一種變頻電機(jī)一體化裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種變頻電機(jī)一體化裝置，包括逆變主電路和電機(jī)，電機(jī)包括復(fù)數(shù)組獨(dú)立的三相繞組，不同組的三相繞組之間相互電氣隔離；逆變主電路包括與電機(jī)三相繞組數(shù)量相同的三相逆變電路，每個(gè)三相逆變電路的輸出端接一組三相繞組；三相逆變電路的直流輸入端串聯(lián)，共同承擔(dān)逆變主電路總的直流母線電壓。本發(fā)明變頻電機(jī)一體化裝置的三相逆變電路功率半導(dǎo)體器件數(shù)量少，可以使用低耐壓的功率半導(dǎo)體器件，且器件不需要串聯(lián)，就可滿足應(yīng)用要求，徹底解決了器件串聯(lián)所固有的均壓?jiǎn)栴}；同時(shí)，三相逆變電路的輸出電壓較低，dv/dt比較小，可以省略輸出濾波器，節(jié)約了成本，減小了設(shè)備體積。
【專利說(shuō)明】一種變頻電機(jī)一體化裝置
[【技術(shù)領(lǐng)域】]
[0001 ] 本發(fā)明涉及變頻電機(jī)，尤其涉及一種變頻電機(jī)一體化裝置。
[【背景技術(shù)】]
[0002]近年來(lái)，為了進(jìn)一步提高交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的整體性能，變頻電機(jī)一體化裝置越來(lái)越多地得到應(yīng)用。
[0003]變頻電機(jī)一體化裝置是指“將變頻器與電動(dòng)機(jī)整體兼容設(shè)計(jì)、整體集成在同一個(gè)殼體內(nèi)的機(jī)電一體化裝置”或“將變頻器與電動(dòng)機(jī)整體兼容設(shè)計(jì)、二者具有兼容的接口和適合現(xiàn)場(chǎng)安裝的外殼且可毗鄰安裝的成套裝置”。
[0004]與傳統(tǒng)的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念不同，變頻電機(jī)一體化裝置是將變頻器和電機(jī)二者作為一個(gè)整體來(lái)考慮，變頻器與電機(jī)集成在同一個(gè)機(jī)殼內(nèi)，或變頻器與電機(jī)有相近的防護(hù)結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)場(chǎng)安裝。變頻電機(jī)一體化裝置具有變頻器與電機(jī)集成在同一個(gè)結(jié)構(gòu)體內(nèi)和變頻器與電機(jī)結(jié)構(gòu)獨(dú)立、接口兼容且毗鄰安裝這二種結(jié)構(gòu)形式。
[0005]隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，以IGBT、IGCT等功率半導(dǎo)體器件為核心的變頻調(diào)速技術(shù)已成為交流電機(jī)變頻調(diào)速控制的主要技術(shù)手段。在交流額定輸入電壓IKV以上的變頻電機(jī)一體化裝置中，由于工作電壓高，所以對(duì)功率半導(dǎo)體器件的耐壓也提出了較高要求。但受到功率半導(dǎo)體器件制造技術(shù)水平的制約，目前業(yè)界還不能大批量生產(chǎn)出性價(jià)比非常好的耐壓超過(guò)6.5KV的功率半導(dǎo)體器件。因此，在交流額定輸入電壓IKV以上的變頻電機(jī)一體化裝置中，目前的逆變主電路方案都是器件直接串聯(lián)逆變器方案或三電平逆變器方案。
[0006]器件直接串聯(lián)逆變器方案如圖1所示(2個(gè)器件串聯(lián)的示例)。該方案中，每個(gè)逆變橋臂采用多個(gè)耐壓較低的IGBT直接串聯(lián)，以滿足高壓應(yīng)用的要求。
[0007]三電平逆變器方案如圖2所示。該方案中，每個(gè)逆變橋臂采用兩個(gè)IGBT串聯(lián)，二個(gè)串聯(lián)的IGBT之間再通過(guò)鉗位二極管接入直流回路濾波電容的中點(diǎn)，這樣，可以用耐壓較低的IGBT來(lái)滿足高壓應(yīng)用要求。
[0008]目前，也有研究五電平結(jié)構(gòu)的，還有用多個(gè)直接串聯(lián)的IGBT來(lái)替代三電平逆變器中一個(gè)IGBT的，這些都是用多個(gè)IGBT串聯(lián)來(lái)進(jìn)一步提高功率器件耐壓、滿足更高電壓應(yīng)用要求的技術(shù)措施，屬于器件直接串聯(lián)逆變器方案和三電平逆變器方案的技術(shù)延伸。
[0009]器件直接串聯(lián)逆變器方案的最大問(wèn)題是器件的均壓?jiǎn)栴}。因?yàn)楦唠妷菏强慷鄠€(gè)串聯(lián)器件共同承擔(dān)的，串聯(lián)器件之間需要均壓，如果電壓不均衡，則承受電壓高的器件容易造成過(guò)壓擊穿。但是，串聯(lián)器件開(kāi)關(guān)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)均壓是個(gè)非常大的技術(shù)難題，目前還沒(méi)有有效的技術(shù)手段，所以，器件直接串聯(lián)逆變器方案的運(yùn)行可靠性非常低。
[0010]另外，器件直接串聯(lián)逆變器方案的輸出電壓dv/dt非常高，對(duì)電機(jī)繞組的絕緣有危害，需要配置價(jià)格昂貴、體積龐大的輸出濾波器。
[0011]雖然三電平逆變器方案在輸出電壓dv/dt方面比器件直接串聯(lián)逆變器方案有較大改善，但其dv/dt仍然很高，仍需要配置輸出濾波器，只不過(guò)濾波器的電感量可以小一些。
[0012]三電平逆變器方案的另一個(gè)缺點(diǎn)是使用功率半導(dǎo)體器件較多。其每個(gè)逆變橋臂需要3個(gè)功率半導(dǎo)體器件(2個(gè)IGBT和I個(gè)二極管)，一個(gè)三電平逆變器共需要18個(gè)功率半導(dǎo)體器件，成本較高。
[0013]對(duì)于更高電壓等級(jí)的應(yīng)用，例如6KV及以上的變頻調(diào)速系統(tǒng)，三電平逆變器同樣需要采用器件直接串聯(lián)技術(shù)才能滿足如此高電壓的應(yīng)用要求，這時(shí)，器件直接串聯(lián)技術(shù)所固有的均壓?jiǎn)栴}和dv/dt問(wèn)題將會(huì)使三電平逆變器的運(yùn)行可靠性大大下降。
[
【發(fā)明內(nèi)容】
]
[0014]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種逆變電路可靠性高、不需要配置輸出濾波器的變頻電機(jī)一體化裝置。
[0015]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種變頻電機(jī)一體化裝置，包括逆變主電路和電機(jī)，電機(jī)包括復(fù)數(shù)組獨(dú)立的三相繞組,不同組的三相繞組之間相互電氣隔離；逆變主電路包括與電機(jī)三相繞組數(shù)量相同的三相逆變電路，每個(gè)三相逆變電路的輸出端接一組三相繞組；各三相逆變電路的直流輸入端串聯(lián)，共同承擔(dān)逆變主電路總的直流母線電壓。
[0016]以上所述的變頻電機(jī)一體化裝置，每個(gè)三相逆變電路包括一個(gè)直流支撐電容和6個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，6個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成三相逆變橋，輸出頻率可變、幅值可變的三相電壓；直流支撐電容接在三相逆變電路的輸入端。
[0017]與三電平逆變器的方案相比，本發(fā)明節(jié)省了高壓鉗位二極管，所以，本發(fā)明使用的功率半導(dǎo)體器件數(shù)量少，成本低。因總的直流母線電壓是由多個(gè)三相逆變器平均分擔(dān)的，所以，每個(gè)三相逆變器的直流母線電壓只有總的直流母線電壓的I/η。這樣，三相逆變器就可以使用低耐壓的功率半導(dǎo)體器件，且器件不需要串聯(lián)，就可滿足應(yīng)用要求，徹底解決了器件直接串聯(lián)方案所固有的器件均壓?jiǎn)栴}。本發(fā)明三相逆變器的輸出電壓dv/dt較小，亦不再需要輸出濾波器，節(jié)約了成本，減小了設(shè)備體積。本發(fā)明的電機(jī)部分具有多個(gè)獨(dú)立的三相繞組，這些三相繞組可以設(shè)計(jì)成同相位的，也可以相差一定的電角度。逆變器與電機(jī)整體兼容設(shè)計(jì)，根據(jù)電機(jī)繞組是按同相位設(shè)計(jì)還是按相差一定電角度設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，逆變主電路的控制器可控制各三相逆變器按同相位輸出或按相差一定電角度輸出，集中控制電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行。這樣，該多繞組電機(jī)的許多優(yōu)點(diǎn)都能得到發(fā)揮，例如磁場(chǎng)空間諧波小、低頻轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、輸出轉(zhuǎn)矩大、電機(jī)效率高。
[【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】]
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0019]圖1是現(xiàn)有技術(shù)器件直接串聯(lián)逆變電路原理圖。
[0020]圖2是現(xiàn)有技術(shù)三電平逆變電路原理圖。
[0021]圖3是本發(fā)明采用η個(gè)三相逆變電路串聯(lián)的變頻電機(jī)一體化裝置原理圖。
[0022]圖4是本發(fā)明實(shí)施例1采用2個(gè)三相逆變電路串聯(lián)的變頻電機(jī)一體化裝置原理圖。
[0023]圖5是本發(fā)明實(shí)施例2采用3個(gè)三相逆變電路串聯(lián)的變頻電機(jī)一體化裝置原理圖。
[0024]圖6是本發(fā)明實(shí)施例3采用4個(gè)三相逆變電路串聯(lián)的變頻電機(jī)一體化裝置原理圖。
[0025]圖7是本發(fā)明實(shí)施例4采用5個(gè)三相逆變電路串聯(lián)的變頻電機(jī)一體化裝置原理圖。
[0026]圖8是本發(fā)明實(shí)施例5采用6個(gè)三相逆變電路串聯(lián)的變頻電機(jī)一體化裝置原理圖。
[【具體實(shí)施方式】]
[0027]發(fā)明采用n個(gè)三相逆變電路串聯(lián)的變頻電機(jī)一體化裝置的原理如圖3所示，(圖中省略了變頻電路的整流部分，只描述逆變部分)。變頻電機(jī)一體化裝置的工作電路包括逆變主電路和電機(jī)繞組二部分。逆變主電路由η個(gè)(n≥2)電壓較低的三相逆變器組成，這些三相逆變器的直流輸入端串聯(lián)，共同承擔(dān)總的直流母線電壓Udc。電機(jī)部分具有多個(gè)獨(dú)立的三相繞組，這些三相繞組可以是同相位的，也可以相差一定的電角度。逆變器與電機(jī)整體兼容設(shè)計(jì)，三相逆變器的個(gè)數(shù)與電機(jī)三相繞組的個(gè)數(shù)完全相同。每個(gè)三相逆變器的輸出端連接一個(gè)三相繞組，為該三相繞組提供變頻電源。根據(jù)電機(jī)繞組是按同相位設(shè)計(jì)還是按相差一定電角度設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，可控制各三相逆變器按同相位輸出或按相差一定電角度輸出，控制電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行。
[0028]每個(gè)三相逆變器由一個(gè)直流支撐電容和6個(gè)功率半導(dǎo)體器件(如IGBT、IGCT等)組成，直流支撐電容接在三相逆變電路的輸入端；6個(gè)功率半導(dǎo)體器件構(gòu)成三相逆變橋，輸出頻率可變、幅值可變的三相電壓。與三電平逆變器的方案相比，本發(fā)明節(jié)省了高壓鉗位二極管，所以，本發(fā)明使用的功率半導(dǎo)體器件數(shù)量少，成本低。
[0029]因總的直流母線電壓Udc是由多個(gè)三相逆變器平均分擔(dān)的，所以，每個(gè)三相逆變器的直流母線電壓只有總的直流母線電壓Udc的I/η。這樣，三相逆變器就可以使用低耐壓的功率半導(dǎo)體器件，且器件不需要串聯(lián)，就可滿足應(yīng)用要求，徹底解決了器件直接串聯(lián)方案所固有的器件均壓?jiǎn)栴}。
[0030]同理，因三相逆變器的直流母線電壓只有總的直流母線電壓Udc的1/n，所以逆變器輸出電壓的dv/dt也比較小，當(dāng)電機(jī)與逆變器采用絕緣兼容設(shè)計(jì)時(shí)，完全可以省略輸出濾波器。
[0031]如圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例1的逆變主電路采用2個(gè)三相逆變器串聯(lián)，適用于電網(wǎng)額定電壓4.16KV及以下的應(yīng)用場(chǎng)合:
[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種變頻電機(jī)一體化裝置，包括逆變主電路和電機(jī)，其特征在于，電機(jī)包括復(fù)數(shù)組獨(dú)立的三相繞組，不同組的三相繞組之間相互電氣隔離；逆變主電路包括與電機(jī)三相繞組數(shù)量相同的三相逆變電路，每個(gè)三相逆變電路的輸出端接一組三相繞組；各三相逆變電路的直流輸入端串聯(lián)，共同承擔(dān)逆變主電路總的直流母線電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻電機(jī)一體化裝置，其特征在于，每個(gè)三相逆變電路包括一個(gè)直流支撐電容和6個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，6個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成三相逆變橋，輸出頻率可變、幅值可變的三相電壓；直流支撐電容接在三相逆變電路的輸入端。
【文檔編號(hào)】H02P27/06GK103633863SQ201310574948
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】李瑞常, 羅自永 申請(qǐng)人:深圳市庫(kù)馬克新技術(shù)股份有限公司