WO2003088468A1 - Convertisseur de puissance polyvalent - Google Patents

Description

多功能电能变换器 技术领域

本发明涉及电气传输领域中的电气传输装置， 尤其是多功能电 能变换器。

背景技术

电能普遍应用在各种场合， 随着科技的日益发展， 人们为合理 利用电网电能， 满足各种用电设施的不同需要开发出了各种各样的 电能传输装置， 如改变电压的变压器， 实现交-直流变换的逆变器， 改变输出频率的变频器， 以及各种保护电网电源不受污染的有源无 功补偿器， 能量回馈装置等。 这些电能传输装置的共同缺点是功能 单一， 性能也不能完全达到较为理想的工作状态， 如变压器的变压 能力与自身的耗材成本、 高温绝缘之间的矛盾； 逆变器的高压传递 与自身的低压功率开关之间的矛盾和在高频状态下工作时产生的共 模电压对电机的危害以及传至电网电源造成污染。 为克服这些性能 上的缺陷， 现有的做法大都是采用对应的措施来解决这些在使用中 出现的弊病， 如前面所提及的逆变器， 该逆变器主要由整流部分、 滤波部分、 逆变部分构成， 这种逆变器工作时产生高频和低频两种 信号， 它的电压波形为脉宽调制波， 电压波形严重失真， 谐波含量 高， 在工作时产生的高频信号会形成一个共模电压进入电机， 从而 导致电机发热， 损耗高， 出力下降， 噪声大， 对电机危害大； 此外， 该共模电压还会由电机经大地传至电网电源， 造成污染。 为克服共 模电压引起的这些缺陷， 现有的一种做法是采用一个变压器来抑制 和隔离共模电压， 在隔离的同时也降低加于逆变部分的电压以保证 构成逆变部分的低耐压功率开关正常工作。 （参见 "天津电气传动 设计研究所" 出版的 《电气传动》 杂志 2002 年第 1 期发表的 "中 压电机变频调速的几中优选方案" ） 这种做法的缺点是导致逆变器 体积庞大， 质量重， 成本高， 且仅能作为逆变器使用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述缺点， 提供一种结构筒 单， 性能优越， 既可为电机之类的用电器提供所要求的优质电能， 又可作为保护电网电源不受污染的电网电源保护器使用的多功能电 能变换器。

本发明的目的是通过抑制共模电压的输出、 将脉宽调制波还原 成正弦波电压输出这一技术方案来实现的。 本多功能电能变换器的 具体构成包括整流电路、 与整流电路相接的滤波电路、 与滤波电路 相接的逆变电路、 分别串接在逆变电路输出线 ϋ、 V、 W上的差模电 压抑制电抗器 LS^ LS₂、 1^₃和滤波电容组， 该滤波电容组由分别串 接在 ϋ、 V、 W输出线上的电容 C₃、 C₄、 C₅构成， 电容 C₃、 C₄、 C₅的 另一端并构成一中点 N , 本发明的特征是在所述的差模电压抑制电 抗器和滤波电容组之间的逆变电路输出线 ϋ、 V、 W上设有一闭合磁 环， 该闭合磁环以输出线 ϋ、 V、 W 同时并绕在闭合磁环上的方式设 置。 试验证明， 该闭合磁环对高频信号有极大的阻挡作用， 因此使 电抗器和逆变电路中的各功率开关上流过的高频电流大大降低， 从 根本上抑制了共模电压的输出， 从而也保证了电感器不会过热、 各 功率开关不会过压而正常工作。 利用电感器的储能功能和滤波电容 组对高频分量的低阻抗而将高频分量短路的作用， 使输出电压波形 为完整的正弦波形。 从而使电机工作状况大为改善。 同时也避免了 共模电压传至电网造成污染的情况发生。 此时， 将本逆变器的输出 线 W、 ϋ、 V 与电网电源相接， 本电能变换器即可作为 "有源无功补 偿器" 、 "能量回馈装置" ， "爾 整流器" ， "有源滤波器" 使 用， 实现多功能。

在上述结构基础上， 将滤波电容组的中点 Ν 与整流器滤波电路 的直流电源的中点 Α相接且共接于地线端。 利用电容的容抗远小于 电机的漏电容的容抗这一特性， 将零序电流通路接至滤波电路的直 流电源的中点 A， 由滤波电路中的电容所旁路吸收， 从而避免了倍 压整流现象。 这种结构特别适用于各类交流电机。

与前述现有同类产品相比， 本发明的优点是利用闭合磁环来隔 离了高频信号， 大大降低了共模电压的输出， 改善了电压输出波形， 除可进一步改进电机的工况、 延长电机工作寿命外， 还可广泛用于 各种要求工作在标准正弦波电压波形的各种用电器。 如船舶动力电 源、 电力机车动力电源等。 从结构上讲， 省略了变压器， 使结构极 为筒单， 成本大幅降低， 体积和体重都大大减小。

下面结合附图和实施例对本发明作更进一步的说明， 但本发明 的内容不仅限于实施例中所涉及的内容。

附图说明

图 1是本实施例的电路结构图，

图 2是本发明的等效电路原理示意图，

图 3是现有的逆变电源的等效电路原理示意图。

具体实施方式

发图 1 所示， 本多功能电能变换器的具体构成包括整流电路、 与整流电路相接的滤波电路、 与滤波电路相接的逆变电路、 分别串 接在逆变电路输出线 ϋ、 V、 W上的差模电压抑制电抗器 LS^ LS₂、 LS₃ 和滤波电容組， 该滤波电容组由分别串接在 U、 V、 W输出线上的电 容 C₃、 C₄、 C₅构成， 电容 C₃、 C₄、 C₅的另一端并接构成一中点 N， 在 所述的差模电压抑制电抗器 LS^ LS₂、 LS₃和滤波电容器 C₃、 C₄、 C₅ 之间的逆变电路输出线 ϋ、 V、 W上设有一闭合磁环 LF， 该闭合磁环 以输出线 U、 V、 同时并绕在闭合磁环上的方式设置。 即将三根输 出线 U、 V、 W并缠在一起后再缠绕在闭合磁环上。 其中构成本多功 能电能变换器的整流电路， 滤波电路， 逆变电路， 电感器 LS 和滤 波电容組的构成以及各部分之间的结构关系均可沿用中国四川 "成 都佳灵电气制造有限公司" 生产的变频器的结构形式。 将滤波电容 C₃、 C₄、 C₅的中点 N与滤波电路的直流电源的中点 A 分别接地也可 起到同一效果。 这种接法实质上也属同一结构。 图 2 给出的是本发 明的等效电路原理示意图。 其中 为 N、 A 两点间的电路的等效电 阻， ^为电机 DJ的等效阻抗， i为共模电流， R₂接地， 因为 R₂《 可认为该共模电流 i 短路而不流入电机线圈， 从而达到消除或抑制 共模电压的目的。 换句话说， 由于电容 C₃、 C₄、 ^的容抗远小于电 机线圈对地的等效阻抗， 因而共模电流通过电容 C₃、 C₄、 C₅直接反 馈到变频器的直流母线中而不会进入电机线圈。 而现有逆变电源的 共模电压引起的共模冲击电流 i (参见图 ³) 则流经了电机线圏的 等效电阻 等效电感 1^到接地线， 由接地线返回到输入电源 B的 接地线再返回到逆变电源 VF。

Claims

权 利 要 求

1. 多功能电能变换器， 包括整流电路、 与整流电路相接的滤 波电路、 与滤波电路相接的逆变电路、 分别串接在逆变电路输出线

(U、 V、 W) 上的差模电压抑制电抗器 （LS 、 LS₂、 LS₃) 和滤波电 容组， 该滤波电容组由分别串接在输出线（U、 V、 W)上的电容（C₃、 C₄、 C₅) 构成， 电容（C₃、 C₄、 C₅) 的另一端并接构成一中点 （N) ， 其特征是在所述的差模电压抑制电抗器和滤波电容組之间的逆变电 路输出线 （ϋ、 V、 W)上设有一闭合磁环， 该闭合磁环以输出线（ϋ、 V、 W) 同时并绕在闭合磁环上的方式设置。

2. 如权利要求 1 或其前序部分所述的多功能电能变换器， 其 特征是所述的滤波电容组的中点 （Ν) 与整流器滤波电路的直流电 源的中点 （Α)相接且共接于地线端。