專利名稱：大功率靜止逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電力牽引大功率靜止逆變器輔助電源技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前對于軌道車輛(地鐵車與輕軌車)空調(diào)、照明、蓄電池浮充電和控制系統(tǒng)的輔助電源，一般采用兩種解決方案一種是電動發(fā)電機(jī)組輔助電源，這種輔助電源功率小、效率低、噪音大、對電壓和頻率調(diào)節(jié)差，電刷灰污染環(huán)境，需要經(jīng)常維修保養(yǎng)，技術(shù)落后，趨于淘汰；另一種是晶閘管逆變器輔助電源，由于晶閘管需要大功率關(guān)斷電路和吸收保護(hù)回路及其大功率元器件，電路復(fù)雜，晶閘管頻率低，開關(guān)損耗大，效率低，體積重量大，不是發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種現(xiàn)代軌道車輛用的功率大，功率因數(shù)高、節(jié)省電能、效率高、輸出諧波小、噪音低，可使用電壓和頻率較低的功率開關(guān)元件、性價(jià)比高、體積小、重量輕的大功率靜止逆變器輔助電源。
本實(shí)用新型技術(shù)方案如下圖1與圖2，由1、輸入濾波器；2、升降壓斬波子系統(tǒng)；3、三電平逆變子系統(tǒng)；4、輸出濾波器；5、隔離變壓器；6、高電壓整流器；7、低電壓整流器；8、計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)組成。
圖3，在三電平逆變子系統(tǒng)(3)中，電容器C1與C2串聯(lián)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)為零電平，C1的正級與RD聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)為正電平，RD與濾波電抗器FL的一個(gè)線圈串聯(lián)，晶閘管V與RD并聯(lián)，C2的負(fù)極與濾波電抗器FL的另一個(gè)線圈串聯(lián)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)為負(fù)電平，絕緣門極雙極型晶體管IGBT元件V1U與V2U串聯(lián)，為A相的上限臂，IGBT元件V3U與V4U串聯(lián)，為A相的下限臂，上限臂與下限臂聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)為A相的輸出端，上限臂V1U的IGBT元件集電極與正電平聯(lián)結(jié)，下限臂V4U的IGBT元件的發(fā)射極與負(fù)電平聯(lián)結(jié)，二極管V1與V2聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)與零電平聯(lián)結(jié)，V1的陰極聯(lián)結(jié)到上限臂V1U與V2U的聯(lián)結(jié)點(diǎn)，V2的陽極聯(lián)結(jié)到下限臂V3U與V4U的聯(lián)結(jié)點(diǎn)，B相與C相和A相同理聯(lián)結(jié)。
圖6，在12脈沖逆變子系統(tǒng)中，電容器C1與C2串聯(lián)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)為中心點(diǎn)，C1的正極與RD聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)為正電平，RD與濾波電抗器一個(gè)線圈串聯(lián)，晶閘管V與電阻器RD并聯(lián)，C2的負(fù)極與濾波電抗器另一個(gè)線圈串聯(lián)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)為負(fù)電平，一個(gè)3相逆變橋的可關(guān)斷晶閘管GTO元件V1U與V2U聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)為A相輸出端，二極管V1與V2分別與V1U與V2U反并聯(lián)，保護(hù)電路FV與V1U與V2U并聯(lián)，V1U的GTO元件陽極與正電平聯(lián)結(jié)，V2U的GTO元件的陰極與中心點(diǎn)聯(lián)結(jié)，B相與C相和A相同理聯(lián)結(jié)；另一個(gè)3相逆變橋的GTO元件V3U與V4U聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)為A相的輸出端，V3U的GTO陽極與中心點(diǎn)聯(lián)結(jié)，V4U的GTO元件的陰極與負(fù)電平聯(lián)結(jié)，二極管V3與V4分別和V3U與V4U反并聯(lián)，保護(hù)電路FV和V3U與V4U并聯(lián)，B相與C相和A相同理聯(lián)結(jié)。一個(gè)3相逆變橋的輸出與隔離變壓器TM1的原邊聯(lián)結(jié)，另一個(gè)3相逆變橋的輸出與隔離變器TM2的原邊聯(lián)結(jié)，兩個(gè)隔離變壓器原邊接法相同，都是三角形接法，付邊接線不同，TM2付邊為“之”字接法，然后與TM1串聯(lián)輸出。或用12個(gè)IGBT元件(是內(nèi)部反并聯(lián)二極管的集成元件)取代12個(gè)GTO元件和12個(gè)二極管。
圖5，在升降壓斬波子系統(tǒng)中，C1與C3聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)為輸出的負(fù)端，C3與C2聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)為輸出正端，C1正極與RD聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)為正電平，RD與濾波電抗器FL的1個(gè)線圈串聯(lián)，晶閘管V與RD并聯(lián)，C2負(fù)極與FL的另一個(gè)線圈聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)為負(fù)電平，V1的IGBT元件發(fā)射極與電感L一端聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)與二極管V3的陰極聯(lián)結(jié)，V3的陽極和C1與C3的聯(lián)結(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)，V2的IGBT元件集電極與電感L另一端聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)與二極管V4的陽極聯(lián)結(jié)，V4的陰極和C3與C2聯(lián)結(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)，保護(hù)電路分別和V1與V2并聯(lián)，V1的IGBT元件集電極與正電平聯(lián)結(jié)，V2的IGBT元件發(fā)射極與負(fù)電平聯(lián)結(jié)，C3的輸出正端與平波電抗器L1的一個(gè)線圈聯(lián)結(jié)，C3的輸出負(fù)端與平波電抗器L1的另一個(gè)線圈聯(lián)結(jié)。
圖4，在三電平逆變子系統(tǒng)電路聯(lián)結(jié)中，只是用12個(gè)GTO元件和12個(gè)二極管取代12個(gè)IGBT元件。
本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)具有功率大、功率因數(shù)高、節(jié)省電能、效率高、體積小，重量輕的優(yōu)點(diǎn)和輸出諧波小、噪音低，可用電壓和頻較低的功率開關(guān)元件，性價(jià)比高的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。只要功率開關(guān)元件適宜，可制造各種功率靜止逆變器，特別是制造高壓大功率靜止逆變器。


圖1是大功率靜止逆變器方框圖；圖2是大功率靜止逆變器原理簡圖；圖3是大功率靜止逆變器實(shí)施例1原理電路圖；圖4是大功率靜止逆變器實(shí)施例2原理電路圖；圖5是大功率靜止逆變器實(shí)施例3原理電路圖；圖6是大功率靜止逆變器實(shí)施例4原理電路圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1圖3，在三電平逆變子系統(tǒng)中，由12個(gè)IGBT元件和6個(gè)二極管及2組電容器構(gòu)成。各功率開關(guān)元件只承受直流側(cè)電源壓的一半，功率開關(guān)元件一個(gè)周期的平均開關(guān)頻率為相電壓開關(guān)頻率的二分之一，因此，該系統(tǒng)可使用電壓和頻率較低的功率開關(guān)元件，具有功率大、功率因數(shù)高、節(jié)省電能、效率高、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)和出輸諧波小、噪音低、可使用電壓和頻率較低的功率開關(guān)元件。性價(jià)比高的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)按照軟件規(guī)定的程序控制12個(gè)IGBT元件導(dǎo)通和截止，將波動的直流電壓1500v或750v，逆變成穩(wěn)定的3相交變電壓380v/220v，5OHZ及整流的直流電壓110v、24v。
實(shí)施例2圖4，在三電平逆變子系統(tǒng)(3)中，只是用12個(gè)GTO元件和12個(gè)二極管取代12個(gè)IGBT元件。
實(shí)施例3圖5，用6個(gè)IGBT元件構(gòu)成二電平逆變子系統(tǒng)，其特點(diǎn)是功率開關(guān)元件的電壓和頻率比三電平逆變子系統(tǒng)(3)的高1倍，雖然功率開關(guān)元件少，但需要電壓和頻率較高的功率開關(guān)元件，輸出諧波多、噪音大。二電平逆變子系統(tǒng)前加升降壓斬波子系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)按照軟件規(guī)定的程序控制斬波子系統(tǒng)的IGBT元件和逆變子系統(tǒng)的IGBT元件導(dǎo)通和截止，將波動的直流電源電壓逆變成穩(wěn)定的交流電壓及整流的直流電壓。
實(shí)施例4圖6，在12脈沖逆變子系統(tǒng)中，由2個(gè)3相逆變橋和2組電容器構(gòu)成。用12個(gè)GTO元件和12個(gè)二極管，其特點(diǎn)是具有功率因數(shù)高、節(jié)省電能、效率高、功率大的優(yōu)點(diǎn)和輸出諧波小、噪音低、可用電壓和變頻率較低的功率開關(guān)元件，性價(jià)比高獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)按照軟件規(guī)定的程序控制12個(gè)GTO元件導(dǎo)通與關(guān)斷，隔離電壓器TM1與TM2容量相等，變比一樣，原邊接法相同，都是三角形接法，付邊接線不同，TM2付邊為“之”字接法，然后與TM1串聯(lián)輸出，2個(gè)3相逆變橋的波形相同，但有30度的相位移的脈沖控制，從而使2個(gè)隔離變壓器上的波形也有30度的相位移。將波動的直流電壓逆變成穩(wěn)定的交流電壓及整流的直流電壓。
權(quán)利要求1.一種大功率靜止逆變器，由輸入濾波器(1)，升降壓斬波子系統(tǒng)(2)，三電平逆變子系統(tǒng)(3)，輸出濾波器(4)，隔離變壓器(5)高電壓整流器(6)，低電壓整流器(7)，計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)(8)組成，其特征是在三電平逆變子系統(tǒng)(3)中，由12個(gè)絕緣門極雙極型晶體管IGBT元件和6個(gè)二極管及2組電容器組成，電容器C1與C2串聯(lián)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)為零電平，C1的正極與電阻器RD聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)為正電平，RD與濾波電抗器FL的一個(gè)線圈串聯(lián)，晶閘管V與RD并聯(lián)，C2的負(fù)極與濾波器電抗器FL的另一個(gè)線圈串聯(lián)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)為負(fù)電平，IGBT元件V1U與V2U聯(lián)結(jié)為A相上限臂，V3U與V4U聯(lián)結(jié)為A相的下限臂，上限臂與下限臂聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)為A相的輸出端，IGBT元件V1U的集電極與正電平聯(lián)結(jié)，IGBT元件V4U發(fā)射極與負(fù)電平聯(lián)結(jié)，二極管V1與V2聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)與零電平聯(lián)結(jié)，V1的陰極與上限臂V1U與V2U聯(lián)結(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)，V2陽極與下限臂V3U與V4U聯(lián)結(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)，B相和C相與A相同理聯(lián)結(jié)，A相、B相、C相三相輸出與隔離變壓聯(lián)結(jié)，隔離變壓器TM原邊為三角形接法，付邊為星形控法，IGBT元件和二極管配置熱管散熱器，計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)(8)按照軟件規(guī)定的程序控制12個(gè)IGBT元件導(dǎo)通與截止，將波動的直流電壓1500V或750逆變成穩(wěn)定的3相交流電壓380V/220V，50HZ及整流的直流電壓110V，24V。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率靜止逆變器，其特征是在三電平逆變子系統(tǒng)(3)中，只是用12個(gè)可關(guān)斷晶閘管GTO元件和12個(gè)二極管取代12個(gè)IGBT元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述大功率靜止逆變器，其特征是在升降壓斬波子系統(tǒng)(2)中，C1與C3聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)為輸出的負(fù)端，C3與C2聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)為輸出正端，C1正極與RD聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)為正電平，RD與濾波電抗器FL的1個(gè)線圈串聯(lián)，晶閘管V與RD并聯(lián)，C2負(fù)極與FL的另一個(gè)線圈聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)為負(fù)電平，V1的IGBT元件發(fā)射極與電感L一端聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)與二極管V3的陰極聯(lián)結(jié)，V3的陽極和C1與C3的聯(lián)結(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)，V2的IGBT元件集電極與電感L另一端聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)與二極管V4的陽極聯(lián)結(jié)，V4的陰極和C3與C2聯(lián)結(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)，保護(hù)電路分別和V1與V2并聯(lián)，V1的IGBT元件集電極與正電平聯(lián)結(jié)，V2的IGBT元件發(fā)射極與負(fù)電平聯(lián)結(jié)，C3的輸出正端與平波電抗器L1的一個(gè)線圈聯(lián)結(jié)，C3的輸出負(fù)端與平波電抗器L1的另一個(gè)線圈聯(lián)結(jié)。
專利摘要一種大功率靜止逆變器，屬于電力牽引輔助電源技術(shù)領(lǐng)域，其結(jié)構(gòu)是由輸入濾波器(1)，升降壓斬波子系統(tǒng)(2)，三電平逆變子系統(tǒng)(3)，輸出濾波器(4)，隔離變壓器(5)，高電壓整流器(6)，低電壓整流器(7)計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)(8)組成。在三電平逆變子系統(tǒng)(3)中，由12個(gè)絕緣門極雙極型晶體管IGBT元件和6個(gè)二極管及2組電容器聯(lián)結(jié)而成。計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)按照軟件規(guī)定的程序控制12個(gè)IGBT元件導(dǎo)通和截止，將波動的直流電壓逆變成3相穩(wěn)定的交流電壓及整流的直流電壓。大功率靜止逆變器具有功率大、功率因數(shù)高、節(jié)省電能、效率高、體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)和輸出諧波小、噪音低、可使用電壓和頻率較低的功率開關(guān)元件、性價(jià)比高的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B61D29/00GK2782498SQ03272280
公開日2006年5月24日 申請日期2003年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月13日
發(fā)明者王連富 申請人:王連富