專利名稱：動態(tài)制動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變頻器領(lǐng)域，特別涉及三電平變頻器或者三電平單元用的動態(tài)制動裝置。
背景技術(shù)：
變頻器驅(qū)動的電機(jī)在減速或者停機(jī)的時(shí)候，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，此時(shí)負(fù)載的動能由電機(jī)轉(zhuǎn)換成電能而倒灌給變頻器，使變頻器的母線電壓升高，造成變頻器出現(xiàn)過壓問題。解決這一問題的方法是設(shè)置制動裝置，利用制動裝置來吸收電機(jī)產(chǎn)生的電能。對于三電平變頻器來說，除母線電壓過壓的問題外，矢量控制的方法，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，變頻器的功率因數(shù)，流過中點(diǎn)電位的電流等因素會造成三電平變頻器的中點(diǎn)電位不平衡，由于現(xiàn)有的制動裝置只是檢測母線電壓，在母線電壓升高到一定值時(shí)進(jìn)行制動，因此其只能夠解決變頻器母線電壓過壓的問題，而無法維持中點(diǎn)電位的平衡。對于三電平變頻器的中點(diǎn)電位不平衡問題，現(xiàn)有技術(shù)中，大多數(shù)的解決方法是通過軟件的控制進(jìn)行解決，其具有控制難度大，實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)電位平衡比較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種動態(tài)制動裝置，不僅能夠防止母線電壓過壓和維持中點(diǎn)電壓的動態(tài)平衡，還具有結(jié)構(gòu)簡單易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:第一技術(shù)方案為一種動態(tài)制動裝置，用于三電平變頻器或者三電平單元，其特征在于，包括，Cl電壓采樣電路(la)，C2電壓采樣電路(lb)、邏輯處理電路(2)、控制電路(3)、制動電路(4)，所述制動電路(4)具有第一開關(guān)管(Q1)，第二開關(guān)管(Q2)，第一二極管(D1)，第二二極管(D2)和制動電阻(Rl )，第一開關(guān)管(Ql)的一端與電源正端DC+連接，第一開關(guān)管(Ql)的另一端與第一二極管(Dl)的陰極相連，第一二極管(Dl)的陽極與第二二極管(D2)的陰極相連并連接在中點(diǎn)電位UO上，第二二極管(D2)的陽極與第二開關(guān)管(Q2)的一端相連，第二開關(guān)管(Q2)的另一端連接在電源負(fù)端DC-上；制動電阻(Rl)的一端連接在第一二極管(Dl)的陰極上，制動電阻(Rl)的另一端連接在第二二極管(D2)的陽極上，所述Cl電壓采樣電路(Ia)和C2電壓采樣電路(Ib)分別對三電平變頻器或者三電平單元中，連接在電源正端DC+與中點(diǎn)電位UO之間，中點(diǎn)電位UO和電源負(fù)端DC-之間的串聯(lián)電容(Cl、C2)兩端的電壓進(jìn)行采樣，所述邏輯處理電路(2)對采樣得到的兩個電壓信號分別將其與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，判定兩個電壓信號的大小，控制電路(3)根據(jù)電壓信號大小的判斷結(jié)果，在電壓信號比基準(zhǔn)電壓大時(shí)，輸出驅(qū)動信號，使與之對應(yīng)的開關(guān)管導(dǎo)通。第二技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案的基礎(chǔ)上構(gòu)成，其特征在于，所述邏輯處理電路
(2)對采樣得到的兩個電壓信號之間的差值大小進(jìn)行判斷，在差值超過規(guī)定值時(shí)，輸出驅(qū)動信號，使電壓大的一側(cè)的開關(guān)管導(dǎo)通。
第三技術(shù)方案是在第二技術(shù)方案的基礎(chǔ)上構(gòu)成，其特征在于，第一開關(guān)管(Q1 )，第二開關(guān)管(Q2)采用絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。第四技術(shù)方案是在第三技術(shù)方案的基礎(chǔ)上構(gòu)成，其特征在于，三電平變頻器或者三電平單元中，連接在電源正端DC+與中點(diǎn)電位UO之間，中點(diǎn)電位UO和電源負(fù)端DC-之間的電容(C1、C2)由多個電容串聯(lián)而成。第五技術(shù)方案是在第四技術(shù)方案的基礎(chǔ)上構(gòu)成,其特征在于,所述Cl電壓米樣電路(la)，C2電壓采樣電路(Ib)采用線性光耦器件對輸出信號進(jìn)行隔離。第六技術(shù)方案是在第I至5中任一項(xiàng)的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上構(gòu)成，其特征在于，控制電路(3)采用線性光耦器件對驅(qū)動信號進(jìn)行隔離。本發(fā)明的有益效果在于:檢測各個串聯(lián)電容兩端的電壓，當(dāng)檢測到某一個串聯(lián)電容兩端的電壓高于預(yù)定值時(shí)，相應(yīng)的開關(guān)管導(dǎo)通，通過制動電阻釋放能量，降低該串聯(lián)電容兩端的電壓，使串聯(lián)電容上的電壓，三電平變頻器的母線電壓或者三電平單元的母線電壓維持在正常水平。既能防止電機(jī)減速或者停機(jī)時(shí)因電機(jī)的再生發(fā)電造成的三電平變頻器或者三電平單元母線電壓過壓問題又能維持中點(diǎn)電位的平衡。


圖1為本發(fā)明制動的原理圖；圖2為動態(tài)制動裝置的總體結(jié)構(gòu)框圖；圖3為實(shí)施例的動態(tài)制動裝置電路圖。
具體實(shí)施例方式三電平變頻器驅(qū)動的電機(jī)在減速時(shí)，負(fù)載的動能通過電機(jī)的再生發(fā)電而被轉(zhuǎn)換成電能，對三電平變頻器或者三電平單元直流側(cè)的串聯(lián)電容進(jìn)行充電，造成變頻器的母線電壓過壓，影響變頻器的正常工作。矢量控制的方法，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，變頻器的功率因數(shù)，流過中點(diǎn)電位的電流等因素還會造成串聯(lián)電容的充放電的不均，影響中點(diǎn)電位的平衡。本發(fā)明的動態(tài)制動裝置用于防止三電平變頻器或者三電平單元母線電壓過壓并維持中點(diǎn)電位的平衡。動態(tài)制動裝置的主要作用:實(shí)現(xiàn)相同串聯(lián)電容之間的電壓動態(tài)平衡以及維持總電容兩端的電壓平衡。動態(tài)制動裝置的主要工作原理:實(shí)時(shí)地檢測電源正端與中點(diǎn)電位之間的電容兩端之間的電壓以及中點(diǎn)電位與電源負(fù)端之間的電容兩端的電壓，當(dāng)檢測到某一個電容兩端的電壓高于預(yù)定值時(shí)，相應(yīng)的開關(guān)管導(dǎo)通，通過制動電阻釋放能量，降低該電容兩端的電壓，使電容上的電壓，三電平變頻器的母線電壓或者三電平單元的母線電壓維持在正常水平。動態(tài)制動裝置的特點(diǎn):既可以維持三電平變頻器或者三電平單元串聯(lián)電容之間電壓的動態(tài)平衡，又可以保持三電平變頻器或者三電平單元的母線電壓不過壓。為電機(jī)減速或者停機(jī)時(shí)因電機(jī)的再生發(fā)電造成的三電平變頻器或者三電平單元母線電壓過壓問題以及中點(diǎn)電位不平衡的問題提供一種有效的解決方案。
下面結(jié)合圖對本發(fā)明的工作原理進(jìn)行說明。圖1是本發(fā)明制動的原理圖，圖中，Rl為制動電阻，Cl、C2為需要控制電壓平衡的單個電容或者相同數(shù)量串聯(lián)的電容組，相當(dāng)于三電平變頻器或者三電平單元中的直流側(cè)(母線)串聯(lián)電容，Ql、Q2為分別對Cl、C2進(jìn)行放電的兩個開關(guān)管，DI，D2為制動回路中的兩個二極管，UO為中點(diǎn)電位。DC+、DC-分別為Cl、C2電容兩端的電源正和電源負(fù)，相當(dāng)于三電平變頻器或者三電平單元的直流母線電源。電容Cl、C2串聯(lián)在一起連接于DC+和DC-之間，電容Cl和C2串聯(lián)點(diǎn)的電位為中點(diǎn)電位UO ;開關(guān)管Q1，二極管D1、D2和開關(guān)管Q2互相串聯(lián)，開關(guān)管Ql的一端連接在DC+上，開關(guān)管Ql的另一端與二極管Dl的陰極相連，二極管Dl的陽極與D2的陰極相連并連接在中點(diǎn)電位UO上，二極管D2的陽極與開關(guān)管Q2的一端相連，Q2的另一端連接在DC-上；制動電阻Rl的一端連接在二極管Dl的陰極上，制動電阻Rl的另一端連接在二極管D2的陽極上。制動電路的不同工作情況:1.開關(guān)管Ql平時(shí)處于關(guān)斷狀態(tài)，電容Cl電壓高于設(shè)定電壓值時(shí)，開關(guān)管Ql導(dǎo)通電流從DC+流經(jīng)開關(guān)管Ql，制動電阻Rl和二極管D2流回電容Cl的UO端，通過制動電阻Rl對電能的消耗，電容Cl上的電壓降低回歸到設(shè)定值范圍內(nèi)。2.開關(guān)管Q2平時(shí)處于關(guān)斷狀態(tài)，電容C2電壓高于設(shè)定電壓值時(shí)，開關(guān)管Q2導(dǎo)通電流從中點(diǎn)電位UO流經(jīng)二極管Dl，制動電阻Rl和開關(guān)管Q2流回電容C2的DC-端，通過制動電阻Rl對電能的消耗，電容C2上的電壓降低回歸到設(shè)定值范圍內(nèi)。3.電容Cl、C2電壓都高于設(shè)定電壓值時(shí)，開關(guān)管Ql和Q2同時(shí)導(dǎo)通，電流從DC+流經(jīng)開關(guān)管Q1，制動電阻Rl和開關(guān)管Q2流回DC-端，通過制動電阻Rl對電能的消耗，電容Cl和C2上的電壓同時(shí)降低回歸到設(shè)定范圍內(nèi)。4.電容Cl、C2電壓都在設(shè)定電壓值內(nèi)時(shí)，開關(guān)管Ql和Q2都關(guān)斷，制動電路處于不工作狀態(tài)，無電流流過制動電阻Rl、二極管Dl、D2、開關(guān)管Ql、Q2。以下對本發(fā)明的動態(tài)制動裝置的具體實(shí)施方式
進(jìn)行說明。動態(tài)制動裝置的結(jié)構(gòu):圖2是動態(tài)制動裝置的總體結(jié)構(gòu)框圖。如圖2所示，動態(tài)制動裝置主要包括四個部分=Cl電壓采樣電路la，C2電壓采樣電路lb，邏輯處理電路2，控制電路3和制動電路4。1.C1電壓采樣電路la、C2電壓采樣電路Ib主要是采集圖1中串聯(lián)連接的電容Cl、電容C2兩端的電壓值并進(jìn)行信號的隔離處理。2.邏輯處理電路2的主要功能是對采樣來的兩個電壓信號與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較以及兩個電壓信號之間的差值進(jìn)行比較，判定電壓信號的大小以及兩個信號之間的差值大小，根據(jù)所得的電壓信號比較結(jié)果經(jīng)過相應(yīng)的邏輯處理給控制電路3—個對應(yīng)的控制信號。3.控制電路3主要包括對圖1中開關(guān)管Q1、Q2進(jìn)行驅(qū)動的驅(qū)動電路和開關(guān)管Q1、Q2的保護(hù)電路，以保證開關(guān)管Ql、Q2的正常導(dǎo)通和關(guān)斷，以及在開關(guān)管Ql、Q2出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)時(shí)對其進(jìn)行保護(hù)。4.制動電路4主要的作用:是對電容Cl、C2進(jìn)行放電，以實(shí)現(xiàn)兩個電容之間的電壓平衡和總電容兩端的電壓平衡，如圖1所示制動電路4主要由開關(guān)管Ql、Q2，二極管Dl、D2和制動電阻Rl構(gòu)成。以下通過實(shí)施例對動態(tài)制動裝置的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。實(shí)施例:圖3是實(shí)施例的動態(tài)制動裝置電路圖。圖中，電容Cl、C2、C4、C5、C6、C7為三電平單元或者三電平變頻器母線的一個串聯(lián)電容組。電容Cl、C2、C4組成的串聯(lián)電容相當(dāng)于圖1中的電容Cl，電容C5、C6、C7組成的串聯(lián)電容相當(dāng)于圖1中的電容C2，R9為制動電阻。IC4，IC7為IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)，相當(dāng)于圖1中的開關(guān)管Ql、Q2，是動態(tài)制動回路里的主要器件。電容C1、C2、C4、C5、C6、C7串聯(lián)在一起連接于DC+和DC-之間，電容C4和C5串聯(lián)點(diǎn)的電位為中點(diǎn)電位UO ;IC4、二極管D2、D3和IC7互相串聯(lián)，IC4的一端連接在DC+上，另一端與二極管D2的陰極相連，二極管D2的陽極與D3的陰極相連并連接在中點(diǎn)電位UO上，二極管D3的陽極與IC7的一端相連，IC7的另一端連接在DC-上；制動電阻R9的一端連接在二極管D2的陰極上，制動電阻R9的另一端連接在二極管D3的陽極上。制動電阻R9，IC4，IC7，二極管D2、D3構(gòu)成制動電路4。圖3中，R1、R10、為采樣電阻，通過電阻分壓的方式分別采集DC+與UO之間(S卩，電容C1、C2、C4兩端)以及UO與DC-之間(S卩，電容C5、C6、C7兩端)電容上的電壓值，假如需要采集的總電壓為U，采集到的電壓信號為U1，對于DC+與UO之間的電壓，則它們的關(guān)系為U1=R1*U/(R1+R6)，可以看出改變電阻Rl、R6的阻值就可以分別進(jìn)行不同電壓信號的采集。為保持對等，電阻Rl和R10，電阻R6和R13采用相同的電阻值。IC2、IC5為線性光耦器件，IC2的2、4引腳接在Rl兩端，IC5的2、4引腳接在RlO兩端，線性光耦器件主要是進(jìn)行信號的隔離傳輸，并將線性光耦兩端的電壓進(jìn)行電氣隔離。同時(shí)線性光耦器件具有高輸入阻抗，低輸出阻抗，信號的失真度比較小，能實(shí)現(xiàn)電壓信號的精確采樣。IC7B，IC3B為比較器，與電阻R2、R4、R7、R8和電阻R11、R12、R14、R17 —起構(gòu)成同相比例放大器，將線性光耦器件輸出的差模信號轉(zhuǎn)換為共模信號并進(jìn)行一些相應(yīng)的信號放大。放大后的信號signall、signal2進(jìn)入邏輯處理電路2,在邏輯處理電路2中，信號SignalU signal2與參考電壓進(jìn)行比較，放大以及邏輯分析，邏輯處理電路2根據(jù)分析結(jié)果，相應(yīng)地輸出兩個PWM驅(qū)動信號Driverl和Driver2，使對應(yīng)的IGBT (IC4、IC7)進(jìn)行導(dǎo)通或者關(guān)斷。ICl和IC6是IGBT的驅(qū)動光耦器件，具有隔離電壓高，瞬間輸出電流大的特點(diǎn)，驅(qū)動光耦器件IC1、IC6的2腳為高電平時(shí)，6、7腳相應(yīng)的輸出高電平，IC1、IC6的2腳分別與驅(qū)動信號Driverl和Driver2相連接，R3、R15是IGBT的驅(qū)動電阻，合適的驅(qū)動電阻能獲得優(yōu)良的IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷特性。D1，D4為IGBT的柵極驅(qū)動信號嵌位二極管，將驅(qū)動信號嵌位在16.7V左右，當(dāng)驅(qū)動信號電壓超過16.7V時(shí)二極管導(dǎo)通，電壓被嵌位在16.7V左右。R5和R16為下拉電阻，確保驅(qū)動信號在不確定狀態(tài)下，IGBT的柵極為低電平，使IGBT處于關(guān)斷狀態(tài)。驅(qū)動信號Driverl為低電平時(shí)IC4關(guān)斷，制動電阻R9上沒有電流流過。驅(qū)動信號Driverl為高電平時(shí)IC4導(dǎo)通，電流從母線正DC+流經(jīng)IC4，制動電阻R9和二極管D3流回電容C4的UO端，實(shí)現(xiàn)了電容Cl、C2、C4組成的串聯(lián)電容上的電壓平衡；驅(qū)動信號Driver2為低電平時(shí)IC7關(guān)斷，制動電阻R9上沒有電流流過。驅(qū)動信號Driver2為高電平時(shí)IC7導(dǎo)通，電流從中點(diǎn)電位UO流經(jīng)二極管D2，制動電阻R9和IC7流回母線負(fù)DC-端，實(shí)現(xiàn)了電容C5、C6、C7組成的串聯(lián)電容上的電壓平衡；驅(qū)動信號Driverl，Driver2為高電平時(shí)，IC4，IC7同時(shí)導(dǎo)通，電流從母線正DC+流經(jīng)IC4，制動電阻R9和IC7流回母線負(fù)DC-端，實(shí)現(xiàn)了電容Cl、C2、C4、C5、C6、C7組成的總串聯(lián)電容上的電壓平衡。由上可知，本發(fā)明的動態(tài)制動裝置，不僅能夠防止三電平變頻器或者三電平單元的母線電壓過壓，同時(shí)還能維持中點(diǎn)電壓的動態(tài)平衡，與通過軟件控制中點(diǎn)電壓的方式相比，具有結(jié)構(gòu)簡單易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭示的技術(shù)范圍內(nèi)，能進(jìn)行各種替換和改變，其都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種動態(tài)制動裝置，用于三電平變頻器或者三電平單元，其特征在于，包括，Cl電壓采樣電路(Ia)，C2電壓采樣電路(Ib )、邏輯處理電路(2 )、控制電路(3 )、制動電路(4)， 所述制動電路(4)具有第一開關(guān)管(Ql)，第二開關(guān)管(Q2)，第一二極管(Dl)，第二二極管(D2)和制動電阻(R1)，第一開關(guān)管(Ql)的一端與電源正端DC+連接，第一開關(guān)管(Ql)的另一端與第一二極管(Dl)的陰極相連，第一二極管(Dl)的陽極與第二二極管(D2)的陰極相連并連接在中點(diǎn)電位UO上，第二二極管(D2)的陽極與第二開關(guān)管(Q2)的一端相連，第二開關(guān)管(Q2)的另一端連接在電源負(fù)端DC-上；制動電阻(Rl)的一端連接在第一二極管(Dl)的陰極上，制動電阻(Rl)的另一端連接在第二二極管(D2)的陽極上， 所述Cl電壓采樣電路(Ia)和C2電壓采樣電路(Ib)分別對三電平變頻器或者三電平單元中，連接在電源正端DC+與中點(diǎn)電位UO之間，中點(diǎn)電位UO和電源負(fù)端DC-之間的串聯(lián)電容(Cl、C2)兩端的電壓進(jìn)行采樣，所述邏輯處理電路(2)對采樣得到的兩個電壓信號分另Ij將其與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，判定兩個電壓信號的大小，控制電路(3)根據(jù)電壓信號大小的判斷結(jié)果，在電壓信號比基準(zhǔn)電壓大時(shí)，輸出驅(qū)動信號，使與之對應(yīng)的開關(guān)管導(dǎo)通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)制動裝置，其特征在于，所述邏輯處理電路(2)對采樣得到的兩個電壓信號之間的差值大小進(jìn)行判斷，在差值超過規(guī)定值時(shí)，輸出驅(qū)動信號，使電壓大的一側(cè)的開關(guān)管導(dǎo)通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動態(tài)制動裝置，其特征在于，第一開關(guān)管(Q1)，第二開關(guān)管(Q2)采用絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中任一項(xiàng)所述的動態(tài)制動裝置，其特征在于，三電平變頻器或者三電平單元中，連接在電源正端DC+與中點(diǎn)電位UO之間，中點(diǎn)電位UO和電源負(fù)端DC-之間的電容(C1、C2)由多個電容串聯(lián)而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的動態(tài)制動裝置，其特征在于，所述Cl電壓采樣電路(la)，C2電壓采樣電路(Ib)采用線性光耦器件對輸出信號進(jìn)行隔離。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的動態(tài)制動裝置，其特征在于，控制電路(3)采用線性光耦器件對驅(qū)動信號進(jìn)行隔離。
全文摘要
本發(fā)明提供一種動態(tài)制動裝置，其制動電路(4)具有第一開關(guān)管Q1，第二開關(guān)管Q2，第一二極管D1，第二二極管D2和制動電阻R1，第一開關(guān)管Q1的一端與電源正端DC+連接，另一端與第一二極管D1的陰極相連，第一二極管D1的陽極與第二二極管D2的陰極相連并連接在中點(diǎn)電位U0上，第二二極管D2的陽極與第二開關(guān)管Q2的一端相連，Q2的另一端連接在電源負(fù)端DC-上；制動電阻R1的一端連接在第一二極管D1的陰極上，R1的另一端連接在第二二極管D2的陽極上。分別對串聯(lián)電容C1、C2兩端的電壓進(jìn)行采樣，在電壓大于設(shè)定值時(shí)，使相應(yīng)的開關(guān)管導(dǎo)通，通過制動電阻R1放電。因此不僅能維持串聯(lián)電容C1、C2兩端電壓的平衡，還能維持串聯(lián)電容C1、C2之間的電壓平衡。
文檔編號H02M1/32GK103208910SQ201310157770
公開日2013年7月17日 申請日期2013年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月2日
發(fā)明者魯鋒龍 申請人:北京合康億盛變頻科技股份有限公司