專利名稱：一種新型高頻交交變換單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種新型高頻交交變換單元，采用由六組全控型功率開關(guān)器件連 接構(gòu)成的三橋臂變換電路，通過相應(yīng)的高頻PWM控制，可以直接實現(xiàn)將三相交流電變換成 一路電壓幅值與頻率可調(diào)的交流電輸出，可實現(xiàn)能量的雙向流動，可應(yīng)用于各種變頻器、變 流器以及變頻電源。
背景技術(shù)：
隨著變頻技術(shù)在各類電力電子設(shè)備中的廣泛應(yīng)用，其卓越的性能與節(jié)能效果，以 及高的性價比等諸多優(yōu)點，為廣大用戶所接受，特別是響應(yīng)國家節(jié)能減排政策，企業(yè)廣泛使 用各種變頻器、變流器以及變頻電源。這類設(shè)備中一般都采用交-直交拓撲變化結(jié)構(gòu)，存在 大量的電解電容器，難于直接實現(xiàn)能量回饋。如何提高這些設(shè)備的可靠性與使用壽命、減小 體積，并實現(xiàn)自身能量使用效率的最大化，成為目前技術(shù)創(chuàng)新的主要方向。
發(fā)明內(nèi)容常見變頻器、變流器和變頻電源的主電路拓撲一般為交直交結(jié)構(gòu)，即先將輸入三 相或多相交流電整流轉(zhuǎn)換成直流電，經(jīng)過大量電解電容器濾波，再通過逆變電路輸出電壓 幅值與頻率可調(diào)的交流電。該電路拓撲自身不具備能量雙向流動能力，如果需要另外增加 回饋電路。這種形式的電路結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境與壽命均有限制(由于中間直流環(huán)節(jié)存在大量 的電解電容器)，能量無法雙向流動，自身損耗較大(使用器件與變換環(huán)節(jié)多)。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是采用兩組全控型功率開關(guān)器件 連接構(gòu)成一個橋臂，這類器件包括IGBT、MOSFET、IGCT、GTO0每個橋臂的中點作為整個單 元的輸入端，由三個橋臂并聯(lián)連接兩端作為整個單元的輸出端，通過對相應(yīng)的全控型功率 開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷工作狀態(tài)進行高頻PWM控制，實現(xiàn)了將三相交流電輸入變換為一路 電壓幅值與頻率可調(diào)的交流電輸出。輸入端與輸出端可以互換，即當需要實現(xiàn)能量回饋時， 只需要改變高頻脈寬調(diào)制的邏輯即可。多個單元組合使用時各單元的輸出可直接串聯(lián)或并 聯(lián)。電路組成中沒有直流環(huán)節(jié)，輸入端到輸出端的電能變換為一次變換。該技術(shù)方案的輸 出電壓為三電平，輸出波形質(zhì)量有保證。輸入端三個電容的作用是輸入電源的濾波，以及當輸入通過變壓器進線時提供續(xù) 流通路。輸出側(cè)的續(xù)流電路則是在所有功率開關(guān)器件關(guān)斷時(如開關(guān)死區(qū)時間等)，為負載 RL提供續(xù)流通路，以保證負載電流的連續(xù)性。在高頻PWM控制的配合調(diào)整下，對于多相交流輸入條件下的實現(xiàn)，僅僅需要將主 電路中的橋臂相應(yīng)增加即可；而在要求實現(xiàn)多路交流輸出時，配合多重化輸入條件也同樣 只需要相應(yīng)增加本新型高頻交交單元的數(shù)量，即采用單元組合結(jié)構(gòu)。本實用新型的有益效果是，大大提高產(chǎn)品的使用壽命與可靠性(沒有中間直流環(huán) 節(jié))，降低了材料成本，有效減小了設(shè)備體積，方便地實現(xiàn)了能量雙向流動(可回饋)，回路 總的工作損耗減小，設(shè)備工作效率顯著提高。以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

圖1是以三相交流輸入為例時本實用新型的電路原理圖。圖2是在三相輸入時一個高頻交交變換單元的PWM電壓輸出波形。圖3是在三相輸入時兩個高頻交交變換單元級連使用的電路原理圖。圖4是在三相輸入時兩個高頻交交變換單元級連使用時的PWM電壓輸出波形。圖5是在三相輸入時η個高頻交交變換單元級連形成三相輸出驅(qū)動電機的電路原 理圖。在圖1中R、S、T為三相交流輸入，C1、C2、C3為輸入濾波與續(xù)流電容，Q1、Q2、Q3、 Q4、Q5、Q6為六組全控型功率開關(guān)器件，Controller為高頻PWM控制電路，Con_Cur為負載 續(xù)流電路，RL為輸出外接的負載。
具體實施方式
在圖1中，輸入為三相R、S、T，單相輸出負載為RL的高頻交交變換單元。全控型 功率開關(guān)器件Ql Q6按圖中原理構(gòu)成高頻交交變換單元主電路，通過高頻PWM控制電路， 按輸出電壓的要求，實現(xiàn)各開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷控制邏輯。輸入端的電容C1、C2、C3實現(xiàn) 對輸入的濾波與續(xù)流通路，輸出端的續(xù)流電路則用于實現(xiàn)特定時刻下負載RL的續(xù)流通路。 圖2為圖1條件下高頻交交變換單元的輸出電壓波形。在圖3所示實施例中，輸入為三相R、S、T，單相輸出負載為RL的變頻器、變流器或 變頻電源。通過輸入端變壓器向兩個高頻交交變換單元供電，將兩個高頻交交變換單元的 輸出端級連來實現(xiàn)兩重化輸出給負載。圖4為圖3實施例的輸出電壓波形。在圖5所示的另一個實施例中，輸入為三相R、S、T，三相輸出負載為交流電機的一 種中高壓變頻器實現(xiàn)方案。通過輸入端變壓器向3η個高頻交交變換單元供電，每相輸出為 η個高頻交交變換單元的級連輸出。級連單元數(shù)量根據(jù)要求的設(shè)計參數(shù)來確定。
權(quán)利要求一種新型高頻交交變換單元，它是由全控型功率開關(guān)器件連接構(gòu)成的，其特征是兩組全控型功率開關(guān)器件連接構(gòu)成一個橋臂，每個橋臂的中點作為整個單元的輸入端，由三個橋臂并聯(lián)連接兩端作為整個單元的輸出端，通過相應(yīng)的高頻PWM控制，將三相交流電輸入變換為一路電壓幅值與頻率可調(diào)的交流電輸出，輸入端與輸出端可以互換，電路組成中沒有直流環(huán)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型高頻交交變換單元，其特征是直接采用全控型功率開 關(guān)器件構(gòu)成單元主電路，這類全控型功率開關(guān)器件是通過控制信號實現(xiàn)其導(dǎo)通與關(guān)斷工作 狀態(tài)切換的，這類器件包括IGBT、M0SFET、IGCT, GTO0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型高頻交交變換單元，其特征是單元的輸入為三相交流電 輸入，其輸出為一路電壓幅值與頻率可調(diào)的交流電輸出，單元的輸出可直接串聯(lián)或并聯(lián)。
專利摘要本實用新型公開了一種新型高頻交交變換單元，通過采用該單元可實現(xiàn)將三相交流電輸入變換成一路電壓幅值與頻率可調(diào)的交流電輸出，同時可實現(xiàn)能量的雙向流動。本實用新型專利的主要特征是兩組全控型功率開關(guān)器件連接構(gòu)成一個橋臂，每個橋臂的中點作為整個單元的輸入端，由三個橋臂并聯(lián)連接兩端作為整個單元的輸出端，通過相應(yīng)的高頻PWM控制，將三相交流電輸入變換為一路電壓幅值與頻率可調(diào)的交流電輸出，輸入端與輸出端可以互換，電路組成中沒有直流環(huán)節(jié)，可應(yīng)用于各種變頻器、變流器以及變頻電源。
文檔編號H02M5/293GK201639488SQ200920175528
公開日2010年11月17日 申請日期2009年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月24日
發(fā)明者常東來, 曹?，q 申請人:常東來;曹海琿