專利名稱：帶儲(chǔ)能單元的多電平變頻驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力電子多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具體是指一種帶儲(chǔ)能單元的多電平變頻調(diào)速 裝置的拓?fù)洹?br> 背景技術(shù)：
能源短缺和環(huán)境污染是人類當(dāng)前面臨的共同的世紀(jì)難題。我國(guó)能源生產(chǎn)和消費(fèi)已列世界 前茅，但仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了工業(yè)生產(chǎn)和人民生活發(fā)展的需要。而我國(guó)工業(yè)用的高壓大容量交流 電動(dòng)機(jī)目前大部分為直接恒速拖動(dòng)，每年造成大量的能源浪費(fèi)，如果能采用變頻調(diào)速技術(shù)實(shí) 現(xiàn)變速運(yùn)行，則節(jié)能效果明顯。因此，開發(fā)高性能高效率的大容量交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)并 推廣應(yīng)用，對(duì)我國(guó)工業(yè)降低單產(chǎn)能耗具有重大意義。我國(guó)現(xiàn)有的交流電動(dòng)機(jī)200kW以下是低壓380V， 200kW以上電機(jī)電壓等級(jí)多為6kV和 10kV。由于受功率器件耐壓水平和載流能力的限制，傳統(tǒng)兩電平逆變器的變換裝置難以滿足 高壓大功率電能變換的要求。相比之下，多電平變換器及其相關(guān)技術(shù)具有諸多顯著優(yōu)點(diǎn)，包 括(1)、輸出電壓更加接近正弦，電壓諧波含量小；(2)、輸出電壓dv/dt小，對(duì)負(fù)載(比如 電機(jī))的絕緣影響小，同時(shí)大大降低電磁干擾的水平；(3)、以低耐壓水平的單管構(gòu)成高壓系 統(tǒng)，解決高壓系統(tǒng)的單管耐壓?jiǎn)栴}。因此，多電平逆變器及其相關(guān)技術(shù)被業(yè)界認(rèn)為在高壓大 容量領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，多電平變換器及其相關(guān)技術(shù)在大容量變頻調(diào)速領(lǐng)域中已取得了良好的效果和顯著 的經(jīng)濟(jì)效益，然而事實(shí)上，多電平變頻調(diào)速技術(shù)仍然還有進(jìn)一歩節(jié)能和提高效率的潛力，這 就是將生產(chǎn)過(guò)程中的制動(dòng)能量存儲(chǔ)再利用。對(duì)于一些要求電機(jī)快速啟動(dòng)，制動(dòng)，和頻繁正反 轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，如高速電梯、礦井提升機(jī)、大型龍門刨床等，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量的高效利用具有十分 重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前采用多電平技術(shù)的中高壓變頻裝置有交一直一交電壓型多電平結(jié)構(gòu)的變頻裝置和電 壓型H橋串聯(lián)的變頻裝置。已有的交一直一交電壓型多電平變頻裝置結(jié)構(gòu)，前級(jí)的交一直部分多采用不可控整流器， 通過(guò)電網(wǎng)或恒定的交流電壓源來(lái)供電，后級(jí)的直一交部分采用多電平逆變器，以獲得相應(yīng)的
多電平電壓輸出。對(duì)于后級(jí)的多電平逆變器結(jié)構(gòu)，目前主要應(yīng)用的是二極管箝位型結(jié)構(gòu)。附 圖1所示的是傳統(tǒng)的三電平二極管箝位型交一直一交電壓型變頻裝置。已有的H橋串聯(lián)型變頻器的主電路一般結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖2a中副邊多重化移相隔離 變壓器為各H橋功率單元提供三相交流輸入，每個(gè)H橋功率單元為三相不可控整流、兩電平 H橋逆變器和直流母線電容結(jié)構(gòu)，如圖2b所示，每個(gè)H橋使用低壓開關(guān)器件，多個(gè)H橋單 元輸出串聯(lián)實(shí)現(xiàn)高壓輸出，輸出電壓波形更接近正弦，不用輸出濾波器，同時(shí)網(wǎng)側(cè)電流諧波小。交一直一交電壓型多電平結(jié)構(gòu)的變頻裝置和電壓型H橋串聯(lián)的變頻裝置，他們的應(yīng)用已 經(jīng)取得了一定的效果，但也存在著一些問(wèn)題。如上述這兩類變頻裝置，前級(jí)輸入都采用的是 不可控整流器，由于不可控整流器各橋臂使用的是單向?qū)ǖ亩O管，所以在電機(jī)制動(dòng)時(shí)， 制動(dòng)能量無(wú)法反向流動(dòng)。對(duì)于這部分制動(dòng)能量，傳統(tǒng)的做法是在電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，將一 個(gè)制動(dòng)電阻串聯(lián)開關(guān)再并聯(lián)接到直流母線上，如圖3所示，將制動(dòng)能量完全轉(zhuǎn)化為制動(dòng)電阻 上的熱能損耗掉。這種結(jié)構(gòu)對(duì)于需要電機(jī)頻繁啟動(dòng)制動(dòng)的調(diào)速系統(tǒng)而言，能量的浪費(fèi)是巨大 的。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種高效節(jié)能的多電平變頻調(diào)速裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型 解決了大容量電機(jī)變頻調(diào)速中制動(dòng)能量的儲(chǔ)存及再利用的問(wèn)題，同時(shí)在不增加系統(tǒng)輸入電源 的前提下，實(shí)現(xiàn)了輸出電壓電平數(shù)的增加，還可以提高系統(tǒng)的可靠性，該變頻裝置可以應(yīng)用 于中高壓調(diào)速領(lǐng)域。本實(shí)用新型的特征在于，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4a所示，包含有多繞組副邊移相隔離變壓器 1， H橋串聯(lián)變頻裝置2， 一組儲(chǔ)能逆變器裝置3以及全數(shù)字控制器4:所述的多繞組副邊移相隔離變壓器，是指其原邊繞組為三相繞組，輸入為電網(wǎng)電壓，副 邊繞組為多組三相繞組，每一組三相繞組輸出的線電壓相位依次移過(guò)相同相位角；所述的H橋串聯(lián)變頻裝置，將上述每一組三相繞組連接一個(gè)H橋功率變換單元，把不同 相移的三相繞組連接的多級(jí)兩電平H橋功率變換單元的輸出進(jìn)行串聯(lián)，如圖4a中2所示， 其中所述的每一個(gè)兩電平H橋功率變換單元，如圖2b所示，包括整流部分l，逆變部分2和 直流母線電容及其檢測(cè)環(huán)節(jié)3;所述整流部分為三相功率二極管不控整流部分，其三相輸入端和多繞組副邊移相隔離變 壓器副邊的輸出端相連接，其輸出電壓母線端與逆變部分連接； 所述逆變部分，是一種兩電平H橋結(jié)構(gòu)，逆變部分的單個(gè)橋臂由兩個(gè)功率開關(guān)器件串聯(lián) 而成，逆變部分的橋臂與整流部分的輸出相并聯(lián)，各功率開關(guān)器件根據(jù)輸出電壓等級(jí)的不同 而采用相應(yīng)等級(jí)的功率半導(dǎo)體開關(guān)元件；所述直流母線電容及其檢測(cè)環(huán)節(jié)，是指在兩電平H功率變換單元的母線上并聯(lián)電容，并 且由電壓傳感器接在電容上，檢測(cè)母線電容電壓；將上述的H橋串聯(lián)變頻裝置的三相的一端接電機(jī)(負(fù)載)三相的輸入端，將上述的H橋 串聯(lián)變頻裝置的三相的另一端接儲(chǔ)能逆變器裝置的輸出端；所述的儲(chǔ)能逆變器裝置，如圖4b所示，分為儲(chǔ)能電容部分l、逆變器部分2和儲(chǔ)能電容 電壓檢測(cè)環(huán)節(jié)3，該裝置的特點(diǎn)是直流母線側(cè)不需要電源供電，而只是在母線上并聯(lián)具有較 大容量值的儲(chǔ)能電容，并且在每個(gè)儲(chǔ)能電容上接有電壓檢測(cè)環(huán)節(jié)，所述逆變器部分可以采用 二極管箝位型多電平結(jié)構(gòu)，如圖5a所示，也可采用一級(jí)H橋功率單元結(jié)構(gòu)，如圖5b所示， 各相橋臂上串聯(lián)的各功率開關(guān)器件根據(jù)輸出電壓等級(jí)的不同而采用相應(yīng)等級(jí)的功率半導(dǎo)體開 關(guān)元件，所述儲(chǔ)能逆變器裝置的輸出端ax， bx， cx接上述的H橋串聯(lián)變頻裝置的三相的一端；其中，上述儲(chǔ)能逆變裝置的儲(chǔ)能電容電壓檢測(cè)環(huán)節(jié)，由電壓傳感器并接在儲(chǔ)能電容上， 采樣檢測(cè)儲(chǔ)能電容電壓，將其作為反饋信號(hào)輸入全數(shù)字控制器，由全數(shù)字控制器計(jì)算并發(fā)出 相應(yīng)的PWM脈寬調(diào)制信號(hào)，來(lái)控制變頻調(diào)速裝置的工作狀態(tài)。所述的全數(shù)字控制器，如圖6所示，包括數(shù)字信號(hào)微處理器、脈寬調(diào)制信號(hào)擴(kuò)展電路及 脈寬調(diào)制信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電路所述數(shù)字信號(hào)微處理器，其模擬輸入為N,路儲(chǔ)能逆變器裝置母線電容電壓值和3XN2 路H橋功率單元的母線電容電壓值，經(jīng)過(guò)模擬輸入接口電路進(jìn)行變換，然后輸入到數(shù)字信號(hào) 微處理器的模數(shù)轉(zhuǎn)換接口；數(shù)字信號(hào)微處理器包括6路脈寬調(diào)制輸出口和作為輔助控制線的1條I/O 口 ；所述脈寬調(diào)制信號(hào)擴(kuò)展電路，是一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可編程門列陣器件，數(shù)字信號(hào)微處理器的6路 脈寬調(diào)制輸出口和作為輔助控制線的1條1/0 口連接到脈寬調(diào)制信號(hào)擴(kuò)展電路，所述脈寬調(diào) 制信號(hào)擴(kuò)展電路輸出6XN!路脈寬調(diào)制脈沖信號(hào)，控制上述儲(chǔ)能逆變器裝置，同時(shí)，所述脈 寬調(diào)制信號(hào)擴(kuò)展電路還輸出12XN2路脈寬調(diào)制脈沖信號(hào)，控制上述H橋串聯(lián)變頻裝置，所 述1條I/O 口作為故障時(shí)控制封鎖PWM脈沖輸出；所述脈寬調(diào)制信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電路，輸入所述脈寬調(diào)制信號(hào)擴(kuò)展電路輸出的6XN,以及12X N2路脈寬調(diào)制脈沖信號(hào)，輸出相應(yīng)的脈寬調(diào)制功率驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述的脈寬調(diào)制功率驅(qū)動(dòng)信號(hào)
分別連接到所述儲(chǔ)能逆變器裝置和H橋串聯(lián)變頻裝置各相橋臂上對(duì)應(yīng)的功率開關(guān)器件；其中，所述的N,為儲(chǔ)能逆變器裝置的儲(chǔ)能電容的數(shù)目，取值在1 4之間，所述的N2 為每三相串聯(lián)兩電平H橋功率變換單元的級(jí)數(shù)，取值在2 10之間。本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和創(chuàng)新之處1、 相對(duì)于傳統(tǒng)的H橋變頻裝置，本實(shí)用新型通過(guò)增加一組儲(chǔ)能逆變器裝置，解決了大 容量電機(jī)變頻調(diào)速過(guò)程中制動(dòng)能量的儲(chǔ)存及再利用問(wèn)題。該變頻調(diào)速裝置可以應(yīng)用于中高壓 調(diào)速領(lǐng)域；2、 由于本實(shí)用新型提出的一組儲(chǔ)能逆變器裝置是不需要電源供電的，因此，本實(shí)用新型 可以在不增加原有H橋串聯(lián)變頻裝置輸入電源的前提下，增加系統(tǒng)輸出電壓的電平數(shù)，減小 輸出電壓諧波，提高系統(tǒng)的性能；3、 當(dāng)H橋串聯(lián)變頻裝置出現(xiàn)故障時(shí)，儲(chǔ)能逆變器裝置可以在短時(shí)間內(nèi)為負(fù)載提供能量， 起到備份電源的作用，提高了系統(tǒng)的可靠性。附圖8a、 8b、 8c，附圖9a、 9b為本方案采用的控制技術(shù)在一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的波形。圖 8a為電機(jī)快速啟動(dòng)時(shí)儲(chǔ)能電容電壓的仿真波形，圖8b為電機(jī)快速制動(dòng)時(shí)儲(chǔ)能電容電壓的仿 真波形，圖8c為電機(jī)正常工作時(shí)儲(chǔ)能電容電壓的仿真波形，波形表明，在電機(jī)快速啟動(dòng)時(shí)， 儲(chǔ)能電容將能量迅速釋放給電機(jī)，提供啟動(dòng)能量，電容電壓下降，在電機(jī)快速制動(dòng)時(shí)，電機(jī) 的制動(dòng)能量存儲(chǔ)到儲(chǔ)能電容中，儲(chǔ)能電容吸收制動(dòng)能量，電容電壓上升，在電機(jī)正常工作時(shí)， 儲(chǔ)能電容電壓可以穩(wěn)定在一個(gè)范圍內(nèi)，可增加了系統(tǒng)輸出電壓的電平數(shù)。圖9a為變頻裝置輸 出到的異步電機(jī)的線電壓仿真波形，圖9b為其輸出線電壓的實(shí)驗(yàn)波形，波形表明本系統(tǒng)方案 可以實(shí)現(xiàn)高壓多電平輸出，同時(shí)具有上文所述優(yōu)點(diǎn)。


圖1為傳統(tǒng)的三電平二極管箝位型交一直一交電壓型變頻裝置結(jié)構(gòu)；圖2a已有的H橋串聯(lián)型高壓變頻器的主電路一般結(jié)構(gòu)，其中1為副邊多繞組移相隔離變壓器，2為兩電平H橋功率單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)；圖2b兩電平H橋功率單元，其中l(wèi)為不可控整流部分，2為逆變部分，3為直流母線電容及其檢測(cè)環(huán)節(jié)；
圖3帶制動(dòng)電阻的電壓型變頻裝置結(jié)構(gòu)；圖4a為帶儲(chǔ)能單元的多電平變頻驅(qū)動(dòng)裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，其中1為副邊多繞組移相隔離 變壓器，2為兩電平H橋功率單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)，3為儲(chǔ)能逆變器裝置；4為全數(shù)字控制器； 圖4b儲(chǔ)能逆變器裝置的結(jié)構(gòu)圖； 圖5a 二極管箝位型儲(chǔ)能逆變器裝置的結(jié)構(gòu)； 圖5b —級(jí)H橋功率單元儲(chǔ)能逆變器裝置的結(jié)構(gòu)； 圖6全數(shù)字控制器的電路邏輯原理框圖；圖7a采用二極管箝位型三電平結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)能逆變器裝置的10kV變頻裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖7b為其對(duì)應(yīng)的全數(shù)字控制器的電路邏輯原理圖；圖8a電機(jī)快速啟動(dòng)時(shí)儲(chǔ)能電容的仿真波形；圖8b電機(jī)快速制動(dòng)時(shí)儲(chǔ)能電容的仿真波形；圖8c電機(jī)正常工作時(shí)儲(chǔ)能電容的仿真波形；圖9a變頻裝置輸出的線電壓的仿真波形；圖9b變頻裝置輸出的線電壓的實(shí)驗(yàn)波形。
具體實(shí)施方式
-為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下方案本實(shí)用新型拓?fù)溆啥嗬@組副邊移相隔離變壓器、多個(gè)兩電平H橋功率變換單元(以下簡(jiǎn)稱兩電平H橋功率單元)、 一組儲(chǔ)能逆變器裝置及全數(shù)字控制器組成，見圖4a所示。所述多繞組副邊移相隔離變壓器(以下簡(jiǎn)稱移相隔離變壓器)，其副邊繞組為多組三相繞 組，每三組繞組輸出線電壓相位依次移過(guò)相同相位角；每一個(gè)輸出三相繞組連接一個(gè)兩電平 H橋功率單元，將不同相移的三相繞組連接的兩電平H橋功率單元的輸出串聯(lián)。所述兩電平H橋功率單元如圖2b所示，分為整流部分l、兩電平H橋逆變部分2和直 流母線電容電壓檢測(cè)環(huán)節(jié)3， al、 bl、 cl為三相交流輸入，整流部分為三相功率二極管不控 整流；中間直流環(huán)節(jié)并聯(lián)母線電容及其電壓檢測(cè)環(huán)節(jié)，逆變部分為兩電平H橋結(jié)構(gòu)，xl、 x2 為單元電壓輸出。所述一組儲(chǔ)能逆變器裝置如圖4b所示，分為儲(chǔ)能電容部分l、逆變部分2和儲(chǔ)能電容電 壓檢測(cè)環(huán)節(jié)3，直流母線側(cè)不需要電源供電，而只是在母線上并聯(lián)具有較大容量值的電容以 及電容電壓檢測(cè)環(huán)節(jié)，上述逆變部分為一組N電平逆變器結(jié)構(gòu)，其中，所述N是指儲(chǔ)能逆變 器裝置輸出相電壓的電平數(shù)，所述儲(chǔ)能逆變器裝置的三相輸出端ax， bx， cx接上述的H橋串 聯(lián)變頻裝置的一端。在實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能變頻器裝置上，可以采用二極管箝位型多電平結(jié)構(gòu)，以二極管箝位型三電平 為例，如圖5a，儲(chǔ)能電容電壓檢測(cè)環(huán)節(jié)1輸出兩路檢測(cè)信號(hào)，功率開關(guān)Su Sw、 Su S24和S『S34構(gòu)成三相三電平橋臂，12路PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)gU g14、 g21 g24、 g3i g34作為相應(yīng)功率開關(guān)的驅(qū)動(dòng)觸發(fā)信號(hào)，ax、 bx、 cx為裝置電壓輸出端子。也可以采用一級(jí)H功率單元結(jié)構(gòu)，如圖5b所示，儲(chǔ)能電容電壓檢測(cè)環(huán)節(jié)1輸出三路檢測(cè)信號(hào)，功率開關(guān)S『Sw、 S2i S24和S『S34分別構(gòu)成三相H橋功率單元的三電平橋臂，12路PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)gu gM、 g21 g24、 gM g34作為相應(yīng)功率開關(guān)的驅(qū)動(dòng)觸發(fā)信號(hào)，ax、 bx、 cx為裝置電壓輸出端子。所述全數(shù)字控制器的電路邏輯原理框圖見附圖6，以高性能數(shù)字信號(hào)微處理器(Digital Signal Processor)如TI公司的TMS320LF2812為核心，以6路PWM輸出口和1條I/O 口作 為輔助控制線，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)可編程門列陣器件(Field Programmable Gate Array/Complex Programmable Logic Device)如EPM7128S擴(kuò)展為6X^和12XN2路PWM輸出，然后經(jīng)驅(qū) 動(dòng)電路生成6XN!以及12XN2路驅(qū)動(dòng)PWM脈沖信號(hào)，去觸發(fā)6XN!以及12XN2個(gè)功率半 導(dǎo)體開關(guān)，其中l(wèi)條1/0 口作為故障時(shí)控制封鎖PWM脈沖輸出。模擬輸入接口電路完成信 號(hào)調(diào)理和隔離的功能，將N!路檢測(cè)到的儲(chǔ)能變頻裝置母線上的&個(gè)電容電壓信號(hào)，以及3 XN2路兩電平H橋功率單元母線上3XN2個(gè)母線電容電壓信號(hào)進(jìn)行變換后輸入到DSP的模 數(shù)轉(zhuǎn)換口。軟件實(shí)時(shí)計(jì)算出各個(gè)電容電壓值與設(shè)定的偏差，預(yù)測(cè)并發(fā)出實(shí)時(shí)的PWM控制脈 沖，以此動(dòng)態(tài)控制各個(gè)電容電壓在設(shè)定值，完成在電機(jī)快速啟動(dòng)、制動(dòng)及穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，各電 容電壓的動(dòng)態(tài)控制，實(shí)現(xiàn)整個(gè)變頻調(diào)速裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)，也由軟件生成的PWM信號(hào) 控制變頻裝置的交流電壓輸出。人機(jī)接口和通信單元通過(guò)串行通信接口完成鍵盤顯示以及和 PC機(jī)通信和監(jiān)控的功能；開關(guān)量輸入輸出單元完成系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控、功率器件過(guò)流、過(guò) 熱等故障保護(hù)功能，其他外圍控制功能，視具體實(shí)現(xiàn)要求而定。附圖7a， 7b為一個(gè)10kV高壓多電平變頻驅(qū)動(dòng)裝置的實(shí)現(xiàn)移相隔離變壓器的副邊輸出 9組三相交流電壓分別為al、 bl、 cl、 a2、 b2、 c2、 a3、 b3、 c3，原邊輸入10kV，副邊輸出 線電壓有效值為2200V，線電壓移相角度每三組分別為O度、20度、40度，可以使輸入功率 因數(shù)達(dá)到95%。儲(chǔ)能逆變器裝置采用二極管箝位型三電平結(jié)構(gòu)，如圖7a所示，中間直流環(huán)節(jié) 電容由兩組耐壓和容量相同的儲(chǔ)能電容組串聯(lián)，串聯(lián)中性點(diǎn)引出，作為三電平逆變橋的中點(diǎn)，采用電壓傳感器檢測(cè)單元電容電壓；Su S"、S2! S24和S3! S34為12個(gè)3300V耐壓的IGBT， 分別構(gòu)成三相三電平橋臂，由PWM驅(qū)動(dòng)單元發(fā)出的觸發(fā)信號(hào)gu gw 、 g21 g24和§31 &4
分別觸發(fā)開關(guān)管Sn S！4、 S21 S2^QS31 S34，箝位支路二極管為6個(gè)相同電壓等級(jí)的快恢 復(fù)功率二極管。兩電平H橋逆變單元結(jié)構(gòu)如圖2b所示，各個(gè)開關(guān)管采用3300V耐壓的IGBT， 每單元輸出交流電壓大于2000V，每相為三個(gè)兩電平H橋功率單元串聯(lián)，串聯(lián)后三相一端與 儲(chǔ)能逆變器裝置的輸出端相連，保證相連疊加后輸出相電壓大于6000V，輸出線電壓達(dá)到 10kV。圖7b為其對(duì)應(yīng)的全數(shù)字控制器電路邏輯原理圖，以高性能數(shù)字信號(hào)微處理器 TMS320LF2407A為核心，其6路PWM輸出口和1條I/O 口作為輔助控制線，通過(guò)FPGA/CPLD 器件EPM7128S擴(kuò)展為48路PWM輸出，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路生成48路驅(qū)動(dòng)信號(hào)，分別觸發(fā)儲(chǔ)能逆 變器裝置的12個(gè)IGBT以及9個(gè)兩電平H橋功率單元的36個(gè)IGBT， 2路檢測(cè)到的儲(chǔ)能電容 電壓信號(hào)以及9路H橋功率單元的母線電容電壓信號(hào)調(diào)理后，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)入DSP，其串口 輸出到鍵盤顯示，同時(shí)和PC機(jī)通信，開關(guān)量輸入輸出單元為系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控、IGBT過(guò) 流、熱保護(hù)功能。
權(quán)利要求1、帶儲(chǔ)能單元的多電平變頻驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述多電平變頻驅(qū)動(dòng)裝置含有多繞組副邊移相隔離變壓器，H橋串聯(lián)變頻器，儲(chǔ)能逆變器以及全數(shù)字控制器，其中多繞組副邊移相隔離變壓器，原邊為三相繞組，輸入電網(wǎng)電壓，副邊為多組三相繞組，每一組三相繞組輸出的線電壓相位依次移過(guò)相同相位角；H橋串聯(lián)變頻器，是一個(gè)控制電機(jī)用的三相變頻器，該變頻器的每一相由多級(jí)H橋功率變換單元串聯(lián)而成，所述每一相中的H橋功率變換單元的個(gè)數(shù)與所述變壓器副邊的三相繞組的組數(shù)相等，每一組三相繞組連接一個(gè)H橋功率變換單元，其中，所述的每一個(gè)H橋功率變換單元包括整流部分，逆變部分和直流母線電容及其檢測(cè)環(huán)節(jié)，其中整流部分，是三相功率二極管不可控整流器，其三相輸入端和所述多繞組副邊移相隔離變壓器副邊的輸出端相連，而輸出端并聯(lián)到所述直流母線電容及其檢測(cè)環(huán)節(jié)內(nèi)的直流母線電容上，直流母線電容及其檢測(cè)環(huán)節(jié)，含有直流母線電容以及電壓傳感器，電壓傳感器并聯(lián)在該直流母線電容上，檢測(cè)母線電容的電壓并輸出到所述全數(shù)字控制器的相應(yīng)模塊輸入端，逆變部分，是一種多電平H橋結(jié)構(gòu)，其橋臂與所述整流部分的輸出端相并聯(lián)，各相橋臂上串聯(lián)的各功率開關(guān)器件根據(jù)輸出電壓的等級(jí)的不同采用相應(yīng)等級(jí)的功率半導(dǎo)體開關(guān)元件；儲(chǔ)能逆變器，含有儲(chǔ)能電容部分，儲(chǔ)能用逆變器部分和儲(chǔ)能電容的電壓檢測(cè)環(huán)節(jié)，其中，電壓檢測(cè)環(huán)節(jié)是一個(gè)電壓傳感器，并聯(lián)在所述儲(chǔ)能電容上檢測(cè)儲(chǔ)能電容的電壓，并輸出到所述全數(shù)字控制器的相應(yīng)模塊的輸入端，儲(chǔ)能用逆變器部分，采用二極管箝位型多電平結(jié)構(gòu)，或者一級(jí)H橋功率單元結(jié)構(gòu)，各相橋臂上串聯(lián)的各功率開關(guān)器件根據(jù)輸出電壓等級(jí)的不同而采用相應(yīng)等級(jí)的功率半導(dǎo)體開關(guān)元件，所述儲(chǔ)能用逆變器部分的三個(gè)輸出端分別接到所述H橋串聯(lián)變頻器的三相中的一端；全數(shù)字控制器，含有數(shù)字信號(hào)微處理器DSP，脈寬調(diào)制信號(hào)擴(kuò)展電路，以及分別驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)能逆變器中各半導(dǎo)體功率開關(guān)器件和H橋串聯(lián)變頻器中各半導(dǎo)體功率開關(guān)器件的兩個(gè)脈寬信號(hào)PWM驅(qū)動(dòng)電路，其中數(shù)字信號(hào)微處理器DSP，設(shè)有兩組模擬輸入端，分別輸入所述儲(chǔ)能電容電壓的反饋信號(hào)以及H橋串聯(lián)變頻器中母線電容電壓的反饋信號(hào)，脈寬調(diào)制信號(hào)擴(kuò)展電路，采用FPGA或者CPLD，輸入端與所述數(shù)字信號(hào)微處理器DSP的PWM信號(hào)輸出端相連，第一PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路，輸入端與所述脈寬調(diào)制信號(hào)擴(kuò)展電路的相應(yīng)輸出端相連，輸出用于驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)能逆變器中的半導(dǎo)體功率開關(guān)器件，第二PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路，輸入端與所述脈寬調(diào)制信號(hào)擴(kuò)展電路的另一路輸出端相連，輸出用于驅(qū)動(dòng)H橋串聯(lián)變頻器中各H橋功率變換單元內(nèi)的半導(dǎo)體功率開關(guān)器件。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶儲(chǔ)能單元的多電平變頻驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述H橋串聯(lián) 變頻器用二極管箝位型多電平結(jié)構(gòu)代替。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶儲(chǔ)能單元的多電平變頻驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述H橋串聯(lián) 變頻器中的逆變器部分是一種兩電平H橋結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型屬于高壓多電平變頻技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于主電路由H橋串聯(lián)型變頻器和一組儲(chǔ)能逆變器裝置組成。H橋串聯(lián)型變頻器由多繞組隔離變壓器供電，儲(chǔ)能逆變器裝置連接有無(wú)源的儲(chǔ)能電容，儲(chǔ)能電容可根據(jù)相應(yīng)系統(tǒng)的功率等級(jí)選取。該變頻驅(qū)動(dòng)裝置三相橋臂的主開關(guān)器件根據(jù)輸出電壓等級(jí)和通過(guò)電流的不同，可選用相應(yīng)的功率半導(dǎo)體開關(guān)器件?？刂破饕愿咝阅軘?shù)字信號(hào)微處理器為核心生成PWM控制信號(hào)。該結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)H橋串聯(lián)型變頻器基礎(chǔ)上，增加了一組儲(chǔ)能逆變器裝置，不僅可以實(shí)現(xiàn)利用儲(chǔ)能電容動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)能量的目的，同時(shí)還可以使得電壓諧波含量小，提高了變頻驅(qū)動(dòng)裝置的效率和性能。
文檔編號(hào)H02M5/44GK201018419SQ20072010343
公開日2008年2月6日 申請(qǐng)日期2007年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月2日
發(fā)明者李永東, 饒建業(yè) 申請(qǐng)人:清華大學(xué)