專利名稱：用于單元串聯(lián)型高壓變頻器具有制動(dòng)功能的功率單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明用于單元串聯(lián)型高壓變頻器具有制動(dòng)功能的功率單元，屬于電力電子設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
變頻器是利用半導(dǎo)體功率器件的開(kāi)通和關(guān)斷作用將工頻交流電變換為頻率可調(diào)的交流電 能的變換裝置；該裝置先把工頻交流電變換為直流電，再把直流電變換為頻率可調(diào)的交流電 來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載；隨著微電子和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，作為21世紀(jì)電力電子技術(shù)的產(chǎn)物，高 壓變頻器在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并且發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。
目前廣泛使用的功率單元串聯(lián)型多電平高壓變頻器的結(jié)構(gòu)組成主要由多個(gè)復(fù)變繞組的 隔離移相變壓器、多個(gè)功率單元和控制系統(tǒng)組成，其中多個(gè)功率單元串聯(lián)組成頻率可調(diào)的高 壓交流電源；構(gòu)成這種高壓變頻器的功率單元的電路是由二極管整流橋，并聯(lián)在直流母線上 的大容量電容，并聯(lián)在這些電容上的均壓電阻和單相橋式逆變電路組成，但是這種功率單元 不具有電氣制動(dòng)功能。
工業(yè)中，高壓變頻器如果要求在二象限或四象限場(chǎng)合工作時(shí)，如果不能實(shí)現(xiàn)電氣制動(dòng)， 則不能滿足這些特殊領(lǐng)域的應(yīng)用，這種特殊的應(yīng)用領(lǐng)域要求變頻器帶負(fù)載急起急停，如果沒(méi) 有電氣制動(dòng)功能就不能實(shí)現(xiàn)急停，而現(xiàn)有有些自帶能量反饋功能的變頻器，其主要目的是為 了反饋能量，節(jié)約能源，但其使用不能滿足緊急制動(dòng)，且該自帶能量反饋功能的變頻器造價(jià) 昂貴，對(duì)于有些場(chǎng)合反饋能量不大，又要求快速制動(dòng)和啟動(dòng)時(shí)，就不太適合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，所要解決的問(wèn)題是提供在反饋能量不大，又要求快速 制動(dòng)和啟動(dòng)的場(chǎng)合下使用的一種串聯(lián)型高壓變頻器功率單元。
為了上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的方案為用于單元串聯(lián)型高壓變頻器具有制動(dòng)功能的功率 單元，它包括功率單元和制動(dòng)單元，所述功率單元包括順序連接的三相熔斷器組成的短路保 護(hù)電路、不可控橋式整流電路、由電容器組成的直流濾波電路、單相橋式逆變電路和功率單 元控制器，短路保護(hù)電路與不可控橋式整流電路相連，不可控橋式整流電路、直流濾波電路 和單相橋式逆變電路并聯(lián)在一起，單相橋式逆變電路還與功率單元控制電路相連，所述功率單元內(nèi)并聯(lián)有制動(dòng)單元，所述制動(dòng)單元由能耗制動(dòng)電路和制動(dòng)控制器組成，所述能耗制動(dòng)電 路由IGBT元件和制動(dòng)電阻串聯(lián)而成；
所述制動(dòng)控制器用于控制能耗制動(dòng)電路的導(dǎo)通與關(guān)斷，進(jìn)行能量消耗，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)；
所述能耗控制電路的控制方法為
第一步，初始化，進(jìn)入第二步；
第二步，實(shí)時(shí)測(cè)量能耗制動(dòng)電路的直流母線電壓值；進(jìn)入第三步； 第三步，測(cè)量值與直流母線電壓設(shè)定值相比較，進(jìn)入第四步；
第四步，測(cè)量值是否達(dá)到設(shè)定值的上限值，沒(méi)有達(dá)到上限值就進(jìn)行過(guò)壓顯示，如果達(dá)到 上限值就進(jìn)入第五步，
第五步，接通能耗制動(dòng)電路，進(jìn)入第六步；
第六步，測(cè)量值是否達(dá)到設(shè)定值的下限值，沒(méi)有達(dá)到就返回到第五步，達(dá)到下限值就進(jìn) 入第七步；
七步，斷開(kāi)能耗制動(dòng)電路。
所述直流母線電壓設(shè)定值的上限值為輸入交流電壓有效值的180%，直流母線電壓設(shè)定值 的下限值為輸入交流電壓有效值。
在不計(jì)功率單元自身?yè)p耗的情況下，單相逆變橋式電路的輸入直流母線電功率與能耗制
動(dòng)電路消耗的電功率相等。
上述制動(dòng)控制器的電路結(jié)構(gòu)為泵升電路依次連接有電壓滯環(huán)控制電路、光電隔離電路、 整形電路、放大電路、穩(wěn)壓濾波電路和輸出電路，輸出電路分別與能耗制動(dòng)電路和電流保護(hù) 電路相連。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果
功率單元控制電路接收光纖傳送來(lái)的變頻器運(yùn)行指令，經(jīng)過(guò)接收解碼電路的處理，控制 單相橋式逆變電路的工作狀態(tài)；當(dāng)變頻器處于加速和正常負(fù)載運(yùn)行時(shí)，單相橋式逆變電路的 IGBT開(kāi)通，將電網(wǎng)輸入的電能經(jīng)單相橋式逆變電路傳輸給負(fù)載；而在變頻器處于快速制動(dòng)或 負(fù)載下放重物時(shí)，逆變橋的IGBT關(guān)斷，將負(fù)載的動(dòng)能或位能轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)逆變橋中的反饋 二極管輸入直流母線的電容器，電容器開(kāi)始充電，當(dāng)電容器的充電電壓超過(guò)泵升電壓值時(shí)， 開(kāi)通制動(dòng)單元，將負(fù)載的再生能量消耗在制動(dòng)電阻中；而且，本發(fā)明采用的功率器件是由滿 足功率單元內(nèi)部電壓標(biāo)準(zhǔn)的低壓器件構(gòu)成，故成本低廉。本發(fā)明還很好地解決了功率單元串
聯(lián)型高壓變頻器實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行的目的，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、損耗小、實(shí)現(xiàn)容易、成本低、功率因 數(shù)高、對(duì)電網(wǎng)無(wú)諧波污染，由該功率單元構(gòu)成的高壓變頻器，不僅具有普通變頻器的全部功能特征，而且在調(diào)速系統(tǒng)快速制動(dòng)或下放重物等情況下，能方便地進(jìn)行四象限運(yùn)行，得到很 好的制動(dòng)效果。
本發(fā)明特別適合高壓變頻器在二象限或四象限場(chǎng)合工作，能實(shí)現(xiàn)電氣制動(dòng)，能夠滿足高 壓變頻器在特殊的領(lǐng)域要求變頻器帶負(fù)載急起急停，對(duì)于這些場(chǎng)合反饋能量不大，又要求快 速制動(dòng)和啟動(dòng)時(shí)，就特別適合，因此是能夠滿足高壓變頻器運(yùn)行于二象限或四象限的很好技 術(shù)方案，并能減少工礦條件下的使用成本。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明用于單元串聯(lián)型高壓變頻器具有制動(dòng)功能的功率單元作進(jìn)一步描
述
圖1為本發(fā)明用于單元串聯(lián)型高壓變頻器具有制動(dòng)功能的功率單元電路原理圖； 圖2為圖1所示的本發(fā)明中制動(dòng)控制器6控制程序的流程圖； 圖3為圖1所示的制動(dòng)控制器6的電路原理圖。
其中，l為短路保護(hù)電路、2為不可控橋式整流電路、3為直流濾波電路、4為能耗制動(dòng) 電路、5為單相橋式逆變電路、6為制動(dòng)控制器、7為功率單元控制電路、8為功率單元、9 為制動(dòng)單元、IO為IGBT元件、ll為制動(dòng)電阻、12為光電隔離電路、13為整形電路、14為 放大電路、15為穩(wěn)壓濾波電路、16為輸出電路、17為電流保護(hù)電路、18為泵升電路、19為 電壓滯環(huán)控制電路。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示的本發(fā)明用于單元串聯(lián)型高壓變頻器具有制動(dòng)功能的功率單元的電路原理 圖，將現(xiàn)有的串聯(lián)型高壓變頻器中的功率單元換成本發(fā)明的具有制動(dòng)功能的功率單元，它包 括功率單元8和制動(dòng)單元9，所述功率單元8包括順序連接的三相熔斷器組成的短路保護(hù)電 路l、不可控橋式整流電路2、由電容器組成的直流濾波電路3、單相橋式逆變電路5和功率 單元控制器7,短路保護(hù)電路1與不可控橋式整流電路2相連，不可控橋式整流電路2、直流 濾波電路3和單相橋式逆變電路5并聯(lián)在一起，單相橋式逆變電路5還與功率單元控制電路7 相連，所述功率單元8內(nèi)并聯(lián)有制動(dòng)單元9，所述制動(dòng)單元9由能耗制動(dòng)電路4和制動(dòng)控制 器6組成，所述能耗制動(dòng)電路4由IGBT元件10和制動(dòng)電阻11串聯(lián)而成。
所述制動(dòng)控制器6用于控制能耗制動(dòng)電路4的導(dǎo)通與關(guān)斷，進(jìn)行能量消耗，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)在 不計(jì)功率單元8自身?yè)p耗的情況下，單相逆變橋式電路5的輸入直流母線電功率與能耗制動(dòng) 電路4消耗的電功率相等。
圖2為圖1所示的本發(fā)明中制動(dòng)控制器6的流程圖，其工作流程為-首先[初始化]201，然后進(jìn)入[實(shí)時(shí)測(cè)量]202，實(shí)時(shí)測(cè)量能耗制動(dòng)電路4的直流母線電壓值；然后進(jìn)入[測(cè)量值是否達(dá)到上限值]203，進(jìn)行比較判斷，如果沒(méi)有達(dá)到上限值就進(jìn)入[過(guò)壓顯示]204進(jìn)行數(shù)值顯示，如果達(dá)到上限值就進(jìn)入[接通能耗制動(dòng)電路]205進(jìn)行能量消耗；再進(jìn)入[測(cè)量值是否為下限值]206進(jìn)行判斷，如果沒(méi)有達(dá)到下限值就再返回進(jìn)入[接通能耗制動(dòng)電路]205進(jìn)行能量消耗；如果達(dá)到下限值就進(jìn)入[斷開(kāi)能耗制動(dòng)電路]207，完成能量消耗，達(dá)到制動(dòng)的功效。
圖3為圖1所示的制動(dòng)控制器6的電路原理圖，制動(dòng)控制器6的電路結(jié)構(gòu)為泵升電路18依次連接有電壓滯環(huán)控制電路19、光電隔離電路12、整形電路13、放大電路14、穩(wěn)壓濾波電路15和輸出電路16，輸出電路16分別與能耗制動(dòng)電路4和電流保護(hù)電路17相連，所述的泵升電路18和電壓滯環(huán)控制電路19一起集成在MCS8031上，而光電隔離電路12、整形電路13、放大電路14、穩(wěn)壓濾波電路15、輸出電路16和電流保護(hù)電路17 —起集成在混合IC驅(qū)動(dòng)器EXB850上，所述泵升電路18、電壓滯環(huán)控制電路19、光電隔離電路12、整形電路13、放大電路14、穩(wěn)壓濾波電路15、輸出電路16和電流保護(hù)電路17均為常規(guī)電路。
權(quán)利要求
1、用于單元串聯(lián)型高壓變頻器具有制動(dòng)功能的功率單元，它包括功率單元(8)和制動(dòng)單元(9)，所述功率單元(8)包括順序連接的三相熔斷器組成的短路保護(hù)電路(1)、不可控橋式整流電路(2)、由電容器組成的直流濾波電路(3)、單相橋式逆變電路(5)和功率單元控制器(7)，短路保護(hù)電路(1)與不可控橋式整流電路(2)相連，不可控橋式整流電路(2)、直流濾波電路(3)和單相橋式逆變電路(5)并聯(lián)在一起，單相橋式逆變電路(5)還與功率單元控制電路(7)相連，其特征在于所述功率單元(8)內(nèi)并聯(lián)有制動(dòng)單元(9)，所述制動(dòng)單元(9)由能耗制動(dòng)電路(4)和制動(dòng)控制器(6)組成，所述能耗制動(dòng)電路(4)由IGBT元件(10)和制動(dòng)電阻(11)串聯(lián)而成；所述制動(dòng)控制器(6)用于控制能耗制動(dòng)電路(4)的導(dǎo)通與關(guān)斷，進(jìn)行能量消耗，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)；所述能耗制動(dòng)電路(4)的控制方法為第一步，初始化，進(jìn)入第二步；第二步，實(shí)時(shí)測(cè)量能耗制動(dòng)電路(4)的直流母線電壓值；進(jìn)入第三步；第三步，測(cè)量值與直流母線電壓設(shè)定值相比較，進(jìn)入第四步；第四步，測(cè)量值是否達(dá)到設(shè)定值的上限值，沒(méi)有達(dá)到上限值就進(jìn)行過(guò)壓顯示，如果達(dá)到上限值就進(jìn)入第五步；第五步，接通能耗制動(dòng)電路(4)，進(jìn)入第六步；第六步，測(cè)量值是否達(dá)到設(shè)定值的下限值，沒(méi)有達(dá)到就返回到第五步，達(dá)到下限值就進(jìn)入第七步；第七步，斷開(kāi)能耗制動(dòng)電路(4)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于單元串聯(lián)型高壓變頻器具有制動(dòng)功能的功率單元，其特征 在于所述直流母線電壓設(shè)定值的上限值為輸入交流電壓有效值的180%，直流母線電壓設(shè)定值的下限值為輸入交流電壓有效值。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于單元串聯(lián)型高壓變頻器具有制動(dòng)功能的功率單元， 其特征在于在不計(jì)功率單元(8)自身?yè)p耗的情況下，單相逆變橋式電路(5)的輸入直流母線 電功率與能耗制動(dòng)電路(4)消耗的電功率相等。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于單元串聯(lián)型高壓變頻器具有制動(dòng)功能的功率單元，其特 征在于制動(dòng)控制器(6)的電路結(jié)構(gòu)為泵升電路(18)依次連接有電壓滯環(huán)控制電路(19)、光 電隔離電路(12)、整形電路(13)、放大電路(14)、穩(wěn)壓濾波電路(15)和輸出電路(16)，輸出 電路分別與能耗制動(dòng)電路(4)和電流保護(hù)電路(17)相連。
全文摘要
本發(fā)明用于單元串聯(lián)型高壓變頻器具有制動(dòng)功能的功率單元，屬于電力電子設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，所要解決的問(wèn)題是提供在反饋能量不大，又要求快速制動(dòng)和啟動(dòng)的場(chǎng)合下使用的一種串聯(lián)型高壓變頻器功率單元，而采用的技術(shù)的方案是用于單元串聯(lián)型高壓變頻器具有制動(dòng)功能的功率單元，它包括功率單元和制動(dòng)單元，所述功率單元包括順序連接的短路保護(hù)電路、橋式整流電路、直流濾波電路、逆變電路和功率單元控制器，短路保護(hù)電路與整流電路相連，整流電路、直流濾波電路和逆變電路并聯(lián)在一起，逆變電路還與功率單元控制電路相連，所述功率單元內(nèi)并聯(lián)有制動(dòng)單元，制動(dòng)單元由能耗制動(dòng)電路和制動(dòng)控制器組成，本發(fā)明可應(yīng)用于各種高壓變頻器中。
文檔編號(hào)H02M5/00GK101635519SQ20091007521
公開(kāi)日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2009年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月23日
發(fā)明者付國(guó)軍, 李軒青 申請(qǐng)人:山西科達(dá)自控工程技術(shù)有限公司