專利名稱：一種能量回饋一體機(jī)變頻器的拓?fù)渲麟娐芳翱刂葡到y(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型公開一種變頻器的拓?fù)渲麟娐芳翱刂葡到y(tǒng)，特別是一種能量回饋一體機(jī)變頻器的拓?fù)渲麟娐芳翱刂葡到y(tǒng)，屬于電力電子領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著國家的節(jié)能減排政策深入推動(dòng)，電機(jī)作為大耗電設(shè)備，采用變頻調(diào)速的比例越來越高。傳統(tǒng)的通用變頻器使用的是二極管進(jìn)行整流，主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)請參看附圖1， 由于二極管整流時(shí)不能自由控制二極管的通斷，因此傳統(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，這樣就使得很多周期性工作的位能性負(fù)載(如電梯、抽油機(jī)等)，或在電機(jī)減速過程中產(chǎn)生的慣性能量，只能采用能耗制動(dòng)(主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)請參看附圖2)的方式來消耗電機(jī)的再生能量，而不能使這部分能量得到有效利用，造成能量的浪費(fèi)。 還有一種形式，即外加能量回饋裝置的方式來解決再生能量問題，如果采用外加能量回饋裝置(主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)請參看附圖3)的辦法來解決再生能量問題，但整個(gè)電路構(gòu)成就會(huì)有兩套整流橋，器件的性能不能得到充分發(fā)揮，而且不能與變頻器形成統(tǒng)一結(jié)合，無形中也增加了整個(gè)系統(tǒng)的成本和安裝空間。現(xiàn)有技術(shù)中還有一種更高端的產(chǎn)品即是采用PWM整流/回饋形變頻器，其雖能實(shí)現(xiàn)完美的能量回饋功能，但其存在著系統(tǒng)造價(jià)成本高等不足，目前只能應(yīng)用于要求高性能， 但對成本沒有太多要求的高端行業(yè)，而在要求低成本的通用變頻器行業(yè)還缺乏競爭力。
發(fā)明內(nèi)容針對上述提到的現(xiàn)有技術(shù)中的通用變頻器不能進(jìn)行能量回饋或外加能量回饋裝置造成整個(gè)系統(tǒng)成本高、增加安裝空間等缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供一種新的能量回饋一體機(jī)變頻器的拓?fù)渲麟娐芳翱刂葡到y(tǒng)，其采用IGBT作為整流器件將三相交流電轉(zhuǎn)換成直流電給負(fù)載供電，當(dāng)負(fù)載進(jìn)行能量回饋時(shí)，IGBT工作，負(fù)載能量通過IGBT回饋給電網(wǎng)。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是一種能量回饋一體機(jī)變頻器的拓?fù)渲麟娐?，拓?fù)渲麟娐钒ㄕ鞑糠趾湍孀儾糠?，整流部分將三相交流電轉(zhuǎn)換成直流電傳輸給逆變部分，所述的整流部分采用IGBT構(gòu)成三相整流橋，當(dāng)母線電壓低于閥值時(shí)，交流電通過IGBT內(nèi)部的二極管進(jìn)行整流，將直流電傳輸給逆變部分；當(dāng)母線電壓高于閥值時(shí)， 整流部分的IGBT動(dòng)作，負(fù)載能量通過IGBT回饋給電網(wǎng)。一種能量回饋一體機(jī)變頻器的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括控制模塊、母線電壓檢測模塊和上述的能量回饋一體機(jī)變頻器的拓?fù)渲麟娐?，母線電壓檢測模塊用于檢測母線電壓；控制模塊用于接收母線電壓檢測模塊的檢測信號，并與預(yù)先設(shè)置的閥值進(jìn)行比較，當(dāng)母線電壓檢測模塊的檢測信號低于閥值時(shí)，控制模塊控制拓?fù)渲麟娐分姓鞑糠值腎GBT 不動(dòng)作，交流電通過IGBT內(nèi)部的二極管進(jìn)行整流，給負(fù)載供電；當(dāng)母線電壓檢測模塊的檢測信號高于閥值時(shí)，控制模塊控制拓?fù)渲麟娐分姓鞑糠值腎GBT動(dòng)作，負(fù)載能量通過IGBT 回饋給電網(wǎng)。[0007]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案進(jìn)一步還包括所述的整流部分前級串接有交流電抗器Li。所述的整流部分和逆變部分之間串聯(lián)有上電緩沖電路。所述的上電緩沖電路包括接觸器Kl和限流電阻R1，限流電阻Rl和接觸器Kl并聯(lián)連接。 所述的整流部分前級串聯(lián)有上電緩沖電路。所述的上電緩沖電路包括三相交流接觸器K1、限流電阻Rl和限流電阻R2，限流電阻Rl和限流電阻R2分別與三相交流接觸器Kl中的兩項(xiàng)并聯(lián)連接。所述的逆變部分采用IGBT構(gòu)成的單元式逆變橋，整流部分的IGBT的容量為逆變部分的IGBT容量的二分之一。所述的整流部分和逆變部分之間串聯(lián)有上電緩沖電路，上電緩沖電路包括接觸器 Kl和限流電阻R1，限流電阻Rl和接觸器Kl并聯(lián)連接，控制模塊控制接觸器Kl動(dòng)作。所述的整流部分前級串聯(lián)有上電緩沖電路，上電緩沖電路包括三相交流接觸器 K1、限流電阻Rl和限流電阻R2，限流電阻Rl和限流電阻R2分別與三相交流接觸器Kl中的兩項(xiàng)并聯(lián)連接，控制模塊控制三相交流接觸器Kl動(dòng)作。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型不僅能克服現(xiàn)有技術(shù)中通用變頻器能量不能回饋的缺點(diǎn)，而且還能克服目前通用變頻器外加能量回饋裝置增加了整個(gè)系統(tǒng)的成本和安裝空間的缺點(diǎn)。本實(shí)用新型的整流方案低成本、控制方法簡單，還能夠?qū)崿F(xiàn)變頻器的能量回饋功能。本實(shí)用新型的拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)與PWM整流/回饋?zhàn)冾l器相比，由于PWM整流/回饋?zhàn)冾l器的整流部分的IGBT是一直工作的，其與逆變部分的IGBT —般要求其容量為1:1 配比，成本較高；而本實(shí)用新型的控制策略是母線電壓高于某個(gè)閥值時(shí)整流部分的IGBT才工作，整流部分選取的IGBT容量為逆變部分IGBT容量的一半即可，從而降低了成本。下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中變頻器拓?fù)渲麟娐吩韴D。圖2為第二種現(xiàn)有技術(shù)中變頻器拓?fù)渲麟娐吩韴D。圖3為第三種現(xiàn)有技術(shù)中變頻器拓?fù)渲麟娐吩韴D。圖4為本實(shí)用新型拓?fù)渲麟娐吩韴D。圖5為圖4的等效電路圖。圖6為本實(shí)用新型控制原理圖。圖7為本實(shí)用新型控制策略方框圖。圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例二電路原理圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施例為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施方式，其他凡其原理和基本結(jié)構(gòu)與本實(shí)施例相同或近似的，均在本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。請參看附圖4，本實(shí)用新型主要包括整流部分和逆變部分，本實(shí)施例中，整流部分采用IGBT構(gòu)成三相整流橋，本實(shí)用新型中IGBT構(gòu)成的三相整流橋與常規(guī)技術(shù)中的二極管整流橋結(jié)構(gòu)相同，即每條輸入相線上分別連接有兩個(gè)整流方向相反的IGBT，本實(shí)施例中，逆變部分采用常規(guī)的IGBT構(gòu)成的單元式逆變橋。本實(shí)用新型拓?fù)潆娐钒粋€(gè)特定的控制策略，由于一般IGBT器件內(nèi)部都并聯(lián)有一個(gè)續(xù)流二極管(請參看附圖5等效電路圖)，在檢測到母線電壓低于預(yù)先設(shè)定的閥值時(shí)，整流部分的IGBT不動(dòng)作，交流電通過IGBT內(nèi)部的二極管進(jìn)行整流，給負(fù)載供電；當(dāng)母線電壓高于閥值時(shí)，整流部分的IGBT動(dòng)作(IGBT及其內(nèi)部并聯(lián)的二極管協(xié)調(diào)工作)，負(fù)載能量通過IGBT回饋給電網(wǎng)。所述IGBT動(dòng)作可以理解為IGBT 工作，實(shí)現(xiàn)能量回饋。本實(shí)用新型的拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)與PWM整流/回饋?zhàn)冾l器相似，但PWM整流/回饋?zhàn)冾l器的整流部分的IGBT是一直工作的，其與逆變部分的IGBT —般要求其容量為1:1配比， 成本較高；而本實(shí)用新型的控制策略是母線電壓高于某個(gè)閥值時(shí)整流部分的IGBT才工作， 因此整流部分選取的IGBT容量可以為逆變部分IGBT容量的二分之一(即整流部分的IGBT 的負(fù)載能力為逆變部分的IGBT的負(fù)載能力的二分之一)，本實(shí)施例中，在整流部分前級還串聯(lián)有交流電抗器Ll，通過交流電抗器Ll連接到電網(wǎng)中。本實(shí)施例中，在整流部分和逆變部分之間串接有上電緩沖電路，本實(shí)施例中，上電緩沖電路包括接觸器Kl和電阻R1，接觸器 Kl和電阻Rl并聯(lián)連接，并聯(lián)的接觸器Kl和電阻Rl串接在整流部分和逆變部分之間，用于起到上電緩沖作用。本實(shí)用新型在連接時(shí)，將本實(shí)用新型與三相交流電網(wǎng)連接，本實(shí)施例中，電網(wǎng)輸入的三相交流電分別定義為R0、S0和T0，三相交流電R0、S0和TO經(jīng)過交流電抗器Ll后輸入給整流橋，三相交流電經(jīng)過相應(yīng)的IGBT整流后輸出給逆變部分，經(jīng)逆變部分逆變后，分別輸出U、V和W三路電源給電機(jī)。本實(shí)用新型還有另外一種實(shí)施方式，請參看附圖8，本實(shí)施例中的基本機(jī)構(gòu)與實(shí)施例一基本相同，不同之處在于本實(shí)施例中的上電緩沖電路設(shè)置在交流電抗器Ll前級，本實(shí)施例中的上電緩沖電路包括電阻R1、電阻R2和接觸器K1，本實(shí)施例中的接觸器Kl采用三相接觸器，電阻Rl與輸入相線R上的接觸器并聯(lián)，電阻R2與相線T上的接觸器并聯(lián)。本實(shí)用新型中利用上述拓?fù)渲麟娐返目刂葡到y(tǒng)主要包括控制模塊、母線電壓檢測模塊和拓?fù)渲麟娐?，其中母線電壓檢測模塊用于檢測母線電壓；控制模塊用于接收母線電壓檢測模塊的檢測信號，并與預(yù)先設(shè)置的閥值(本實(shí)用新型中的閥值可根據(jù)具體使用時(shí)的母線電壓具體設(shè)定，本實(shí)施例中，當(dāng)電網(wǎng)電壓為380V時(shí)，閥值電壓設(shè)定為680V)進(jìn)行比較， 當(dāng)母線電壓檢測模塊的檢測信號低于閥值時(shí)，控制模塊控制拓?fù)渲麟娐分姓鞑糠值腎GBT 不動(dòng)作，交流電通過IGBT內(nèi)部的二極管進(jìn)行整流，給負(fù)載供電；當(dāng)母線電壓檢測模塊的檢測信號高于閥值時(shí)，控制模塊控制拓?fù)渲麟娐分姓鞑糠值腎GBT動(dòng)作，負(fù)載能量通過IGBT 回饋給電網(wǎng)。本實(shí)用新型的控制策略請參看附圖7，本實(shí)用新型在工作時(shí)，上電后靠IGBT內(nèi)部的等效并聯(lián)二極管進(jìn)行整流工作，變頻器工作，母線電壓檢測模塊實(shí)時(shí)檢測母線電壓，并與閥值進(jìn)行比較，當(dāng)母線電壓高于閥值時(shí)，IGBT工作，負(fù)載能量通過整流部分的IGBT回饋至電網(wǎng)，當(dāng)母線電壓低于閥值時(shí)，IGBT不工作。請參看附圖6，本實(shí)用新型在工作時(shí)，Ο-tl時(shí)段，變頻器上電，IGBTQl IGBTQ6 不動(dòng)作，三相交流電通過IGBT內(nèi)部的等效并聯(lián)二極管向母線充電，母線電壓Vdc上升； tl-t2時(shí)段，變頻器整流運(yùn)行，即變頻器運(yùn)行在整流模式，IGBTQl IGBTQ6不動(dòng)作，交流電通過IGBT內(nèi)部的等效并聯(lián)二極管向母線提供能量，能量從電網(wǎng)通過本實(shí)用新型流向負(fù)載； t2-t3時(shí)段，變頻器的負(fù)載能量回饋，此時(shí)，母線電壓逐漸上升，IGBTQl IGBTQ6仍然不動(dòng)作，IGBT內(nèi)部的等效并聯(lián)二極管由于母線電壓高于電網(wǎng)整流電壓而自然截止；t3-t4時(shí)段， 變頻器負(fù)載能量繼續(xù)回饋，當(dāng)母線電壓高于設(shè)定的閥值Vf時(shí)，IGBTQl IGBTQ6動(dòng)作，打開實(shí)現(xiàn)能量向電網(wǎng)回饋。本實(shí)用新型實(shí)際上為IGBT及其并聯(lián)的二極管協(xié)調(diào)工作。 本實(shí)用新型不僅能克服現(xiàn)有技術(shù)中通用變頻器能量不能回饋的缺點(diǎn)，而且還能克服目前通用變頻器外加能量回饋裝置增加了整個(gè)系統(tǒng)的成本和安裝空間的缺點(diǎn)。本實(shí)用新型采用低成本的整流方案和簡單有效的控制方法實(shí)現(xiàn)變頻器的能量回饋功能，以提高通用變頻器的節(jié)能效果，把因數(shù)提高的92%以上，滿足眾多要求性能不高，但又需要節(jié)能的應(yīng)用場合。
權(quán)利要求1.一種能量回饋一體機(jī)變頻器的拓?fù)渲麟娐罚涮卣魇撬龅耐負(fù)渲麟娐钒ㄕ鞑糠趾湍孀儾糠?，整流部分將三相交流電轉(zhuǎn)換成直流電傳輸給逆變部分，所述的整流部分采用IGBT構(gòu)成三相整流橋，當(dāng)母線電壓低于閥值時(shí)，交流電通過IGBT內(nèi)部的二極管進(jìn)行整流，將直流電傳輸給逆變部分；當(dāng)母線電壓高于閥值時(shí)，整流部分的IGBT動(dòng)作，負(fù)載能量通過IGBT回饋給電網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量回饋一體機(jī)變頻器的拓?fù)渲麟娐?，其特征是所述的整流部分前級串接有交流電抗器Ll。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能量回饋一體機(jī)變頻器的拓?fù)渲麟娐?，其特征是所述的整流部分和逆變部分之間串聯(lián)有上電緩沖電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的能量回饋一體機(jī)變頻器的拓?fù)渲麟娐?，其特征是所述的上電緩沖電路包括接觸器Kl和限流電阻R1，限流電阻Rl和接觸器Kl并聯(lián)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能量回饋一體機(jī)變頻器的拓?fù)渲麟娐罚涮卣魇撬龅恼鞑糠智凹壌?lián)有上電緩沖電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的能量回饋一體機(jī)變頻器的拓?fù)渲麟娐?，其特征是所述的上電緩沖電路包括三相交流接觸器K1、限流電阻Rl和限流電阻R2，限流電阻Rl和限流電阻 R2分別與三相交流接觸器Kl中的兩項(xiàng)并聯(lián)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能量回饋一體機(jī)變頻器的拓?fù)渲麟娐罚涮卣魇撬龅哪孀儾糠植捎肐GBT構(gòu)成的單元式逆變橋，整流部分的IGBT的容量為逆變部分的IGBT容量的二分之一。
8.一種能量回饋一體機(jī)變頻器的控制系統(tǒng)，其特征是所述控制系統(tǒng)包括控制模塊、 母線電壓檢測模塊和權(quán)利要求1中所述的能量回饋一體機(jī)變頻器的拓?fù)渲麟娐?，所述的母線電壓檢測模塊用于檢測母線電壓；所述的控制模塊用于接收母線電壓檢測模塊的檢測信號，并與預(yù)先設(shè)置的閥值進(jìn)行比較，當(dāng)母線電壓檢測模塊的檢測信號低于閥值時(shí)，控制模塊控制拓?fù)渲麟娐分姓鞑糠值?IGBT不動(dòng)作，交流電通過IGBT內(nèi)部的二極管進(jìn)行整流，給負(fù)載供電；當(dāng)母線電壓檢測模塊的檢測信號高于閥值時(shí)，控制模塊控制拓?fù)渲麟娐分姓鞑糠值腎GBT動(dòng)作，負(fù)載能量通過 IGBT回饋給電網(wǎng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制系統(tǒng)，其特征是所述的整流部分和逆變部分之間串聯(lián)有上電緩沖電路，上電緩沖電路包括接觸器Kl和限流電阻R1，限流電阻Rl和接觸器Kl并聯(lián)連接，控制模塊控制接觸器Kl動(dòng)作。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制系統(tǒng)，其特征是所述的整流部分前級串聯(lián)有上電緩沖電路，上電緩沖電路包括三相交流接觸器K1、限流電阻Rl和限流電阻R2，限流電阻Rl和限流電阻R2分別與三相交流接觸器Kl中的兩項(xiàng)并聯(lián)連接，控制模塊控制三相交流接觸器Kl 動(dòng)作。
專利摘要一種能量回饋一體機(jī)變頻器的拓?fù)渲麟娐芳翱刂葡到y(tǒng)，拓?fù)渲麟娐钒ㄕ鞑糠趾湍孀儾糠郑鞑糠謱⑷嘟涣麟娹D(zhuǎn)換成直流電傳輸給逆變部分，整流部分采用IGBT構(gòu)成三相整流橋，控制系統(tǒng)包括控制模塊、母線電壓檢測模塊和拓?fù)渲麟娐?，控制模塊接收母線電壓檢測模塊的檢測信號，并與預(yù)先設(shè)置的閥值進(jìn)行比較，當(dāng)母線電壓檢測模塊的檢測信號低于閥值時(shí)，控制模塊控制拓?fù)渲麟娐分姓鞑糠值腎GBT不動(dòng)作，交流電通過IGBT內(nèi)部的二極管進(jìn)行整流，給負(fù)載供電；當(dāng)母線電壓檢測模塊的檢測信號高于閥值時(shí)，控制模塊控制拓?fù)渲麟娐分姓鞑糠值腎GBT動(dòng)作，負(fù)載能量通過IGBT回饋給電網(wǎng)。本實(shí)用新型能實(shí)現(xiàn)通用變頻器能量回饋，而且系統(tǒng)成本低。
文檔編號H02M7/66GK201985778SQ20112007524
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者吳建安 申請人:深圳市英威騰電氣股份有限公司