CN220711357U - 级联多电平变频器 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种级联多电平变频器，包括第一柜体，第一柜体内设有三相桥臂，每相桥臂包括级联的N个功率单元，每个功率单元包括不控整流电路、H桥单元、直流母线电容；还包括第二柜体，第二柜体内设有每个功率单元对应的储能模块，储能模块包括晶体管、变压器、双向变换器以及储能；变压器的原边与晶体管串联连接后连接在正负直流母线之间，变压器的副边连接在双向变换器的直流端，储能单元连接在双向变换器的交流端。本申请通过集中设置于第二柜体的储能模块，既解决电机制动状态下容易导致级联多电平变频器过压停机的问题；又能在电网电压波动以及骤降时，补充能量给级联多电平变频器，避免变频器的母线电压跌落。
Description
技术领域
本申请涉及变频器技术领域，尤其涉及一种级联多电平变频器。
背景技术
在重工业中，大功率电机是必不可少的存在，且数量众多，由于其本身能量消耗基数大，其节能性对能源利用效率至关重要。所以，电机对能源的影响至关重要。
现有技术中，采用变频器来驱动电机是很普遍的选择，而高压大功率电机(功率Mw级别)驱动，一般需要采用多电平驱动技术，所以，采用级联变频器来拖动是很普遍选择。然而，当下常见的级联变频器大多采用“不控整流技术”，对高压大功率电机制动时的适应性比较差，容易报过压故障而导致停机问题。当电网电压出现骤降或者跌落时，级联变频器无法及时补充能量，轻则导致电机扭矩不稳，重则导致变频器停机，在某些重要应用场合，这种波动是不允许的。
实用新型内容
本申请旨在提供一种级联多电平变频器，以解决电机制动状态下容易导致级联多电平变频器过压停机的问题。
本申请提供一种级联多电平变频器，包括第一柜体，所述第一柜体内设有三相桥臂，每相桥臂包括级联的N个功率单元，每个功率单元包括不控整流电路、通过正负直流母线与所述不控整流电路连接的H桥单元、连接在所述正负直流母线之间的直流母线电容；
还包括第二柜体，所述第二柜体内设有每个功率单元对应的储能模块，所述储能模块包括晶体管、变压器、双向变换器以及储能；
所述变压器的原边与所述晶体管串联连接后连接在所述正负直流母线之间，所述变压器的副边连接在所述双向变换器的直流端，所述储能单元连接在所述双向变换器的交流端。
其中，所示第一柜体可以是一个或者多个柜体，所示第二柜体也可以是一个或者多个柜体。这样，将将储能模块集中安装在一个外置柜中，通过导线或者铜排连接到功率单元上，并且可以根据现场电机的馈能大小，灵活配置功率模块数量。
本申请提供的级联多电平变频器，通过集中设置于第二柜体的储能模块，既解决电机制动状态下容易导致级联多电平变频器过压停机的问题；又能在电网电压波动以及骤降时，补充能量给级联多电平变频器，避免变频器的母线电压跌落。
附图说明
图1是本申请实施例提供的级联多电平变频器示意图；
图2是本申请实施例提供的级联多电平变频器中的功率单元示意图；
图3是本申请实施例提供的另一功率单元示意图；
图4是本申请实施例提供的又一功率单元示意图；
图5是本申请实施例提供的再一功率单元示意图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语中“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1-图2所示，本申请实施例提供的级联多电平变频器包括三相桥臂，每相桥臂包括级联的N个功率单元。
每个功率单元包括不控整流电路、通过正负直流母线与所述不控整流电路连接的H桥单元、连接在所述正负直流母线之间的直流母线电容C1。其中，不控整流电路由二极管D1-D6构成，R、S、T为其输入端。H桥单元由晶体管S1-S4构成，P、N为其输出端。
每个功率单元还包括一个对应的储能模块，所述储能模块包括晶体管S5、变压器T1、双向变换器以及储能单元；
所述变压器T1的原边与所述晶体管S5串联连接后连接在所述正负直流母线之间，所述变压器T1的副边连接在所述双向变换器的直流端，所述储能单元连接在所述双向变换器的交流端。
在本示例中，所述晶体管S5的一电极端与正直流母线连接，所述晶体管S5的另一电极端与所述变压器T1原边的一端连接，所述变压器T1原边的另一端与负直流母线连接，所述晶体管S5的控制端用于接收控制信号以关断或者导通。
在本示例中，所述储能模块还包括二极管D11，所述二极管D11并联连接在所述变压器T1的原边。
在本示例中，所述储能模块还包括限流电阻R1，所述限流电阻R1连接在所述变压器T1副边的一端与所述双向变换器直流端的一端之间。
在本示例中，所述双向变换器包括H桥单元，即由晶体管S11-S14构成。
在本示例中，所述储能单元包括串联连接的储能电感L1和储能电容C2。
在本示例中，储能模块由于采用了变压器T1隔离，将高压侧隔离开来，所以可以将储能模块集中安装在一个外置柜中，通过导线或者铜排连接到功率单元上，并且可以根据现场电机的馈能大小，灵活配置功率模块数量。
以下对图1-图2的工作原理进行介绍：
当电机馈能导致直流母线电容C1电压上升时，导通晶体管S5，C1上能量开始向变压器T1流动，变压器T1励磁后，能量经过限流电阻R1限流，流入由晶体管S11～S14组成的H桥单元，经过H桥单元的控制后，能量流入储能电容C2中，存储起来，实现电机平稳制动。
存储在储能电容C2的能量在电网电压跌落时，可以再经过H桥单元进行控制后，流经限流电阻R1、变压器T1、晶体管S5给直流母线电容C1充电，使得直流母线电容C1电压保持平稳。
当然，为了适应现场的各种应用环境，例如现场电机需要频繁馈能时，可以控制晶体管S5和H桥单元的开关策略，将储能电容C2电压维持在较低水平，已便于及时接受电机的馈能；如果现场电机稳定运行，电网出线频繁跌落，可以将储能电容C2电压维持在较高水平，以便于有更多的能量补充直流母线电容C1。
图3是本申请实施例提供的另一功率单元示意图。与图2示例不同的是，所述储能模块还包括充电电路，所述充电电路包括串联连接的充电电阻R2和可控开关SW1；
所述充电电路的一端与所述不控整流电路的任意一个输入端连接，例如T端连接，所述充电电路的另一端与所述变压器原边的一端连接。
通过充电电路，可以使得输入侧工频电源直接给储能模块充电，充完电后断开可控开关SW1，这使得储能电容C2更快的投入热备用状态，随时可以向直流母线电容C1补充能量，并且可以实现将储能电容C2存储的能量经过H桥单元逆变后，经限流电阻R1、变压器T1、可控开关SW1、充电电阻R2，送回电网。这个方案比较适合于电网电压频繁波动的场合。
图4是本申请实施例提供的又一功率单元示意图。与图2示例不同的是，所述双向变换器包括由晶体管S11、S13构成的半桥电路。
通过半桥电路，节省了一部分晶体管成本，相应的给直流母线电容C1补充和消耗电压的能力有一定的降低，适合对制动功能或者电网电压波动抑制功能有需求，但是成本又有一定控制要求的场合。
图5是本申请实施例提供的再一功率单元示意图。与图4示例不同的是，所述储能模块还包括充电电路，所述充电电路包括串联连接的充电电阻R2和可控开关SW1；
所述充电电路的一端与所述不控整流电路的任意一个输入端连接，例如T端连接，所述充电电路的另一端与所述变压器原边的一端连接。
以上参照附图说明了本申请的优选实施例，并非因此局限本申请的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请的权利范围之内。
Claims (7)
1.一种级联多电平变频器，包括第一柜体，所述第一柜体内设有三相桥臂，每相桥臂包括级联的N个功率单元，每个功率单元包括不控整流电路、通过正负直流母线与所述不控整流电路连接的H桥单元、连接在所述正负直流母线之间的直流母线电容；其特征在于，
还包括第二柜体，所述第二柜体内设有每个功率单元对应的储能模块，所述储能模块包括晶体管、变压器、双向变换器以及储能单元；
所述变压器的原边与所述晶体管串联连接后连接在所述正负直流母线之间，所述变压器的副边连接在所述双向变换器的直流端，所述储能单元连接在所述双向变换器的交流端。
2.根据权利要求1所述的级联多电平变频器，其特征在于，所述储能模块还包括二极管，所述二极管并联连接在所述变压器的原边。
3.根据权利要求1所述的级联多电平变频器，其特征在于，所述储能模块还包括限流电阻，所述限流电阻连接在所述变压器副边的一端与所述双向变换器直流端的一端之间。
4.根据权利要求1所述的级联多电平变频器，其特征在于，所述双向变换器包括H桥单元或者半桥电路。
5.根据权利要求1所述的级联多电平变频器，其特征在于，所述储能单元包括串联连接的储能电感和储能电容。
6.根据权利要求1所述的级联多电平变频器，其特征在于，所述储能模块还包括充电电路，所述充电电路包括串联连接的充电电阻和可控开关；
所述充电电路的一端与所述不控整流电路的任意一个输入端连接，所述充电电路的另一端与所述变压器原边的一端连接。
7.根据权利要求1所述的级联多电平变频器，其特征在于，所述晶体管的一电极端与正直流母线连接，所述晶体管的另一电极端与所述变压器原边的一端连接，所述变压器原边的另一端与负直流母线连接，所述晶体管的控制端用于接收控制信号以关断或者导通。
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