專利名稱：三相電能回饋裝置及交流傳動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及交流傳動系統(tǒng)，尤其涉及一種三相電能回饋裝置以及交流傳動系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在通用變頻器中，幾乎都用二極管整流裝置對三相交流電進(jìn)行整流，從而為直流母線提供直流電壓。這樣的變頻器沒有回饋的功能，電機(jī)再生制動產(chǎn)生的電能只能用電阻消耗掉。要實(shí)現(xiàn)通用變頻器的回饋功能，簡單而且節(jié)省成本的方法就是直接在直流母線和三相電網(wǎng)之間并聯(lián)一套三相電能回饋裝置。這時，三相電能回饋裝置就和二極管整流裝置直接并聯(lián)在一起，如圖1所示。此時三相電能回饋裝置作為一個獨(dú)立、外掛式的三相電能回饋裝置，當(dāng)電機(jī)處在制動或負(fù)載倒拖時，電機(jī)將處于發(fā)電狀態(tài)，給直流母線電容充電，直流母線電壓上升。當(dāng)電壓上升到一定值時，例如620伏或751伏或1077伏(其中，380伏交流電網(wǎng)對應(yīng)620伏，460伏交流電網(wǎng)對應(yīng)751伏，660伏交流電網(wǎng)對應(yīng)1077伏)，三相電能回饋裝置開始工作，將直流母線電容上的電能及時回饋到電網(wǎng)，使直流母線電壓維持在一個安全的范圍。當(dāng)電機(jī)制動結(jié)束或不再處于倒拖狀態(tài)，電機(jī)進(jìn)入電動狀態(tài)時，直流母線電壓開始下降。當(dāng)電壓下降到設(shè)定值時，假設(shè)為615伏或745伏或1070伏，三相電能回饋裝置則停止工作。三相電能回饋裝置一直重復(fù)回饋一停止一回饋……這樣的過程。三相電能回饋裝置這種回饋一停止一回饋……重復(fù)過程，表面上看很完美，徹底改變通用變頻器電能不能回饋的缺點(diǎn)。之所以說表面上看很完美，是因?yàn)閺谋砻嫔峡纯梢院苤庇^的認(rèn)為:當(dāng)直流母線電壓升高到一定值，如620伏或751伏或1077伏時，會理所當(dāng)然地認(rèn)為二極管整流裝置處在截止的狀態(tài)，再生電能會從三相電能回饋裝置饋送至電網(wǎng)。但事實(shí)上并非如此，兩者并聯(lián)應(yīng)·用會產(chǎn)生以下的環(huán)流問題。三相電能回饋裝置和二極管整流裝置并聯(lián)使用遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有表面上看起來那么簡單。如果不并聯(lián)電能回饋裝置，當(dāng)直流母線電壓高于620伏或751伏或1077伏時，二極管整流裝置肯定處在截止?fàn)顟B(tài)；但是當(dāng)兩者并聯(lián)應(yīng)用時，就會組成一種新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示，直流母線電壓高于620伏或751伏或1077伏時，三相電能回饋裝置進(jìn)入工作狀態(tài)，六個IGBT或MOSFET就會進(jìn)入開關(guān)調(diào)制狀態(tài)，受上橋IGBT (Insulated Gate BipolarTransistor,絕緣柵雙極型晶體管)或 MOSFET(Metal-Oxide_Semiconductor Field-EffectTransistor,金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)開通關(guān)斷狀態(tài)的影響，由公式(4)和(5)可知:Fvo=-^(Sa+Sb+SJ 公式(4)
[Vd^ 二 Em ηθ-Vno]mN°公式(5)N點(diǎn)為直流母線的負(fù)端，O點(diǎn)為三相電網(wǎng)的中性點(diǎn)，Sa, Sb, S。分別為三相功率開關(guān)器件上橋開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)，Vd2表示二極管整流裝置12的U相下橋二極管兩端反向壓降，Vdl表示二極管整流裝置12的U相上橋二極管兩端反向壓降，Em為電網(wǎng)相電壓的幅值，可以為380伏交流系統(tǒng)、460伏交流系統(tǒng)或者660伏交流系統(tǒng)。這種脈沖式的環(huán)流是回饋裝置IGBT或MOSFET脈寬導(dǎo)通致使二極管導(dǎo)通造成的，回饋裝置六個IGBT或MOSFET進(jìn)入開關(guān)調(diào)制狀態(tài)，受上橋IGBT或MOSFET開通關(guān)斷狀態(tài)的影響，由公式(4)和(5)可知，N點(diǎn)相對于O點(diǎn)的電位Vito就會產(chǎn)生浮動變化，電壓Vm屬于一個共模信號作用于二極管整流裝置的上下橋，迫使二極管整流裝置產(chǎn)生脈沖電流，從而產(chǎn)生環(huán)流。上述分析就是三相電能回饋裝置和二極管整流裝置并聯(lián)使用后，如圖1所示，三相電能回饋裝置給二極管整流裝置帶來固有的問題，即電能回饋裝置的IGBT或MOSFET —旦進(jìn)入調(diào)制狀態(tài)，二極管整流裝置就會有脈沖電流通過。這種脈沖電流單靠改變回饋控制算法是根本解決不了的，換句話說就是即使三相電能回饋裝置把回饋電流控制得非常好，電流諧波達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，二極管整流裝置的脈沖電流同樣會存在，不受回饋裝置的控制，而且這種脈沖電流會直接進(jìn)入電網(wǎng)，對電網(wǎng)和周邊電子設(shè)備造成嚴(yán)重污染，同時，二極管整流裝置過大的脈沖電流會引起二極管整流裝置嚴(yán)重發(fā)熱，甚至?xí)p壞二極管整流裝置。而現(xiàn)有技術(shù)中，脈沖電流的抑制控制與回饋電流的控制算法有關(guān)，也即是說，在特定的回饋電流的控制算法下，才能實(shí)現(xiàn)對脈沖電流的抑制控制，這樣使得對脈沖電流的控制沒有普遍適用性。針對上述問題，現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)提出了一些解決方案，例如，在專利號為:200910258290.9，名稱為“應(yīng)用在能量回饋器中的帶阻尼電阻的共模電感電路結(jié)構(gòu)”的專利申請文件中，揭示了在能量回饋器中增加帶阻尼電阻的共模電感，這樣可以減小EMI干擾。雖然從表面上看，通過該項(xiàng)技術(shù)也能夠抑制環(huán)流，但是，該項(xiàng)技術(shù)主要解決的問題不是針對二極管整流裝置的環(huán)流，所以無法兼顧并聯(lián)阻尼電阻后所帶來的額外問題。如果共模電感兩端并聯(lián)阻尼電阻，會帶來兩大壞處，一是阻尼電阻會發(fā)熱，增加功耗，回饋裝置長期運(yùn)行會有過熱故障的可能；二是并聯(lián)阻尼電阻會分流一部分電流(主要是環(huán)流電流分量通過)，使得共模電感對環(huán)流的抑制作用大大削弱。因此，該“應(yīng)用在能量回饋器中的帶阻尼電阻的共模電感電路結(jié)構(gòu)”申請專利無法最大實(shí)現(xiàn)抑制環(huán)流的目的，并且會帶來諸如功耗過大以及過熱故障等額外的問題。`

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，而提出一種三相電能回饋裝置以及交流傳動系統(tǒng)，能夠有效地防止與電能回饋裝置并聯(lián)的二極管整流裝置產(chǎn)生脈沖電流，避免脈沖電流對電網(wǎng)、及其周邊的電子設(shè)備的嚴(yán)重影響，同時，避免脈沖電流對二極管整流裝置的損壞等問題，本實(shí)用新型不再受限于回饋電流的控制算法，并且不會帶來如共模電感并聯(lián)阻尼電阻后所產(chǎn)生的比如功耗過大、發(fā)熱故障等問題，最大程度上實(shí)現(xiàn)了對環(huán)流的抑制。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出一種三相電能回饋裝置，三相電能回饋裝置連接在交流傳動系統(tǒng)中，其包括電能回饋裝置主體，電能回饋裝置主體包括依次串聯(lián)在三相電網(wǎng)以及三相逆變器之間的濾波單元以及功率開關(guān)單元，三相電能回饋裝置還包括共模電感，共模電感和電能回饋裝置主體串聯(lián)在三相電網(wǎng)以及三相逆變器之間。[0014]優(yōu)選地，共模電感串聯(lián)在功率開關(guān)單元以及三相逆變器之間。優(yōu)選地，共模電感為兩相共磁芯結(jié)構(gòu)，各相共模電感串聯(lián)在三相逆變器與功率開關(guān)單元之間。優(yōu)選地，共模電感串聯(lián)在三相電網(wǎng)以及濾波單元之間。優(yōu)選地，共模電感為三相共磁芯結(jié)構(gòu)，各相共模電感串聯(lián)在三相電網(wǎng)與濾波單元之間。優(yōu)選地，共模電感的線圈匝數(shù)、磁芯大小以及載波頻率根據(jù)脈沖電流的大小來進(jìn)
行設(shè)置。優(yōu)選地，脈沖電流與共模電感的共模阻抗的關(guān)系是K1O =公式(I)
iiL其中，Ici為脈沖電流的峰值，K為三相電能回饋裝置和二極管整流裝置組成的系統(tǒng)常數(shù)，&共模電感的阻抗。優(yōu)選地，共模電感的共模阻抗與單匝共模電感的共模阻抗的關(guān)系如下，假設(shè)磁芯不飽和的情況下:Rl=N2^Rli 公式(2)由公式(I)和(2 )可以得知 τ Kh = Nt*R 公式(3)其中，N為共模電感的匝數(shù)，Rli為單匝共模電感的共模阻抗，I。為脈沖電流的峰值，K為回饋裝置和二極管整流裝置組成的系統(tǒng)常數(shù)，在磁芯不飽和的情況下，單匝共模電感的共模阻抗Ru與磁芯大小為正相關(guān)的關(guān)系，磁芯越大，則共模阻抗Ru越大。優(yōu)選地，三相電能回饋裝置適用于采用矢量控制方式和滯環(huán)電流控制方式對回饋電流進(jìn)行控制，抑制交流傳動系統(tǒng)中環(huán)流的產(chǎn)生。本實(shí)用新型還提出一種交流傳動系統(tǒng)，交流傳動系統(tǒng)包括如上的三相電能回饋裝置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果包括:本實(shí)用新型的三相電能回饋裝置以及交流傳動系統(tǒng)，通過在三相電能回饋裝置中設(shè)置濾波單元，能夠使得與三相電能回饋裝置并聯(lián)的二極管整流裝置產(chǎn)生的脈沖電流絕大部分不再流入電網(wǎng)，從而最大程度地減少脈沖電流對電網(wǎng)電路及電網(wǎng)周邊電子設(shè)備的影響，實(shí)現(xiàn)環(huán)流的控制，從而保護(hù)電網(wǎng)及其周邊的電子設(shè)備，同時，保護(hù)二極管整流裝置不被損壞，并且不受限于回饋電流的控制算法，能最大限度發(fā)揮三相回饋電流控制算法自身的優(yōu)勢，另外，不會帶來共模電感并聯(lián)阻尼電阻后存在的電路功耗過大、回饋裝置發(fā)熱故障以及無法最大程度實(shí)現(xiàn)環(huán)流抑制等問題。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的交流傳動系統(tǒng)的電路示意圖。圖2為本實(shí)用新型的交流傳動系統(tǒng)的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。圖3為本實(shí)用新型的交流傳動系統(tǒng)的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。圖4為脈沖電流的峰值10與共模電感的共模阻抗&以及載波頻率f。的關(guān)系的示意圖。其中，附圖標(biāo)記說明如下:交流傳動系統(tǒng)I三相電能回饋裝置11電能回饋裝置主體111 二極管整流裝置12 二極管屯、d2三相逆變器13電機(jī)2負(fù)載3三相電網(wǎng)4濾波單元Z共模電感L。
具體實(shí)施方式
為了進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的原理和結(jié)構(gòu)，現(xiàn)結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。請參閱圖2至圖4，本實(shí)用新型的三相電能回饋裝置11，三相電能回饋裝置11連接在交流傳動系統(tǒng)I中，其包括三相電能回饋裝置主體111以及共模電感L，共模電感L和三相電能回饋裝置主體111串聯(lián)在三相電網(wǎng)4以及三相逆變器之間。三相電能回饋裝置主體111包括依次串聯(lián)在 三相電網(wǎng)4以及三相逆變器之間的濾波單元Z以及功率開關(guān)單元。請參閱圖2，圖2為本實(shí)用新型的交流傳動系統(tǒng)I的第一實(shí)施例的示意圖。共模電感L串聯(lián)在功率開關(guān)單元以及三相逆變器之間。本實(shí)施例中，共模電感L為兩相共磁芯結(jié)構(gòu)，共模電感L連接在三相逆變器13與功率開關(guān)單元之間。請參閱圖3，圖3為本實(shí)用新型的交流傳動系統(tǒng)I的第二實(shí)施例的示意圖。共模電感L串聯(lián)在三相電網(wǎng)4以及濾波單元Z之間。本實(shí)施例中，共模電感L為三相共磁芯結(jié)構(gòu)，共模電感L連接在三相電網(wǎng)4和濾波單元Z之間。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，共模電感L對脈沖電流的抑制能力與載波頻率f。和共模電感L的共模阻抗&有關(guān)。同一共模阻抗&時，載波頻率f。越快，共模電感L對脈沖電流的抑制能力越強(qiáng)，脈沖電流的峰值越??；同一載波頻率f。時，共模阻抗&越大，共模電感L對脈沖電流的抑制能力越強(qiáng)，脈沖電流的峰值越小，三者之間的關(guān)系如下:請參閱圖4，圖4為脈沖電流的峰值10與共模電感的共模阻抗&以及載波頻率f。的關(guān)系的示意圖，用于根據(jù)脈沖電流峰值的大小選擇共模電感和載波頻率。脈沖電流與共模電感L的共模阻抗的關(guān)系是:
權(quán)利要求1.一種三相電能回饋裝置，所述三相電能回饋裝置連接在所述交流傳動系統(tǒng)中，其包括三相電能回饋裝置主體，所述三相電能回饋裝置主體包括依次串聯(lián)在所述三相電網(wǎng)以及三相逆變器之間的濾波單元以及功率開關(guān)單元，其特征在于，所述三相電能回饋裝置還包括共模電感，所述共模電感和三相電能回饋裝置主體串聯(lián)在三相電網(wǎng)以及三相逆變器之間。
2.如權(quán)利要求1所述的三相電能回饋裝置，其特征在于，所述共模電感串聯(lián)在所述功率開關(guān)單元以及三相逆變器之間。
3.如權(quán)利要求2所述的三相電能回饋裝置，其特征在于，所述共模電感為兩相共磁芯結(jié)構(gòu)，各相所述共模電感串聯(lián)在所述三相逆變器與所述功率開關(guān)單元之間。
4.如權(quán)利要求1所述的三相電能回饋裝置，其特征在于，所述共模電感串聯(lián)在所述三相電網(wǎng)以及濾波單元之間。
5.如權(quán)利要求4所述的三相電能回饋裝置，其特征在于，所述共模電感為三相共磁芯結(jié)構(gòu)，各相所述共模電感串聯(lián)在所述三相電網(wǎng)與所述濾波單元之間。
6.如權(quán)利要求1所述的三相電能回饋裝置，其特征在于，所述共模電感的線圈匝數(shù)、磁芯大小以及所述載波頻率根據(jù)所述脈沖電流的大小來進(jìn)行設(shè)置。
7.如權(quán)利要求6所述的三相電能回饋裝置，其特征在于，脈沖電流與共模電感的共模阻抗的關(guān)系是:.K 丄、二 I 公式(I) L 其中，Itl為脈沖電流的峰值，K為三相電能回饋裝置和二極管整流裝置組成的系統(tǒng)常數(shù)，&共模電感的阻抗。
8.如權(quán)利要求7所述的三相電能回饋裝置，其特征在于，共模電感的共模阻抗與單匝共模電感的共模阻抗的關(guān)系如下，假設(shè)磁芯不飽和的情況下: Rl=N2^Rli 公式(2) 由公式(I)和(2)可以得知: 1(1 = N2^R..公式(3) 其中，N為共模電感的匝數(shù)，RuS單匝共模電感的共模阻抗，I。為脈沖電流的峰值，K為回饋裝置和二極管整流裝置組成的系統(tǒng)常數(shù)，在磁芯不飽和的情況下，單匝共模電感的共模阻抗Ru與磁芯大小為正相關(guān)的關(guān)系，磁芯越大，則共模阻抗Ru越大。
9.如權(quán)利要求1所述的三相電能回饋裝置，其特征在于，所述三相電能回饋裝置適用于采用矢量控制方式和滯環(huán)電流控制方式對回饋電流進(jìn)行控制，抑制交流傳動系統(tǒng)中環(huán)流的產(chǎn)生。
10.一種交流傳動系統(tǒng)，其特征在于，所述交流傳動系統(tǒng)包括如權(quán)利要求1至9任意一項(xiàng)所述的三相電能回饋裝置。
專利摘要本實(shí)用新型提出一種三相電能回饋裝置，三相電能回饋裝置連接在交流傳動系統(tǒng)中，其包括三相電能回饋裝置主體，三相電能回饋裝置主體包括依次串聯(lián)在三相電網(wǎng)以及三相逆變器之間的濾波單元以及功率開關(guān)單元，三相電能回饋裝置還包括共模電感，共模電感和三相電能回饋裝置主體串聯(lián)在三相電網(wǎng)以及三相逆變器之間。本實(shí)用新型還提出一種交流傳動系統(tǒng)。本實(shí)用新型能夠使得與三相電能回饋裝置并聯(lián)的二極管整流裝置產(chǎn)生的脈沖電流絕大部分不再流入電網(wǎng)，從而最大程度地減少脈沖電流對電網(wǎng)電路及電網(wǎng)周邊電子設(shè)備的影響，起到保護(hù)電網(wǎng)電路及電網(wǎng)周邊電子設(shè)備的作用，并且不再受脈沖電流控制方法的限制。
文檔編號H02J3/38GK203103988SQ20132014494
公開日2013年7月31日 申請日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
發(fā)明者楊傳海, 周官春 申請人:深圳市合興加能科技有限公司