间。

在一些实施例中，电容单元14可以包括电解电容和/或薄膜电容，电解电容和/薄膜电容和逆变电路13并联连接在直流母线的两端。

在一些优选实施例中，电容单元14采用薄膜电容，薄膜电容可以有效稳定母线电压，并且寿命相对更长，发热量也更小。

在一些实施例中，如图3所示，四象限变频器还可以包括软启动单元15，以避免四象限变频器上电瞬间因电容单元14两端电压不能突变而产生的电流冲击。

其中，软启动单元15可以包括限流电阻R₀和直流接触器S₀，限流电阻R₀设置在整流电路12和电容单元14之间，直流接触器S₀和限流电阻R₀并联连接。

具体的，限流电阻R₀的一端与整流电路12中上桥臂绝缘栅双极型晶体管的集电器连接，限流电阻R₀的另一端与电容单元14连接。

限流电阻R₀和直流接触器S₀并联后串接在直流母线的主回路上，为避免四象限变频器上电瞬间因电容单元14两端电压不能突变而产生的电流冲击，因此，在上电前直流接触器S₀保持断开状态，通过限流电阻R₀抑制冲击电流，在母线电压升高后闭合直流接触器S₀，以短接掉限流电阻R₀，主回路正常启动变频器。

在本实用新型实施例中，为了实现能量回馈的效果，参见图3所示，图3是本实用新型实施例提供的另一四象限变频器的电路结构示意图，该四象限变频器还可以包括处理器16，处理器16用于采集整流电路12的三相输入电压以及直流母线上的直流母线电压，并根据三相输入电压和直流母线电压控制整流电路12的开关状态。

在一些实施例中，处理器16可以采用微处理器CPU或数字信号处理器(DigitalSingnal Processor，DSP)。

处理器16可以采集直流母线电压以及三相输入电压，当逆变电路13输出端连接的负载如电机制动时会造直流母线电压泵生，处理器16可以根据检测到的直流母线电压判断直流母线电压是否超过设定的回馈阈值电压，如果是，处理器16开始执行能量回馈逻辑，根据采集到的三相输入电压，通过锁相环计算出三相输入电压的相位，根据三相输入电压的相位向整流电路12发送PWM(Pulse width modulation，脉冲宽度调制)脉冲驱动信号，进而实现对整流电路12中各IGBT开关状态的控制，将累积到直流母线电压的这部分能量逆变为相位和幅值与三相输入电压相同的交流电回馈给电网。当直流母线电压小于回馈阈值电压时，处理器16停止执行能量回馈逻辑。

相应的，四象限变频器还可以设置有整流驱动器17，整流驱动器17分别和整流电路12中每个IGBT的栅极连接，处理器16可以通过整流驱动器17控制IGBT的开关状态。

在一些实施例中，四象限变频器还可以设置有逆变驱动器18，逆变驱动器18分别和逆变电路13中每个IGBT的栅极连接，用于驱动逆变电路13工作。

需要说明的是，其中，图3中的滤波电路11也可以采用和图2中的滤波电路11相同的方式设置。

本实用新型的另一方面，还提供了一种电子设备，其可以包括电子设备本体以及上述任一实施例所述的四象限变频器。

在一些实施例中，电子设备可以为空调、冰箱和电梯等，四象限变频器还可以用于一些较大功率的电子设备中。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种四象限变频器，其特征在于，包括顺序设置的滤波电路、整流电路和逆变电路；

所述滤波电路包括第一三相电感单元、第二三相电感单元以及与所述第一三相电感单元和所述第二三相电感单元的公共端连接的三相电容单元；其中，所述三相电容单元包括差模电容；

所述整流电路包括三个整流桥臂，每个所述整流桥臂上串联设置有上桥臂绝缘栅双极型晶体管和下桥臂绝缘栅双极型晶体管，所述上桥臂绝缘栅双极型晶体管和所述下桥臂绝缘栅双极型晶体管均并联有整流二极管。

2.根据权利要求1所述的四象限变频器，其特征在于，所述公共端包括在第一相传输线上的第一公共端、在第二相传输线上的第二公共端和在第三相传输线上的第三公共端；

所述三相电容单元包括：

第一差模电容，所述第一差模电容的第一端与所述第一公共端连接，所述第一差模电容的第二端与所述第二公共端连接；

第二差模电容，所述第二差模电容的第一端与所述第二公共端连接，所述第二差模电容的第二端与所述第三公共端连接；

第三差模电容，所述第三差模电容的第一端与所述第三公共端连接，所述第三差模电容的第二端与所述第一公共端连接。

3.根据权利要求1所述的四象限变频器，其特征在于，所述公共端包括在第一相传输线上的第一公共端、在第二相传输线上的第二公共端和在第三相传输线上的第三公共端；

所述三相电容单元包括：

第一差模电容，所述第一差模电容的第一端与所述第一公共端连接；

第二差模电容，所述第二差模电容的第一端与所述第二公共端连接；

第三差模电容，所述第三差模电容的第一端与所述第三公共端连接；

所述第一差模电容的第二端、所述第二差模电容的第二端和所述第三差模电容的第二端接地。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的四象限变频器，其特征在于，所述逆变电路为三相桥式逆变电路。

5.根据权利要求4所述的四象限变频器，其特征在于，所述四象限变频器还包括电容单元，所述电容单元设置在所述整流电路和所述逆变电路之间。

6.根据权利要求5所述的四象限变频器，其特征在于，所述电容单元包括电解电容和/或薄膜电容。

7.根据权利要求5所述的四象限变频器，其特征在于，所述四象限变频器还包括软启动单元，所述软启动单元包括限流电阻和直流接触器，所述限流电阻设置在所述整流电路和所述电容单元之间，所述直流接触器和所述限流电阻并联连接。

8.根据权利要求1所述的四象限变频器，其特征在于，所述四象限变频器还包括处理器，所述处理器用于采集所述整流电路的三相输入电压以及直流母线上的直流母线电压，并根据所述三相输入电压和所述直流母线电压控制所述整流电路的开关状态。

9.根据权利要求8所述的四象限变频器，其特征在于，所述处理器为数字信号处理器。

10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的四象限变频器。