專利名稱：多功能電能變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電氣傳輸領(lǐng)域中的電氣傳輸裝置。
背景技術(shù)：
電能普遍應(yīng)用在各種場合，隨著科技的日益發(fā)展，人們?yōu)楹侠砝秒娋W(wǎng)電能，滿足各種用電設(shè)施的不同需要開發(fā)出了各種各樣的電能傳輸裝置，如改變電壓的變壓器，實(shí)現(xiàn)交-直流變換的逆變器，改變輸出頻率的變頻器，以及各種保護(hù)電網(wǎng)電源不受污染的有源無功補(bǔ)償器，能量回饋裝置等。這些電能傳輸裝置的共同缺點(diǎn)是功能單一，性能也不能完全達(dá)到較為理想的工作狀態(tài)，如變壓器的變壓能力與自身的耗材成本、高溫絕緣之間的矛盾；逆變器的高壓傳遞與自身的低壓功率開關(guān)之間的矛盾和在高頻狀態(tài)下工作時產(chǎn)生的共模電壓對電機(jī)的危害以及傳至電網(wǎng)電源造成污染。為克服這些性能上的缺陷，現(xiàn)有的做法大都是采用對應(yīng)的措施來解決這些在使用中出現(xiàn)的弊病，如前面所提及的逆變器，該逆變器主要由整流部分、濾波部分、逆變部分構(gòu)成，這種逆變器工作時產(chǎn)生高頻和低頻兩種信號，它的電壓波形為脈寬調(diào)制波，電壓波形嚴(yán)重失真，諧波含量高，在工作時產(chǎn)生的高頻信號會形成一個共模電壓進(jìn)入電機(jī)，從而導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱，損耗高，出力下降，噪聲大，對電機(jī)危害大；此外，該共模電壓還會由電機(jī)經(jīng)大地傳至電網(wǎng)電源，造成污染。為克服共模電壓引起的這些缺陷，現(xiàn)有的一種做法是采用一個變壓器來抑制和隔離共模電壓，在隔離的同時也降低加于逆變部分的電壓以保證構(gòu)成逆變部分的低耐壓功率開關(guān)正常工作。這種做法的缺點(diǎn)是導(dǎo)致逆變器體積龐大，重量重，成本高，且僅能作為逆變器使用。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)越，既可為電機(jī)之類的用電器提供所要求的優(yōu)質(zhì)電能，又可作為保護(hù)電網(wǎng)電源不受污染的電網(wǎng)電源保護(hù)器使用的多功能電能變換器。
本實(shí)用新型的目的是通過抑制共模電壓的輸出、將脈寬調(diào)制波還原成正弦波電壓輸出這一技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。本多功能電能變換器的具體構(gòu)成包括整流電路、與整流電路相接的濾波電路、與濾波電路相接的逆變電路、分別串接在逆變電路輸出線U、V、W上的差模電壓抑制電抗器LS1、LS2、LS3和濾波電容組，該濾波電容組由分別串接在U、V、W輸出線上的電容C3、C4、C5構(gòu)成，電容C3、C4、C5的另一端并接構(gòu)成一中點(diǎn)N，本實(shí)用新型的特征是在所述的差模電壓抑制電抗器和濾波電容組之間的逆變電路輸出線U、V、W上設(shè)有一閉合磁環(huán)，該閉合磁環(huán)以輸出線U、V、W同時并繞在閉合磁環(huán)上的方式設(shè)置。試驗(yàn)證明，該閉合磁環(huán)對高頻信號有極大的阻擋作用，因此使電抗器和逆變電路中的各功率開關(guān)上流過的高頻電流大大降低，從根本上抑制了共模電壓的輸出，從而也保證了電感器不會過熱、各功率開關(guān)不會過壓而正常工作。利用電感器的儲能功能和濾波電容組對高頻分量的低阻抗而將高頻分量短路的作用，使輸出電壓波形為完整的正弦波形。從而使電機(jī)工作狀況大為改善。同時也避免了共模電壓傳至電網(wǎng)造成污染的情況發(fā)生。此時，將本逆變器的輸出線W、U、V與電網(wǎng)電源相接，本電能變換器即可作為“有源無功補(bǔ)償器”、“能量回饋裝置”，“PWM整流器”，“有源濾波器”使用，實(shí)現(xiàn)多功能。
在上述結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，將濾波電容組的中點(diǎn)N與逆變器濾波電路的直流電源的中點(diǎn)A相接且共接于地線端。利用電容的容抗遠(yuǎn)小于電機(jī)的漏電容的容抗這一特性，將零序電流通路接至濾波電路的直流電源的中點(diǎn)A，由濾波電路中的電容所旁路吸收，從而避免了倍壓整流現(xiàn)象。這種結(jié)構(gòu)特別適用于各類交流電機(jī)。
與前述現(xiàn)有同類產(chǎn)品相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是利用閉合磁環(huán)來隔離了高頻信號，大大降低了共模電壓的輸出，改善了電壓輸出波形，除可進(jìn)一步改進(jìn)電機(jī)的工況、延長電機(jī)工作壽命外，還可廣泛用于各種要求工作在標(biāo)準(zhǔn)正弦波電壓波形的各種用電器。如船舶動力電源、電力機(jī)車動力電源等。從結(jié)構(gòu)上講，省略了變壓器，使結(jié)構(gòu)極為簡單，成本大幅降低，體積和體重都大大減小。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作更進(jìn)一步的說明，但本實(shí)用新型的內(nèi)容不僅限于實(shí)施例中所涉及的內(nèi)容。


圖1是本實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)圖圖2是本實(shí)用新型的等效電路原理示意圖圖3是原有的逆變電源的等效電路原理示意圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，本多功能電能變換器的具體構(gòu)成包括整流電路、與整流電路相接的濾波電路、與濾波電路相接的逆變電路、分別串接在逆變電路輸出線U、V、W上的差模電壓抑制電抗器LS1、LS2、LS3和濾波電容組，該濾波電容組由分別串接在U、V、W輸出線上的電容C3、C4、C5構(gòu)成，電容C3、C4、C5的另一端并接構(gòu)成一中點(diǎn)N，在所述的差模電壓抑制電抗器LS1、LS2、LS3和濾波電容組C3、C4、C5之間的逆變電路輸出線U、V、W上設(shè)有一閉合磁環(huán)LF，該閉合磁環(huán)以輸出線U、V、W同時并繞在閉合磁環(huán)上的方式設(shè)置。即將三根輸出線U、V、W并纏在一起后再纏繞在閉合磁環(huán)上。其中構(gòu)成本多功能電能變換器的整流電路，濾波電路，逆變電路，電感器LS和濾波電容組的構(gòu)成以及各部分之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系均可沿用中國四川“成都佳靈電氣制造有限公司”生產(chǎn)的變頻器的結(jié)構(gòu)形式。將濾波電容C3、C4、C5的中點(diǎn)N與濾波電路的直流電源的中點(diǎn)A分別接地也可起到同一效果。這種接法實(shí)質(zhì)上也屬同一結(jié)構(gòu)。圖2給出的是本實(shí)用新型的等效電路原理示意圖。其中R2為N、A兩點(diǎn)間的等效電阻，R1為電機(jī)DJ的等效阻抗，i為共模電流，R2接地，因?yàn)镽2＜＜R1，可認(rèn)為該共模電流i短路而不流入電機(jī)線圈，從而達(dá)到消除或抑制共模電壓的目的。換句話說，由于電容C3、C4、C5的容抗遠(yuǎn)小于電機(jī)線圈對地的等效阻抗，因而共模電流通過電容C3、C4、C5直接反饋到變頻器的直流母線中而不會進(jìn)入電機(jī)線圈。而現(xiàn)有逆變電源的共模電壓引起的共模沖擊電流i(參見圖3)則流經(jīng)了電機(jī)線圈的等效電阻R1、等效電感L1到接地線，由接地線返回到輸入電源B的接地線再返回到逆變電源VF。
權(quán)利要求1.多功能電能變換器，包括整流電路、與整流電路相接的濾波電路、與濾波電路相接的逆變電路、分別串接在逆變電路輸出線U、V、W上的差模電壓抑制電抗器LS1、LS2、LS3和濾波電容組，該濾波電容組由分別串接在U、V、W輸出線上的電容C3、C4、C5構(gòu)成，電容C3、C4、C5的另一端并接構(gòu)成一中點(diǎn)N，其特征是在所述的差模電壓抑制電抗器和濾波電容組之間的逆變電路輸出線U、V、W上設(shè)有一閉合磁環(huán)，該閉合磁環(huán)以輸出線U、V、W同時并繞在閉合磁環(huán)上的方式設(shè)置。
2.如權(quán)利要求1所述的多功能電能變換器，其特征是所述的濾波電容組的中點(diǎn)N與逆變器濾波電路的直流電源的中點(diǎn)A相接且共接于地線端。
專利摘要多功能電能變換器，涉及電力傳輸領(lǐng)域。其構(gòu)成包括整流電路、與整流電路相接的濾波電路、與濾波電路相接的逆變電路、分別串接在逆變電路輸出線U、V、W上的差模電壓抑制電抗器LS
文檔編號H02M1/14GK2539346SQ0222224
公開日2003年3月5日 申請日期2002年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月15日
發(fā)明者吳加林 申請人:吳加林