專(zhuān)利名稱(chēng)：一種大功率四象限變頻器及功率單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子電力領(lǐng)域，尤其涉及一種大功率四象限變頻器及三相橋功率單兀。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)家的節(jié)能減排政策越來(lái)越明朗，越來(lái)越深入，作為大耗電的設(shè)備，電機(jī)采用 變頻器調(diào)速的比例也越來(lái)越高。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變 換為另一頻率的電能控制裝置，其最主要的特點(diǎn)是具有高效率的驅(qū)動(dòng)性能及良好的控制特 性。簡(jiǎn)單地說(shuō)，變頻器首先把交流電源的電能轉(zhuǎn)換為直流電，再把直流電變化為頻率可變的 交流電來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載，如通過(guò)改變電機(jī)輸入電壓的頻率來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。但是，傳統(tǒng)的通用 變頻器只能實(shí)現(xiàn)電能從電網(wǎng)向電機(jī)側(cè)流動(dòng)的單向傳輸，不具有能量的回饋功能，節(jié)能效果 不明顯，而且，由于諧波等問(wèn)題，容易影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量。作為變頻器的高端產(chǎn)品，四象限 變頻器，其不僅可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)和電機(jī)之間能量的雙向流動(dòng)，將電機(jī)制動(dòng)過(guò)程中的能量回饋 輸入電網(wǎng)，增強(qiáng)節(jié)能效果；同時(shí)，由于其輸入電流波形為正弦波，輸入側(cè)功率因數(shù)接近1，因 而可有效減少對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)的諧波污染。參閱圖1，為一種傳統(tǒng)大功率四象限變頻器的電路圖。該大功率四象限變頻器包 括整流電路11、逆變電路12、整流器控制電路13以及逆變器控制電路14。其中，整流電路 11或者逆變電路12分別為一個(gè)大功率的三相橋，由絕緣柵雙極型功率管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)并聯(lián)而成。整流電路11或者逆變電路12分別由對(duì)應(yīng)的整流 控制電路13、逆變器控制電路14所控制。然而，這種單機(jī)方案的變頻器的可靠性較差當(dāng) 有元器件失效時(shí)，包含有變頻器的整個(gè)系統(tǒng)都不能正常工作；其次，隨著功率等級(jí)的增大， 整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)成也會(huì)變得越來(lái)越復(fù)雜，進(jìn)一步惡化系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性；另外，由于每 個(gè)功率等級(jí)均需重新開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)費(fèi)用較高，周期長(zhǎng)；同時(shí)，元器件的復(fù)用率低，配件多， 維護(hù)成本高。圖2a所示為另一種傳統(tǒng)大功率四象限變頻器的電路圖。該大功率四象限變頻器 同樣包括整流電路21、逆變電路22、整流器控制電路23以及逆變器控制電路24。區(qū)別在 于，圖2a中的整流電路21以及逆變電路22由多個(gè)功率單元221、222并聯(lián)而成。參閱圖 2b，為圖2a中功率單元221、222的電路圖，其功率單元221、222由兩個(gè)IGBT構(gòu)成半橋型功 率單元。然而，這種由半橋型功率單元構(gòu)成的變頻器，需要配置3的整數(shù)倍的功率單元才能 組成一個(gè)能正常運(yùn)行的三相橋系統(tǒng)，應(yīng)用不夠靈活；而當(dāng)某些功率單元出故障時(shí)，同樣能使 圖2a的系統(tǒng)不能正常工作。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，須提供一種可靠性高、配置靈活、成本低、維護(hù)方便的大功率四象限變 頻器。另外，還需提供一種可靈活配置在電子電力系統(tǒng)中的功率單元，使含有該功率單元的電子電力系統(tǒng)維護(hù)方便、可靠性高、成本低?！N大功率四象限變頻器，連接于供電電源與電機(jī)之間，其包括至少一個(gè)整流電 路，至少一個(gè)逆變電路，以及控制電路。整流電路具有三相交流電輸入端，與供電電源連接， 用于把接收到的交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)。逆變電路具有三相交流電輸出端，通過(guò)兩根直 流母線與所述整流電路相連接，用于將直流信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)的交流信號(hào)。控制電路分 別和所述整流電路與逆變電路相連，用于控制所述整流電路以及逆變電路的輸出。所述整 流電路、逆變電路中的至少一個(gè)電路包括多個(gè)并聯(lián)連接的功率單元。所述功率單元具有直 流端及交流端，其包括至少3個(gè)雙管封裝的絕緣柵雙極型晶體管、濾波電容以及多個(gè)霍爾 電流傳感器。至少3個(gè)雙管封裝的絕緣柵雙極型晶體管并聯(lián)連接，構(gòu)成三相橋式電路。濾 波電容作為功率單元的直流端，與每一個(gè)雙管封裝的絕緣柵雙極型晶體管并聯(lián)連接，用于 對(duì)三相橋式電路輸出的電信號(hào)進(jìn)行濾波。多個(gè)霍爾電流傳感器用于檢測(cè)流經(jīng)功率單元的電 流。上述的大功率四象限變頻器，其中所述三相橋式電路由3個(gè)雙管封裝的絕緣柵 雙極型晶體管構(gòu)成，一個(gè)雙管對(duì)應(yīng)一相；每一相均包括第一絕緣柵雙極型晶體管以及第二 絕緣柵雙極型晶體管；所述第一絕緣柵雙極型晶體管的集電極與濾波電容的正極相連接， 所述第二絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極與濾波電容的陰極相連接，所述第一絕緣柵雙極型 晶體管的發(fā)射極與第二絕緣柵雙極型晶體管的集電極連接在一起并穿過(guò)霍爾電流傳感器。上述的大功率四象限變頻器，其中所述三相橋式電路由6個(gè)雙管封裝的絕緣柵 雙極型晶體管構(gòu)成，兩個(gè)雙管對(duì)應(yīng)一相；每一相均包括第一絕緣柵雙極型晶體管，第二絕緣 柵雙極型晶體管，第三絕緣柵雙極型晶體管，以及第四絕緣柵雙極型晶體管；所述第一絕緣 柵雙極型晶體管的集電極、第三絕緣柵雙極型晶體管的集電極連接在一起并與濾波電容的 正極相連接；所述第二絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極、第四絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極 連接在一起并與濾波電容的負(fù)極相連接；所述第一絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極、第二絕 緣柵雙極型晶體管的集電極、第三絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極、第四絕緣柵雙極型晶體 管集電極相連接在一起并穿過(guò)霍爾電流傳感器。上述的大功率四象限變頻器，其中所述功率單元的交流端還串聯(lián)連接有交流電 抗器，用于平衡流經(jīng)功率單元每一相的電流。上述的大功率四象限變頻器，其中所述控制電路包括分離設(shè)置的整流電路控制 板以及逆變電路控制板，每一個(gè)控制板上設(shè)置有多個(gè)驅(qū)動(dòng)接口，每一個(gè)驅(qū)動(dòng)接口驅(qū)動(dòng)至少
一個(gè)功率單元。上述的大功率四象限變頻器，其中所述整流電路與逆變電路的結(jié)構(gòu)相同；所述 供電電源與整流電路之間還連接有輸入電抗器，用于減小所述大功率四象限變頻器對(duì)電網(wǎng) 的沖擊。上述的大功率四象限變頻器，其中所述整流電路或逆變電路的數(shù)量為一個(gè)或通 過(guò)共用直流母線相互連接的多個(gè)。一種功率單元，具有直流端及交流端，其包括至少3個(gè)雙管封裝的絕緣柵雙極型 晶體管、濾波電容以及多個(gè)霍爾電流傳感器。至少3個(gè)雙管封裝的絕緣柵雙極型晶體管并 聯(lián)連接，構(gòu)成三相橋式電路。濾波電容作為功率單元的直流端，與每一個(gè)雙管封裝的絕緣柵 雙極型晶體管并聯(lián)連接，用于對(duì)三相橋式電路輸出的電信號(hào)進(jìn)行濾波。多個(gè)霍爾電流傳感器用于檢測(cè)流經(jīng)功率單元的電流。上述的功率單元，其中所述三相橋式電路由3個(gè)雙管封裝的絕緣柵雙極型晶體 管構(gòu)成，一個(gè)雙管對(duì)應(yīng)一相；每一相均包括第一絕緣柵雙極型晶體管以及第二絕緣柵雙極 型晶體管；所述第一絕緣柵雙極型晶體管的集電極與濾波電容的正極相連接，所述第二絕 緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極與濾波電容的陰極相連接，所述第一絕緣柵雙極型晶體管的發(fā) 射極與第二絕緣柵雙極型晶體管的集電極連接在一起并穿過(guò)霍爾電流傳感器。上述的功率單元，其中所述三相橋式電路由6個(gè)雙管封裝的絕緣柵雙極型晶體 管構(gòu)成，兩個(gè)雙管對(duì)應(yīng)一相；每一相均包括第一絕緣柵雙極型晶體管，第二絕緣柵雙極型晶 體管，第三絕緣柵雙極型晶體管，以及第四絕緣柵雙極型晶體管；所述第一絕緣柵雙極型 晶體管的集電極、第三絕緣柵雙極型晶體管的集電極連接在一起并與濾波電容的正極相連 接；所述第二絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極、第四絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極連接在一 起并與濾波電容的負(fù)極相連接；所述第一絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極、第二絕緣柵雙極 型晶體管的集電極、第三絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極、第四絕緣柵雙極型晶體管集電極 相連接在一起并穿過(guò)霍爾電流傳感器。本發(fā)明的大功率四象限變頻器，可根據(jù)系統(tǒng)功率的不同，靈活配置功率單元，方便 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)或降額運(yùn)行；同時(shí)，可靠性高當(dāng)一個(gè)功率單元出故障時(shí)，雖與其并聯(lián) 的功率單元電流有所增加，但每個(gè)功率單元的電流仍然保持平衡；此外，由于系統(tǒng)功率的大 小只與功率單元數(shù)的配置相關(guān)，其系統(tǒng)的器件或部件重復(fù)利用率高，可有效減少維護(hù)配件 庫(kù)存用成本，維護(hù)更方便，不同功率系統(tǒng)只需重新設(shè)計(jì)輸入電抗器部分的參數(shù)(如電感量、 額定電流、外形尺寸等)，開(kāi)發(fā)周期短、成本低。而本發(fā)明的功率單元，可靈活配置在電子電 力系統(tǒng)中，維護(hù)方便，通過(guò)采用三相橋式電路的結(jié)構(gòu)，可靠性高，成本低。


為了易于說(shuō)明，本發(fā)明由下述的較佳實(shí)施例及附圖作以詳細(xì)描述。圖1為一種傳統(tǒng)大功率四象限變頻器的電路圖；圖2a為另一種傳統(tǒng)大功率四象限變頻器的電路圖；圖2b為圖2a中功率單元的電路圖；圖3a為本發(fā)明第一實(shí)施方式的大功率四象限變頻器的電路圖；圖3b為圖3a第一實(shí)施方式的功率單元的電路圖；圖3c為圖3a第二實(shí)施方式的功率單元的電路4為本發(fā)明第二實(shí)施方式的大功率四象限變頻器的部分電路圖。
具體實(shí)施例方式圖3a所示為本發(fā)明第一實(shí)施方式的大功率四象限變頻器的電路圖，同時(shí)參閱圖 3b，為圖3a第一實(shí)施方式的功率單元的電路圖。該大功率四象限變頻器連接于供電電源 (圖中未示出)與電機(jī)M之間，其包括整流電路31、逆變電路32以及控制電路33。其中，整 流電路31具有三相交流電輸入端，與供電電源連接，用于把接收到的交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流 信號(hào)。逆變電路32具有三相交流電輸出端，通過(guò)兩根直流母線與整流電路31相連接，用于 將直流信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)的交流信號(hào)?？刂齐娐?3分別和整流電路31與逆變電路32相連，用于控制整流電路31以及逆變電路32的輸出。本發(fā)明實(shí)施方式中，整流電路31或者逆變電路32均包括多個(gè)并聯(lián)連接的功率單 元PU1、PU2、PU3、PU4、PU5、PU6、PU7、PU8，每一個(gè)功率單元均具有直流端及交流端，且，結(jié) 構(gòu)均相同。每一個(gè)功率單元的交流端還串聯(lián)連接有交流電抗器L3，用于平衡流經(jīng)功率單元 PU1、PU2、PU3、PU4、PU5、PU6、PU7、PU8每一相的電流。換句話(huà)說(shuō)，交流電抗器L3的數(shù)量與 功率單元的數(shù)量相同。本發(fā)明實(shí)施方式中，交流電抗器L3由3個(gè)單一的電感所組成，通過(guò) 電感間的互感原理，平衡流經(jīng)每一相的電流。當(dāng)功率單元作為整流電路31時(shí)，其交流端作為輸入，其直流端作為輸出；反之，當(dāng) 功率單元作為逆變電路32時(shí)，其交流端作為輸出，而直流端作為輸入。因此，本發(fā)明的大功 率四象限變頻器，整流電路31中的功率單元與逆變電路32中的功率單元是反向并聯(lián)連接， 實(shí)現(xiàn)交流到直流，直流再到交流的過(guò)程。本發(fā)明實(shí)施方式中，整流電路31與逆變電路32的結(jié)構(gòu)相同。詳細(xì)說(shuō)，整流電路31 由4個(gè)功率單元PU1、PU2、PU3、PU4并聯(lián)連接而成，每一個(gè)功率單元的交流端都串聯(lián)交流電 抗器L3，共有4個(gè)交流電抗器L3。而逆變電路32也是由4個(gè)功率單元PU5、PU6、PU7、PU8 并聯(lián)而成，每一個(gè)功率單元的交流端同樣串聯(lián)交流電抗器L3，共有4個(gè)交流電抗器L3。因 此，在本發(fā)明的大功率四象限變頻器中，一個(gè)功率單元出故障時(shí)，雖與其并聯(lián)的功率單元電 流有所增加，但每個(gè)功率單元的電流仍然保持平衡，整流電路31與逆變電路32仍能實(shí)現(xiàn)交 流到直流，直流再到交流的過(guò)程，進(jìn)而使整個(gè)變頻器仍能正常工作，可靠性高。因此，本發(fā)明的大功率四象限變頻器可根據(jù)所需功率的不同，靈活配置功率單元， 實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)或降額運(yùn)行需冗余時(shí)，只需增加整流電路31或者逆變電路32里 配置的功率單元的數(shù)量，例如在本實(shí)施方式中，整流電路31、逆變電路32分別為4個(gè)功率 單元的基礎(chǔ)上增加到5個(gè)或6個(gè)等，即可方便的實(shí)現(xiàn)冗余設(shè)計(jì)；反之，需降額時(shí)，只需減少整 流電路31或者逆變電路32里配置的功率單元的數(shù)量即可，如整流電路31、逆變電路32分 別為4個(gè)功率單元的基礎(chǔ)上減少到3個(gè)或2個(gè)等。在本發(fā)明的其它實(shí)施方式中，整流電路31與逆變電路32的結(jié)構(gòu)也可以不同。而 整流電路31與逆變電路32中所配置的功率單元的數(shù)量也可以不同。又，供電電源與整流電路31之間還連接有輸入電抗器34，用于減小大功率四象限 變頻器對(duì)電網(wǎng)的沖擊。由于變頻器功率的大小只與功率單元數(shù)的配置相關(guān)，因此，器件或部 件重復(fù)利用率高，可有效減少維護(hù)配件庫(kù)存用成本，維護(hù)更方便，而不同功率系統(tǒng)只需重新 設(shè)計(jì)輸入電抗器部分的參數(shù)(如電感量、額定電流、外形尺寸等)，開(kāi)發(fā)周期短、成本低?？刂齐娐?3包括分離設(shè)置的整流電路控制板331以及逆變電路控制板332，分別 對(duì)整流電路31或者逆變電路32的工作狀態(tài)進(jìn)行控制。每一個(gè)控制板上設(shè)置有多個(gè)驅(qū)動(dòng)接 口，具體實(shí)施方式
為4個(gè)驅(qū)動(dòng)接口，每一個(gè)驅(qū)動(dòng)接口驅(qū)動(dòng)一個(gè)功率單元。本發(fā)明實(shí)施方式 中，整流電路控制板331、逆變電路控制板332分別設(shè)置4個(gè)驅(qū)動(dòng)接口，每一個(gè)驅(qū)動(dòng)接口驅(qū)動(dòng) 一個(gè)功率單元 PU1、PU2、PU3、PU4、PU5、PU6、PU7、PU8。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，還可以再設(shè)置一塊具有多個(gè)驅(qū)動(dòng)接口的轉(zhuǎn)接板(圖中未 示出)，通過(guò)把控制板的其中一個(gè)驅(qū)動(dòng)接口與轉(zhuǎn)接板的驅(qū)動(dòng)接口相連接，實(shí)現(xiàn)控制板中一個(gè) 驅(qū)動(dòng)接口驅(qū)動(dòng)多個(gè)功率單元。當(dāng)然，也可以只設(shè)置一個(gè)控制板，同時(shí)控制整流電路31以及 逆變電路32的輸出。
參閱圖3b，為圖3a第一實(shí)施方式的功率單元的電路圖。該功率單元具有直流端及 交流端，其包括3個(gè)雙管封裝的絕緣柵雙極型晶體管，兩個(gè)濾波電容C31、C32，多個(gè)霍爾電流 傳感器HL31、HL32、HL33。其中，3個(gè)雙管封裝的絕緣柵雙極型晶體管并聯(lián)連接，構(gòu)成三相橋式 電路。兩個(gè)濾波電容C31、C32串聯(lián)連接后與每一個(gè)雙管封裝的絕緣柵雙極型晶體管并聯(lián)連 接，作為功率單元的直流端，用于對(duì)三相橋式電路輸出的電信號(hào)進(jìn)行濾波?；魻栯娏鱾鞲衅?HL31、HL32、HL33用于檢測(cè)流經(jīng)功率單元的電流。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，也可以?xún)H采用一個(gè)容量較大的電容或者用兩個(gè)以上的電 容來(lái)實(shí)現(xiàn)濾波。詳細(xì)說(shuō)，6個(gè)絕緣柵雙極型晶體管IGBT3n(n = 1，2，3，…，6)構(gòu)成三相橋式電路，一 個(gè)雙管對(duì)應(yīng)一相。每一相均包括第一絕緣柵雙極型晶體管IGBT31、IGBT33、IGBT35以及第二 絕緣柵雙極型晶體管IGBT32、IGBT34、IGBT36。第一絕緣柵雙極型晶體管IGBT31、IGBT33、IGBT35 的集電極與濾波電容C31的正極相連接。第二絕緣柵雙極型晶體管IGBT32、IGBT34、IGBT36的 發(fā)射極與濾波電容c32的陰極相連接。第一絕緣柵雙極型晶體管IGBT31、IGBT33、IGBT35的發(fā) 射極與第二絕緣柵雙極型晶體管IGBT32、IGBT34、IGBT36的集電極連接在一起并穿過(guò)霍爾電 流傳感器 HL31、HL32、HL33。本發(fā)明實(shí)施方式中，功率單元作為整流電路或者逆變電路，可單獨(dú)使用。例如，應(yīng) 用在冶金行業(yè)的大系統(tǒng)中。當(dāng)功率單元作為整流電路時(shí)，其交流端作為輸入，其直流端作為輸出；反之，當(dāng)功 率單元作為逆變電路時(shí)，其交流端作為輸出，而直流端作為輸入。因此，本發(fā)明的大功率四 象限變頻器(參閱圖3a)，整流電路31中的功率單元與逆變電路32中的功率單元是反向并 聯(lián)連接，實(shí)現(xiàn)交流到直流，直流再到交流的過(guò)程。圖3c所示為圖3a第二實(shí)施方式的功率單元的電路圖。該功率單元與圖3b所示的 功率單元的結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別在于，三相橋式電路由6個(gè)雙管封裝的絕緣柵雙極型晶體 管構(gòu)成，兩個(gè)雙管對(duì)應(yīng)一相。每一相均包括第一絕緣柵雙極型晶體管IGBT41、IGBT43、IGBT45， 第二絕緣柵雙極型晶體管IGBT42、IGBT44、IGBT46，第三絕緣柵雙極型晶體管IGBT41，、IGBT43，、 IGBT45’，以及第四絕緣柵雙極型晶體管IGBT42’、IGBT44’、IGBT46’，構(gòu)成H橋。第一絕緣柵 雙極型晶體管IGBT41、IGBT43、IGBT45的集電極、第三絕緣柵雙極型晶體管IGBT41，、IGBT43，、 igbt45’的集電極連接在一起并與濾波電容C41的正極相連接。第二絕緣柵雙極型晶體管 IGBT42、IGBT44、IGBT46的發(fā)射極、第四絕緣柵雙極型晶體管IGBT42’、IGBT44’、IGBT46’的發(fā)射 極連接在一起并與濾波電容c42的負(fù)極相連接。第一絕緣柵雙極型晶體管IGBT41、IGBT43、 IGBT45的發(fā)射極、第二絕緣柵雙極型晶體管IGBT42、IGBT44、IGBT46的集電極、第三絕緣柵雙 極型晶體管IGBT41’、IGBT43’、IGBT45，的發(fā)射極、第四絕緣柵雙極型晶體管IGBT42’、IGBT44’、 IGBT46’集電極相連接在一起并穿過(guò)霍爾電流傳感器HL41、HL42、HL43。換句話(huà)說(shuō)，第一絕緣 柵雙極型晶體管IGBT41、IGBT43、IGBT45的發(fā)射極、第二絕緣柵雙極型晶體管IGBT42、IGBT44、 IGBT46的集電極、第三絕緣柵雙極型晶體管IGBT41 ’、IGBT43’、IGBT45’的發(fā)射極、第四絕緣柵 雙極型晶體管IGBT42’、IGBT44’、IGBT46’集電極的公共節(jié)點(diǎn)穿過(guò)霍爾電流傳感器HL41、HL42、
HL43 o圖4為本發(fā)明第二實(shí)施方式的大功率四象限變頻器的部分電路圖，通常應(yīng)用在冶 金行業(yè)，其包括2個(gè)整流電路41、41’、至少一個(gè)逆變電路(圖中未示出)、至少一個(gè)逆變電路控制板(圖中未示出)、以及2塊整流電路控制板431、431’，從而構(gòu)成完整的四象限變頻 器。其中，2個(gè)整流電路41、41，通過(guò)共用直流母線相互連接，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)，整流電路41、41，的 結(jié)構(gòu)與圖3a所示的相同，這里不再贅述。2塊相同的整流電路控制板431、431’之間通過(guò)同 步PWM、以太網(wǎng)通訊等完成數(shù)據(jù)交換。逆變電路的結(jié)構(gòu)可以與圖3a所示的結(jié)構(gòu)相同，也可以 不同，其數(shù)量可以是1個(gè)，也可以是通過(guò)共用直流母線實(shí)現(xiàn)并聯(lián)的多個(gè)，只要滿(mǎn)足逆變功能 即可。當(dāng)然，在本發(fā)明其它實(shí)施方式中，整流電路以及整流電路控制板的數(shù)量也可以為 兩個(gè)以上。這種系統(tǒng)也可以包括至少一個(gè)整流電路以及至少2個(gè)逆變電路，構(gòu)成完整的四 象限變頻器。其中，逆變電路之間通過(guò)共用直流母線相互連接，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)，而整流電路的結(jié) 構(gòu)可以與圖3a所示的相同，也可以不同。即，整流電路、逆變電路中的至少一個(gè)電路包括多 個(gè)并聯(lián)連接的，前述的功率單元即可。因此，在更高級(jí)的應(yīng)用中，只需通過(guò)共用直流母線就 能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的并聯(lián)，使其的應(yīng)用范圍更為廣泛。本發(fā)明的大功率四象限變頻器，可根據(jù)系統(tǒng)功率的不同，靈活配置功率單元，方便 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)或降額運(yùn)行；同時(shí)，可靠性高當(dāng)一個(gè)功率單元出故障時(shí)，雖與其并聯(lián) 的功率單元電流有所增加，但每個(gè)功率單元的電流仍然保持平衡；此外，由于系統(tǒng)功率的大 小只與功率單元數(shù)的配置相關(guān)，其系統(tǒng)的器件或部件重復(fù)利用率高，可有效減少維護(hù)配件 庫(kù)存用成本，維護(hù)更方便，不同功率系統(tǒng)只需重新設(shè)計(jì)輸入電抗器部分的參數(shù)(如電感量、 額定電流、外形尺寸等)，開(kāi)發(fā)周期短、成本低。以上所述之具體實(shí)施方式
為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，并非以此限定本發(fā)明的具體 實(shí)施范圍，本發(fā)明的范圍包括并不限于本具體實(shí)施方式
。凡依照本發(fā)明之形狀、結(jié)構(gòu)所作的 等效變化均包含本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種大功率四象限變頻器，連接于供電電源與電機(jī)之間，其包括至少一個(gè)整流電路，具有三相交流電輸入端，與供電電源連接，用于把接收到的交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)；至少一個(gè)逆變電路，具有三相交流電輸出端，通過(guò)兩根直流母線與所述整流電路相連接，用于將直流信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)的交流信號(hào)；控制電路，分別和所述整流電路與逆變電路相連，用于控制所述整流電路以及逆變電路的輸出；其特征在于，所述整流電路、逆變電路中的至少一個(gè)電路包括多個(gè)并聯(lián)連接的功率單元，所述功率單元具有直流端及交流端，其包括至少3個(gè)雙管封裝的絕緣柵雙極型晶體管，并聯(lián)連接，構(gòu)成三相橋式電路；濾波電容，作為功率單元的直流端，與每一個(gè)雙管封裝的絕緣柵雙極型晶體管并聯(lián)連接，用于對(duì)三相橋式電路輸出的電信號(hào)進(jìn)行濾波；以及多個(gè)霍爾電流傳感器，用于檢測(cè)流經(jīng)功率單元的電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率四象限變頻器，其特征在于，所述三相橋式電路由3個(gè) 雙管封裝的絕緣柵雙極型晶體管構(gòu)成，一個(gè)雙管對(duì)應(yīng)一相；每一相均包括第一絕緣柵雙極 型晶體管以及第二絕緣柵雙極型晶體管；所述第一絕緣柵雙極型晶體管的集電極與濾波電 容的正極相連接，所述第二絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極與濾波電容的陰極相連接，所述 第一絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極與第二絕緣柵雙極型晶體管的集電極連接在一起并穿 過(guò)霍爾電流傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率四象限變頻器，其特征在于，所述三相橋式電路由6個(gè) 雙管封裝的絕緣柵雙極型晶體管構(gòu)成，兩個(gè)雙管對(duì)應(yīng)一相；每一相均包括第一絕緣柵雙極 型晶體管，第二絕緣柵雙極型晶體管，第三絕緣柵雙極型晶體管，以及第四絕緣柵雙極型晶 體管；所述第一絕緣柵雙極型晶體管的集電極、第三絕緣柵雙極型晶體管的集電極連接在 一起并與濾波電容的正極相連接；所述第二絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極、第四絕緣柵雙 極型晶體管的發(fā)射極連接在一起并與濾波電容的負(fù)極相連接；所述第一絕緣柵雙極型晶體 管的發(fā)射極、第二絕緣柵雙極型晶體管的集電極、第三絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極、第四 絕緣柵雙極型晶體管集電極相連接在一起并穿過(guò)霍爾電流傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的大功率四象限變頻器，其特征在于，所述功率單 元的交流端還串聯(lián)連接有交流電抗器，用于平衡流經(jīng)功率單元每一相的電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的大功率四象限變頻器，其特征在于，所述控制電 路包括分離設(shè)置的整流電路控制板以及逆變電路控制板，每一個(gè)控制板上設(shè)置有多個(gè)驅(qū)動(dòng) 接口，每一個(gè)驅(qū)動(dòng)接口驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)功率單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的大功率四象限變頻器，其特征在于，所述整流電 路與逆變電路的結(jié)構(gòu)相同；所述供電電源與整流電路之間還連接有輸入電抗器，用于減小 所述大功率四象限變頻器對(duì)電網(wǎng)的沖擊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的大功率四象限變頻器，其特征在于，所述整流電 路或逆變電路的數(shù)量為一個(gè)或通過(guò)共用直流母線相互連接的多個(gè)。
8.—種功率單元，具有直流端及交流端，其特征在于，所述功率單元包括至少3個(gè)雙管封裝的絕緣柵雙極型晶體管，并聯(lián)連接，構(gòu)成三相橋式電路；濾波電容，作為功率單元的直流端，與每一個(gè)雙管封裝的絕緣柵雙極型晶體管并聯(lián)連 接，用于對(duì)三相橋式電路輸出的電信號(hào)進(jìn)行濾波；以及多個(gè)霍爾電流傳感器，用于檢測(cè)流經(jīng)功率單元的電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的功率單元，其特征在于，所述三相橋式電路由3個(gè)雙管封裝的 絕緣柵雙極型晶體管構(gòu)成，一個(gè)雙管對(duì)應(yīng)一相；每一相均包括第一絕緣柵雙極型晶體管以 及第二絕緣柵雙極型晶體管；所述第一絕緣柵雙極型晶體管的集電極與濾波電容的正極相 連接，所述第二絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極與濾波電容的陰極相連接，所述第一絕緣柵 雙極型晶體管的發(fā)射極與第二絕緣柵雙極型晶體管的集電極連接在一起并穿過(guò)霍爾電流 傳感器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的功率單元，其特征在于，所述三相橋式電路由6個(gè)雙管封裝 的絕緣柵雙極型晶體管構(gòu)成，兩個(gè)雙管對(duì)應(yīng)一相；每一相均包括第一絕緣柵雙極型晶體管， 第二絕緣柵雙極型晶體管，第三絕緣柵雙極型晶體管，以及第四絕緣柵雙極型晶體管；所 述第一絕緣柵雙極型晶體管的集電極、第三絕緣柵雙極型晶體管的集電極連接在一起并與 濾波電容的正極相連接；所述第二絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極、第四絕緣柵雙極型晶體 管的發(fā)射極連接在一起并與濾波電容的負(fù)極相連接；所述第一絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射 極、第二絕緣柵雙極型晶體管的集電極、第三絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極、第四絕緣柵雙 極型晶體管集電極相連接在一起并穿過(guò)霍爾電流傳感器。
全文摘要
一種大功率四象限變頻器，包括至少一個(gè)整流電路，至少一個(gè)逆變電路及控制電路。整流電路具有三相交流電輸入端，與供電電源連接，用于把接收到的交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)。逆變電路具有三相交流電輸出端，通過(guò)兩根直流母線與整流電路相連接，用于將直流信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)的交流信號(hào)?？刂齐娐贩謩e和整流電路與逆變電路相連，用于控制整流電路及逆變電路的輸出。其中，整流電路、逆變電路中的至少一個(gè)電路包括多個(gè)并聯(lián)連接的功率單元。功率單元包括至少3個(gè)雙管封裝的絕緣柵雙極型晶體管構(gòu)成的三相橋式電路、濾波電容及多個(gè)霍爾電流傳感器。本發(fā)明的變頻器可根據(jù)系統(tǒng)功率的不同，靈活配置功率單元，系統(tǒng)維護(hù)方便、可靠性高、成本低。
文檔編號(hào)H02M5/42GK101877541SQ200910107020
公開(kāi)日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2009年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月29日
發(fā)明者吳建安, 張科孟, 徐鐵柱 申請(qǐng)人:深圳市英威騰電氣股份有限公司