專利名稱：三電平集成式中、高壓變頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種變頻器，更準(zhǔn)確地說本實(shí)用新型涉及一種三 電平集成式'中、高壓變頻器。屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
中、高壓變頻器已經(jīng)成為節(jié)能領(lǐng)域的一個(gè)重要產(chǎn)品，受功率半導(dǎo)
體開關(guān)器件耐壓的限制，現(xiàn)在的中、高壓變頻器主要是使用IGBT器 件級(jí)聯(lián)方式的主電路，此種方式功率半導(dǎo)體開關(guān)器件使用較多，從提 高系統(tǒng)可靠性的目的來看，應(yīng)當(dāng)盡量減少功率半導(dǎo)體開關(guān)器件的數(shù) 目。同時(shí)，IGBT屬于高導(dǎo)通電壓降、高開關(guān)損耗類器件，集成的產(chǎn)
品的運(yùn)行效率低。釆用傳統(tǒng)三電平方式的主電路的中、高壓變頻器， 使用較少的功率半導(dǎo)體開關(guān)器件，但同時(shí)對(duì)功率半導(dǎo)體開關(guān)器件的快 速保護(hù)要求很高，尤其是對(duì)母線功率半導(dǎo)體開關(guān)器件的快速保護(hù)要求 更高，這方面還未見國(guó)內(nèi)外相關(guān)論述。
由于受功率半導(dǎo)體開關(guān)器件耐壓的限制，使用傳統(tǒng)三電平方式的 主電路的中、高壓變頻器輸出電壓不易做高，即使使用功率半導(dǎo)體開 關(guān)器件串聯(lián)技術(shù)，其電壓等級(jí)最高只能達(dá)到6kV,對(duì)于更高電壓的應(yīng)
用場(chǎng)合就無(wú)能為力，而且，使用半導(dǎo)體器件串聯(lián)技術(shù)會(huì)帶來一系列的 技術(shù)問題，比如均壓?jiǎn)栴}、回路的雜散電感問題、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題等等 很難解決。如直接使用升壓變壓器來提高輸出電壓，又會(huì)帶來系統(tǒng)穩(wěn) 定性、可靠性等問題。因而對(duì)于以上問題，需要提出更好的解決方案。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種集成了母線功率半導(dǎo)體開關(guān)器件
快速保護(hù)單元、集成了濾波升壓?jiǎn)卧娜娖郊墒街小⒏邏鹤冾l器。 為了達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型是采取以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的 三電平集成式中高壓變頻器，包括至少一套三分裂降壓變壓器；
至少一套12脈沖整流單元；至少一套整流吸收單元；母線功率半導(dǎo) 體開關(guān)器件快速保護(hù)單元；至少一套集成了功率半導(dǎo)體開關(guān)器件自動(dòng) 均壓功能的三電平逆變單元； 一套集成濾波升壓?jiǎn)卧?。所述的三分?降壓變壓器其原邊接在電網(wǎng)輸入端，其副邊連接12脈沖整流單元輸
入端；所述的12脈沖整流單元其輸入端連接三分裂降壓變壓器副邊，
其輸出端連接母線功率半導(dǎo)體開關(guān)器件快速保護(hù)單元輸入端；所述的
整流吸收單元并聯(lián)在12脈沖整流單元兩端；所述的一套集成了功率
半導(dǎo)體開關(guān)器件自動(dòng)均壓功能的三電平逆變單元其輸入端連接在母 線功率半導(dǎo)體開關(guān)器件快速保護(hù)單元輸出端，其輸出端連接在集成濾
波升壓?jiǎn)卧妮斎攵?；所述的集成濾波升壓?jiǎn)卧漭斎攵诉B接在一套
集成了功率半導(dǎo)體開關(guān)器件自動(dòng)均壓功能的三電平逆變單元的輸出 端，其輸出端接在負(fù)載電機(jī)進(jìn)線端。
前述的三電平集成式中高壓變頻器，其特征在于其中所述的母線 功率半導(dǎo)體開關(guān)器件快速保護(hù)單元，該單元由功率半導(dǎo)體開關(guān)器件及
其并聯(lián)的壓敏電阻、預(yù)充電電阻組成。
前述的三電平集成式中高壓變頻器，其特征在于其中所述的集成 了功率半導(dǎo)體開關(guān)器件自動(dòng)均壓功能的三電平逆變單元，該單元由
12只功率半導(dǎo)體開關(guān)器件、6只快恢復(fù)鉗位二極管組成。
前述的三電平集成式中高壓變頻器，其特征在于其中所述的集成 濾波升壓?jiǎn)卧搯卧奢敵鰹V波變壓器和濾波電容組成，輸出濾波 變壓器的漏抗作為濾波電抗與濾波電容構(gòu)成低通濾波器。
三分裂降壓變壓器、12脈沖整流單元、三電平逆變單元構(gòu)成傳
統(tǒng)的三電平變頻器。本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的整流吸收單元由一組電阻、 電容構(gòu)成阻容吸收網(wǎng)絡(luò)，可以吸收整流單元的脈沖沖擊，平穩(wěn)母線電 壓，保護(hù)整流橋不因電網(wǎng)的浪涌電壓而損壞；所設(shè)計(jì)的母線快速保護(hù) 單元，其壓敏電阻的擊穿電壓為大于半邊母線電壓、小于全部母線電 壓，當(dāng)變頻器需要母線功率半導(dǎo)體開關(guān)器件迅速關(guān)斷，做快速保護(hù)時(shí)，
該壓敏電阻保證了母線功率半導(dǎo)體開關(guān)器件不損壞；所設(shè)計(jì)的集成了
功率半導(dǎo)體開關(guān)器件自動(dòng)均壓功能的三電平逆變單元，由六只快恢復(fù) 鉗位二極管保證功率半導(dǎo)體開關(guān)器件承受的電壓不超過一半的直流
母線電壓；所設(shè)計(jì)的集成濾波升壓?jiǎn)卧?，其升壓變壓器漏抗?.6mH， 濾波電容為50uF,由升壓變壓器的漏抗與濾波電容構(gòu)成300Hz的低 通濾波單元。
本實(shí)用新型解決使用IGBT器件級(jí)聯(lián)方式作為主電路的中、高壓 變頻器，功率半導(dǎo)體開關(guān)器件數(shù)目較多、可靠性低的問題；解決了傳 統(tǒng)三電平方式中、高壓變頻器缺少母線功率半導(dǎo)體開關(guān)器件快速保護(hù) 單元問題；解決了傳統(tǒng)三電平方式中、高壓變頻器缺少集成濾波升壓 單元，輸出電壓不易做高等問題；設(shè)計(jì)了整流吸收單元，降低了對(duì)器 件的沖擊的影響；設(shè)計(jì)的集成了功率半導(dǎo)體開關(guān)器件自動(dòng)均壓功能的 三電平逆變單元保證了逆變單元體開關(guān)器件所承受的電壓在一定范 圍之內(nèi)；更好的利用了功率器件的輸出功率能力特性，高效的發(fā)揮功 率器件的能力。三電平集成式中、高壓變頻器擴(kuò)大了中、高壓變頻器 的應(yīng)用領(lǐng)域，提高了其可靠性。
圖1為本實(shí)用新型的電路圖。
圖2為整流吸收單元(即圖1中所示的RCNET)電路圖 圖3為濾波升壓?jiǎn)卧韴D具體實(shí)施方式
如圖1-3所示的本實(shí)用新型三電平集成式中、高壓變頻器，其 中電路圖1中包括了三分裂降壓變壓器T1、 12脈沖整流單元、整流
吸收單元、母線功率半導(dǎo)體開關(guān)器件快速保護(hù)單元、母線直流電容、
集成了功率半導(dǎo)體開關(guān)器件自動(dòng)均壓功能的三電平逆變單元、集成濾
波升壓?jiǎn)卧?br>
圖l中，隔離變壓器T1原邊Y接法，相間電壓為6000V;副邊 一組y接法、 一組d接法，每種接法相相間電壓均為1900V。 12脈沖 整流單元由Dal Da6和Dbl ~ Db6組成，這12只整流二極管均為耐 壓4500V的器件。圖1中包括正、負(fù)兩組母線功率半導(dǎo)體開關(guān)器件快 速保護(hù)單元，每組均由母線功率半導(dǎo)體開關(guān)器件、預(yù)充電電阻、壓敏 電阻組成，預(yù)充電電阻Rra、 Rrb在母線功率半導(dǎo)體開關(guān)器件Sa、 Sb 開通之間限制母線充電電流，避免母線電容C1、 C2承受較大的沖擊 電流，壓敏電阻Ra、 Rb在母線功率半導(dǎo)體幵關(guān)器件Sa、 Sb快速動(dòng)作 保護(hù)逆變單元時(shí)，保證Sa、 Sb較小的電壓沖擊，壓敏電阻Ra、 Rb的 擊穿電壓為大于半邊母線電壓，小于全部母線電壓。Sul Su4、 Svl~ Sv4、 Swl Sw4、 Dul、 Du2、 Dvl、 Dv、 Dwl、 Dw2、 Ru、 Rv、 Rw組成 集成了功率半導(dǎo)體開關(guān)器件自動(dòng)均壓功能的三電平逆變單元，其中
Sul-Su4、 Svl Sv4、 Swl Sw4為12只功率半導(dǎo)體開關(guān)器件，額定 耐壓均為4500V, Dul、 Du2、 Dvl、 Dv、 Dwl、 Dw2為6只快恢復(fù)鉗位 二極管，額定耐壓均為4500V，它們保證Sul、 Su2、 Su3、 Su4、 Svl、 Sv2、 Sv3、 Sv4、 Swl、 Sw2、 Sw3、 Sw4小于半邊母線電壓，避免過壓。 圖2所示為整流吸收單元的電路，Rca、 Rcb、 Ca、 Cb構(gòu)成阻容 網(wǎng)絡(luò)，與Raa、 Rbb、 Rn —起組成整流吸收單元，避免電網(wǎng)浪涌電壓 對(duì)整流單元的沖擊，平穩(wěn)母線電壓。
圖3所示為濾波升壓?jiǎn)卧娐吩韴D，升壓變壓器T2原邊為Y 接法，相相間額定電壓為6000V,副邊為d接法，相相間額定電壓為 6000V, Lu、 Lv、 Lw為T2的折合到副邊的漏抗，值均為5. 6mH， Cu、 Cv、 Cw值均為50uF, Lu、 Lv、 Lw與Cu、 Cv、 Cw構(gòu)成300Hz的低通 濾波器，使三電平集成式中、高壓變頻器輸出電壓諧波小于5%。
除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還可以有其他實(shí)施方式。凡釆用等 同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、三電平集成式中高壓變頻器，包括至少一套三分裂降壓變壓器；至少一套12脈沖整流單元；至少一套整流吸收單元；母線功率半導(dǎo)體開關(guān)器件快速保護(hù)單元；至少一套集成了功率半導(dǎo)體開關(guān)器件自動(dòng)均壓功能的三電平逆變單元；一套集成濾波升壓?jiǎn)卧凰龅娜至呀祲鹤儔浩髌湓吔釉陔娋W(wǎng)輸入端，其副邊連接12脈沖整流單元輸入端；所述的12脈沖整流單元其輸入端連接三分裂降壓變壓器副邊，其輸出端連接母線功率半導(dǎo)體開關(guān)器件快速保護(hù)單元輸入端；所述的整流吸收單元并聯(lián)在12脈沖整流單元兩端；所述的一套集成了功率半導(dǎo)體開關(guān)器件自動(dòng)均壓功能的三電平逆變單元其輸入端連接在母線功率半導(dǎo)體開關(guān)器件快速保護(hù)單元輸出端，其輸出端連接在集成濾波升壓?jiǎn)卧妮斎攵?；所述的集成濾波升壓?jiǎn)卧漭斎攵诉B接在一套集成了功率半導(dǎo)體開關(guān)器件自動(dòng)均壓功能的三電平逆變單元的輸出端，其輸出端接在負(fù)載電機(jī)進(jìn)線端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三電平集成式中高壓變頻器，其特征 在于其中所述的母線功率半導(dǎo)體開關(guān)器件快速保護(hù)單元，該單元由功 率半導(dǎo)體開關(guān)器件及其并聯(lián)的壓敏電阻、預(yù)充電電阻組成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三電平集成式中高壓變頻器，其特征 在于其中所述的集成了功率半導(dǎo)體開關(guān)器件自動(dòng)均壓功能的三電平 逆變單元，該單元由12只功率半導(dǎo)體開關(guān)器件、6只快恢復(fù)鉗位二 極管組成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三電平集成式中高壓變頻器，其特征 在于其中所述的一套集成濾波升壓?jiǎn)卧搯卧奢敵鰹V波變壓器和 濾波電容組成，輸出濾波變壓器的漏抗作為濾波電抗與濾波電容構(gòu)成 低通濾波器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種三電平集成式中、高壓變頻器。屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。它包括至少一套三分裂降壓變壓器；至少一套12脈沖整流單元；至少一套整流吸收單元；母線功率半導(dǎo)體開關(guān)器件快速保護(hù)單元；至少一套集成了功率半導(dǎo)體開關(guān)器件自動(dòng)均壓功能的三電平逆變單元；一套集成濾波升壓?jiǎn)卧１緦?shí)用新型解決使用IGBT器件級(jí)聯(lián)方式作為主電路的中高壓變頻器，功率半導(dǎo)體開關(guān)器件數(shù)目較多、可靠性低的問題；解決了傳統(tǒng)三電平方式中高壓變頻器缺少母線功率半導(dǎo)體開關(guān)器件快速保護(hù)單元問題，擴(kuò)大了中高壓變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域，提高了其可靠性。
文檔編號(hào)H02M5/00GK201057634SQ20062006953
公開日2008年5月7日 申請(qǐng)日期2006年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月23日
發(fā)明者吳濟(jì)安, 志 楊, 楊志勇, 華 白, 趙爭(zhēng)鳴, 郭效軍, 錢詩(shī)寶 申請(qǐng)人:國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司;清華大學(xué)