CN2678242Y - 大功率变频逆变器 - Google Patents
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Abstract
一种大功率变频逆变器，属于电力牵引技术领域，其系统装置由：滤波器(1)；电阻辅助制动子系统(2)；变频逆变子系统(3)；计算机控制子系统(4)构成；在变频逆变子系统(3)电路中，由12只IGBT和6只二极管与两组电容器联结成电路，由计算机子系统控制12只IGBT(V1U－V4W)按照软件规定的程序导通与截止，变频、逆变、调压、控制电动机牵引再生制动，并且控制斩波器(V0与V)IGBT导通与截止，斩波电阻辅助制动。其特点是：适宜高频、高压、大功率变频逆变器。具有功率因数高，噪音低、效率高、节省电能、输出谐波小、低速特性好、体积小、重量轻等特点。
Description
所属技术领域
本实用新型大功率变频逆变器，属于电力牵引技术领域。
背景技术
目前，对于轨道客车辆(地铁客车与轻轨客车)的电力驱动，一般采用两种解决方案：一种是凸轮变阻器控制直流电动机驱动的直流传动系统；另一种是斩波器控制直流电动机驱动的直流传动系统。
直流电动机有换向器和电刷，结构复杂，价格昂贵，需要经常维修，电刷灰污染环境。凸轮开关分段切换电阻串并联，进行起动，制动和调速。是有触点，有级数控制。乘坐舒适性差，可靠性低，电阻发热，污染环境，功率损耗大，系统效率低，这种系统技术落后，已趋于淘汰。
斩波器控制(斩波调压、斩波调阻和斩波调磁)，可控制斩波器中的功率开关电力电子元件的导通截止时间。进行起动、制动和调速。可无级调速，但仍需要有触点开关，也属有触点控制。需要经常维护，可靠性较低。这种系统，技术也较落后，不是发展方向。
变频逆变器控制交流电动机驱动的交流传动系统，具有先进技术水平，是大力发展方向。
发明内容
本实用新型的目的是为现代轨道客车交流电动机驱动提供一种高频率、高电压、大功率、高功率因数、高效率、节省电能、低噪音、调频调压，谐波小、低速特性好，适宜牵引环境和技术条件的大功率变频逆变器。
本实用新型技术方案如下：该系统由1、滤波器；2、电阻辅助制动子系统；3、变频逆变子系统；4、计算机控制子系统组成。
这种大功率变频逆变器，具有变频调速各方面的优越性能，其独特点是：在三电平逆变电路中具有很小输出谐波分量，噪音低和非常好的低速特性；功率开关电力电子元件只承受电源电压的一半，功率开关电力电子元件一个周期的平均开关频率是相电压频率的二分之一。因此，可使用电压和频率较低的功率开关电力电子元件，只要功率开关元件适合，可制作成各种功率变频逆变器。特别适宜制造高频、高压、大功率变频逆变器。
1、滤波器：由电抗器L和电容C1与C2构成。L与直流电源串联，首端与直流电源正极连接。C1与C2串联，连接中心结点为零电平。C1的正极性与L的尾端连接，联结点为正电平。C2的负极性与直流电源的负极连接，联结点为负电平。2、为电阻辅助制动子系统：斩波器V0与电阻器R2串联，再联接到正电平和零电平之间。斩波器V与电阻器R3串联，再连到零电平和负电平之间。3、为三电平变频逆变子系统：功率开关元件IGBT V1U与V2U串联，为A相的上限臂。V3U与V4U串联，为A相的下限臂。上限臂与下限臂串联，连接处的中心结点为变频逆变器的A相输出端。上限臂的V1U(IGBT)的集电极与直流电源的正电平连接。下限臂的V4U(IGBT)的发射极与直流电源的负电平联结。箝位二极管V1与V2串联，联结的中心点与零电平联结。V1二极管的阴极连接到V1U与V2U的中心结点。V2二极管的阳极连接到V3U与V4U连接的中心结点。保护电路FU分别与各功率开关元件IGBT并联，构成变频逆变器的A相。B相和C相同理联结。变频逆变器可控制4台电动机并联运行。4、先进的计算机控制子系统MCS按照软件规定的程序，将控制信号通过接口经过光纤电缆传输到IGBT的驱动模块IC，控制V1U～V4W的导通与截止。MCS子系统根据反馈信号，经过实时计算，进行系统的闭环控制。MCS还自动控制斩波器(V0与V)IGBT导通与截止，斩波电阻辅助制动。
功率开关元件IGBT(绝缘栅双基极晶体管)为电压型元件，其特点：输入阻抗高，控制信号功率很小，控制电路简单，频率高，开关损耗小，导通压降低，功率损耗小，安全工作区宽，没有二次击穿现象，是绝缘模块型元件，与散热器配合简便，内部有反并联二极管，是功率集成电力电子元件。用整体结构热管散热器散热，自然冷却。
附图说明
图1是大功率变频逆变器系统方框图；
图2是大功率变频逆变器电路原理简图；
图3是大功率变频逆变器实施例1电路原理图；
图4是大功率变频逆变器实施例2电路原理图；
图5是大功率变频逆变器实施例3电路原理图；
图6是大功率变频逆变器实施例4电路原理图；
在该实用新型大功率变频逆变器中，1、是滤波器；2、是电阻辅助制动子系统；3、是变频逆变子系统；4、计算机控制子系统；
具体实施方式
实施例1：图3，在三电平变频逆变电路中，独特优点是：各功率开关元件只承受直流电源电压的一半；功率开关元件一个周期的平均开关频率为相电压频率的二分之一。因此，可使用电压和频率低的功率开关元件，具有很小的输出谐波分量和非常好的低速特性独特性能。具有高电压、高频率、噪音低、特性好、功率因数高、节电显著、损耗低、效率高等特点。计算机控制子系统控制12个IGBT功率开关元件，按照软件规定程序导通与截止。逆变、变频、调压，控制4台交流电动机牵引，再生制动和电阻辅助制动。
实施例2：图4，为三电平变频逆变电路，其特点是：功率开关元件采用GTO元件和二极管取代IGBT元件。
实施例3：图5，为二电平变频逆变电路，电抗器的一端与电源正极联结，另一端与电容器C的正极联结，联结点为正电平，C的负极与电源的负极联结，联结点为负电平。功率开关IGBT元件V1U与V2U联结，联结点为A相的输出端，V1U的IGBT元件的集电极与正电平联结，V2U的IGBT元件的发射极与负电平联结，B相与C相同理联结，斩波器V与R3串联，R3与正电平联结，V的IGBT的发射极负电平联结。二电平变频逆变电路，其特点是：用6个IGBT元件，功率开关元件数量少，电路简单，功率开关元件的电压和频率比实施例1的高一倍，输出谐波分量较大，噪音较高，低速特性较差。
实施例4：图6，为二电平变频逆变电路，电抗器的一端与电源正极联结，另一端与电容器C的正极联结，联结点为正电平，功率开关元件V1U与V2U联结，联结点为A相输出端，V1U的GTO阳极与正电平联结，V2U的GTO阴极与负电平联结，二极管V1与V1U、V1U与V2U反并联，B相与C相同理联结，斩波器V与R3串联，R3与正电平联结，V的GTO阴极与负电平联结，二极管与GTO反并联。二电平变频逆变电路，其特点是：用6个GTO元件和6个反并联＝极管，功率开关元件较少，电路较简单，功率开关元件的电压和频率比实施例1的高一倍，输出谐波分量较大，噪音较高，低速特性较差。
图4与图3联结基本相同，只是功率开关元件有所不同；图6与图5联结基本相同，只是功率开关元件有所不同。
大功率变频逆变器特点：
(1)先进的功率开关元件IGBT或GTO；
(2)计算机控制系统，自动控制，自诊断；
(3)热管散热器，自然冷却，体积小，重量轻；
(4)平滑起动，无级调速，再生制动，节省电能；
(5)辅助电阻制动；
(6)系统无触点化，可靠性高；
(7)可控制三相交流电动机，可多台并联。
Claims (4)
1、一种大功率变频逆变器，由滤波器(1)，电阻辅助制动子系统(2)，变频逆变子系统(3)，计算机控制子系统(4)组成，具有变频器各方面的优越性能，其特征是：变频逆变子系统电路中电容器C1与C2串联，联结点为零电平，C1的正极性与串联在直流电源中的电抗器L尾端联结，联结点为正平，C2的负极性与直流电源的负极连接，联结点为负电平，IGBT功率开元件V1U与V2U串联，为A相的上限臂，V3U与V4U串联，为A相的下限臂，上限臂与下限臂串联，连接中心结点为A相的输出端，上限臂V1U(IGBT)的集电极与直流电源的正电平连接，下限臂V4U(IGBT)的发射极与直流电源负电平连接，箝位二级管V1与V2串联，连接的中心点与零电平联结，V1二级管的阴极连接到V1U与V2U串联的中心结点，V2二极管的阳极连接到V3U与V4U串联的中心结点，保护电路FU分别与各功率开关元件IGBT并联、构成A相，B相与C相和A相同理联结，斩波器V0与电阻器R2联结，连接到正电平与零电平之间，斩波器V与电阻器R3联结，连接到零电平与负电平之间，计算机控制子系统MCS按照软件规定的程序，将控制信号通过接口，经过光纤电缆，传输到各功率开关元IGBT的驱动模块IC，控制(V1U～V4W)IGBT导通与截止，计算机控制子系统可进行实时计算，自动闭环控制，4台电动机牵引和再生制动，MCS还自动控制斩波器(V0与V)IGBT导通与截止电阻辅助制动。
2、根据权利要求1所述的大功率变频逆变器，其特征是：IGBT元件用GTO元件和二极管反并取代。
3、根据权利要求1所述的大功率变频逆变器，其特征是：在变频逆变子系统中，用二电平电路取代三电平电路，电抗器的一端与电源正极联结，另一端与电容器C的正极联结，联结点为正电平，C的负极与电源的负极联结，联结点为负电平；功率开关IGBT元件V1U与V2U联结，联结点为A相的输出端，V1U的IGBT元件的集电极与正电平联结，V2U的IGBT元件的发射极与负电平联结，B相与C相同理联结，斩波器V与R3串联，R3与正电平联结，V的IGBT的发射极负电平联结。
4、根据权利要求1所述的大功率变频逆变器，其特征是：在变频逆变子系统中，用二电平电路取代三电平电路，电抗器的一端与电源正极联结，另一端与电容器C的正极联结，联结点为正电平，功率开关元件V1U与V2U联结，联结点为A相输出端，V1U的GTO阳极与正电平联结，V2U的GTO阴极与负电平联结，二极管V1与V1U、V2与V2U反并联，B相与C相同理联结，斩波器V与R3串联，R3与正电平联结，V的GTO阴极与负电平联结，二极管与GTO反并联。
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