一種能量回饋功率單元及能量回饋系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于電力電子技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域，提供了一種能量回饋功率單元及能量回饋系統(tǒng)，包括三相逆變電路、輸出濾波電路、能量突變吸收電路以及控制電路；三相逆變電路的輸入端連接變頻器直流母線的第一端和第二端，三相逆變電路的輸出端連接輸出濾波電路的輸入端，輸出濾波電路的輸出端連接電網(wǎng)；能量突變吸收電路與三相逆變電路并聯(lián)連接在變頻器直流母線的第一端和第二端之間；控制電路的輸出端連接三相逆變電路的控制端和能量突變吸收電路的控制端。本實(shí)用新型避免了損壞變頻器的內(nèi)部充電電阻，并且通過(guò)減小整體設(shè)備的過(guò)載能力余量，合理的降低了成本，提高了整體設(shè)備的可靠性。
【專利說(shuō)明】一種能量回饋功率單元及能量回饋系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電力電子技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種能量回饋功率單元及能量回饋系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]據(jù)有關(guān)部門不完全統(tǒng)計(jì)，從上個(gè)世紀(jì)80年代開(kāi)始，全球年發(fā)電量中約有70%的電量是被電機(jī)消耗用去的。因此，非常有必要根據(jù)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，使其節(jié)約或減少用電量，并同時(shí)滿足生產(chǎn)工藝要求。變頻器是目前最有效也是技術(shù)很成熟的電機(jī)控制工業(yè)產(chǎn)品，特別是上個(gè)世紀(jì)末期，電力半導(dǎo)體功率器件IGBT技術(shù)的逐漸成熟，使得變頻器的性能有了飛速發(fā)展。
[0003]在目前市面上，最常用的是通用變頻器，其主要是利用電力半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)器件依照控制器發(fā)出的PWM波信號(hào)開(kāi)通與關(guān)斷，將不可變工頻電源轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)的電能變換裝置。其工作原理是把工頻的電能通過(guò)整流電路變?yōu)殡妷河屑y波的直流電，隨后通過(guò)濾波電路，使其變?yōu)殡妷悍€(wěn)定的直流電源，最后再把穩(wěn)定的直流電通過(guò)功率開(kāi)關(guān)器件變換為頻率可調(diào)的交流電供給電機(jī)。變頻器功能的多樣化，使其控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)節(jié)能和滿足大部分生產(chǎn)工藝需求。
[0004]由于通用變頻器的整流環(huán)節(jié)采用半導(dǎo)體不可控或半控功率器件，其不具有電能可逆的缺點(diǎn)，特別是在礦山提升、港口塔吊、油田抽油機(jī)、離心機(jī)、電梯、測(cè)功機(jī)等生產(chǎn)行業(yè)，當(dāng)電機(jī)在某個(gè)工作狀態(tài)(例如制動(dòng)狀態(tài))時(shí)，處于發(fā)電狀態(tài)，這部分電能通過(guò)變頻器的逆變電路中反向并聯(lián)二極管，送到變頻器直流母線端，使其直流母線電壓升高，如果這部分電能不給與處理，變頻器會(huì)出現(xiàn)直流母線過(guò)壓故障，造成變頻器停止運(yùn)行?，F(xiàn)有技術(shù)中通常采用能耗制動(dòng)單元或能量回饋單元來(lái)解決上述問(wèn)題，由于能耗制動(dòng)單元技術(shù)簡(jiǎn)單、成本低，用量較大，但其缺點(diǎn)是它把電機(jī)發(fā)出的電能通過(guò)電阻以發(fā)熱的方式浪費(fèi)掉，是整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)電率不高。而能量回饋單元是把機(jī)發(fā)出的電能通過(guò)逆變成符合電網(wǎng)要求的交流電，回送給電網(wǎng)系統(tǒng)，供周邊其它用電設(shè)備使用。但其缺點(diǎn)控制技術(shù)復(fù)雜、成本較高，推廣應(yīng)用有所受限，不過(guò)它的節(jié)能和高效能夠彌補(bǔ)其缺點(diǎn)不足，同時(shí)隨著節(jié)能政策的實(shí)施，應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣。
[0005]能量回饋單元與變頻器直流母線兩端相連，前者內(nèi)部的濾波電容的電容值一般很小。在設(shè)備上電時(shí)，其借用變頻器內(nèi)部充電電阻給自身的濾波電容充電，因此，存在損壞變頻器內(nèi)部充電電阻的情況。另外，在能量回饋單元運(yùn)行狀態(tài)過(guò)程中，存在負(fù)載在短時(shí)間內(nèi)突變的情況，會(huì)造成能量回饋單元的回饋電流突變，并且負(fù)載突變間隔周期也較長(zhǎng)，因此在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)能量回饋單元時(shí)，要放大設(shè)備過(guò)載能力的余量，造成可靠性降低及成本過(guò)高。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型為解決現(xiàn)有技術(shù)中的在能量回饋單元時(shí)由于放大設(shè)備過(guò)載能力的余量而成可靠性降低及成本過(guò)高的缺陷，提供一種能量回饋功率單元及能量回饋系統(tǒng)。
[0007]本實(shí)用新型實(shí)施例一種能量回饋功率單元，包括三相逆變電路、輸出濾波電路、能量突變吸收電路以及控制電路；
[0008]所述三相逆變電路的輸入端連接變頻器直流母線的第一端和第二端，所述三相逆變電路的輸出端連接所述輸出濾波電路的輸入端，所述輸出濾波電路的輸出端連接電網(wǎng)；
[0009]所述能量突變吸收電路與所述三相逆變電路并聯(lián)連接在所述變頻器直流母線的第一端和第二端之間；
[0010]所述控制電路的輸出端連接所述三相逆變電路的控制端和所述能量突變吸收電路的控制端。
[0011]所述能量突變吸收電路包括開(kāi)關(guān)器件和能量消耗器件；
[0012]所述能量消耗器件的輸入端連接所述變頻器直流母線的第一端，所述能量消耗器件的輸出端連接所述開(kāi)關(guān)器件的輸入端，所述開(kāi)關(guān)器件的輸出端連接所述變頻器直流母線的第二端，所述開(kāi)關(guān)器件的控制端連接所述控制電路的輸出端。
[0013]所述開(kāi)關(guān)器件為IGBT，所述能量消耗器件為電阻。
[0014]所述開(kāi)關(guān)器件為三極管，所述三極管的集電極為所述開(kāi)關(guān)器件的輸入端，所述三極管的發(fā)射極為所述開(kāi)關(guān)器件的輸出端，所述三極管的基極為所述開(kāi)關(guān)器件的控制端；
[0015]或者，所述開(kāi)關(guān)器件為場(chǎng)效應(yīng)管，所述場(chǎng)效應(yīng)管的源極為所述開(kāi)關(guān)器件的輸入端，所述場(chǎng)效應(yīng)管的漏極為所述開(kāi)關(guān)器件的輸出端，所述場(chǎng)效應(yīng)管的柵極為所述開(kāi)關(guān)器件的控制端。
[0016]所述能量回饋功率單元還包括軟起電路，所述軟起電路的輸入端連接所述變頻器直流母線的第一端，所述軟起電路的輸出端連接所述三相逆變電路的第一輸入端，所述軟起電路的控制端連接所述控制電路的輸出端。
[0017]所述軟起電路包括:第一電阻和開(kāi)關(guān)元件，所述第一電阻和所述開(kāi)關(guān)元件并聯(lián)連接，所述第一電阻的一端連接所述變頻器直流母線的一端，所述第一電阻的另一端連接所述三相逆變電路的第一輸入端，所述開(kāi)關(guān)元件的控制端連接所述控制電路的輸出端。
[0018]所述能量回饋功率單元還包括均壓濾波電路，所述均壓濾波電路的輸入端連接所述軟起電路的輸出端，所述均壓濾波電路的輸出端連接所述變頻器直流母線的第二端。
[0019]所述均壓濾波電路包括:第一電解電容、第二電解電容、第二電阻以及第四電阻；
[0020]所述第一電解電容的正極連接所述第二電阻的一端，所述第一電解電容的負(fù)極連接所述第二電阻的另一端、所述第四電阻的一端以及所述第二電解電容的正極，所述第二電解電容的負(fù)極連接所述第四電阻的另一端，所述第一電解電容的正極為所述均壓濾波電路的輸入端，所述第二電解電容的負(fù)極為所述均壓濾波電路的輸出端。
[0021]所述能量回饋功率單元包括電壓信號(hào)檢測(cè)調(diào)理電路，所述電壓信號(hào)檢測(cè)調(diào)理電路的輸入端連接所述三相逆變電路的第一輸入端和所述變頻器直流母線的第二端，所述電壓信號(hào)檢測(cè)調(diào)理電路的輸出端連接所述控制電路的輸入端。
[0022]所述能量回饋功率單元還包括電流信號(hào)檢測(cè)調(diào)理電路，所述電流信號(hào)檢測(cè)調(diào)理電路的輸入端連接所述三相逆變電路的輸出端，所述電流信號(hào)檢測(cè)調(diào)理電路的輸出端連接所述控制電路的輸出端。
[0023]本實(shí)用新型實(shí)施例還提供一種能量回饋系統(tǒng)，包括上述的能量回饋功率單元、變頻器以及控制裝置，所述控制裝置包括所述控制單元，所述能量回饋功率單元的輸入端連接所述變頻器直流母線的輸出端。[0024]本實(shí)用新型一種能量回饋功率單元及能量回饋系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過(guò)設(shè)置能量突變吸收電路，當(dāng)控制器檢測(cè)到存在短時(shí)間內(nèi)的能量突變情況，即能量回饋功率單元內(nèi)部的電流發(fā)生突變時(shí)，控制能量突變吸收電路對(duì)突變的能量進(jìn)行及時(shí)的卸放，因此，避免了損壞變頻器的內(nèi)部充電電阻，并且通過(guò)減小整體設(shè)備的過(guò)載能力余量，合理的降低了成本，提高了整體設(shè)備的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種能量回饋功率單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種能量回饋功率單元的另一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種能量回饋功率單元的電路原理圖；
[0028]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種能量回饋功率單元中的電壓信號(hào)檢測(cè)調(diào)理電路的電路原理圖；
[0029]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種能量回饋功率單元中的電流信號(hào)檢測(cè)調(diào)理電路的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0031]本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種能量回饋功率單元，請(qǐng)參閱圖1，包括三相逆變電路103、輸出濾波電路104、能量突變吸收電路102以及控制電路106 ；
[0032]三相逆變電路103的輸入端連接變頻器101直流母線的兩端，三相逆變電路103的輸出端連接輸出濾波電路104的輸入端，輸出濾波電路104的輸出端連接電網(wǎng)105 ；
[0033]能量突變吸收電路102與三相逆變電路103并聯(lián)連接在變頻器101直流母線的兩端;
[0034]控制電路106的輸出端連接三相逆變電路103的控制端和能量突變吸收電路102的控制端。
[0035]其中，三相逆變電路103用于將從變頻器101傳遞過(guò)來(lái)的直流電能逆變?yōu)榕c電網(wǎng)105同頻同相的交流電傳送回電網(wǎng)105中。
[0036]具體的，請(qǐng)參閱圖3，三相逆變電路103由六個(gè)半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)器件IGBT (V1、V2、V3、V4、V5、V6)構(gòu)成三相電壓型橋式逆變電路。其中兩個(gè)IGBT兩兩串聯(lián)，即一個(gè)IGBT (V1、V2或V3)的發(fā)射極與另一個(gè)IGBT(V4、V5或V6)的集電極C端連接，組成一個(gè)半橋，共構(gòu)成三個(gè)半橋，此時(shí)每個(gè)半橋的IGBT (V1、V2和V3)稱為上臂，每個(gè)半橋的IGBT (V4、V5和V6)稱為下臂。上臂的IGBT (V1、V2和V3)的集電極與“P”端連接，“P”端即三相逆變電路103的一個(gè)輸入端，下臂的IGBT (V4、V5和V6)的發(fā)射極與“N”端連接，下臂的IGBT (V4、V5和V6)的發(fā)射極三相逆變電路103的另一個(gè)輸入端，“N”端為逆變器母線的第二端，上臂與下臂串聯(lián)后的公共點(diǎn)，稱為此半橋的輸出端。其基本工作方式是180°導(dǎo)電方式，即每個(gè)橋臂的導(dǎo)電角度為180° ,同一半橋上下兩個(gè)橋臂交替導(dǎo)電,各相開(kāi)始導(dǎo)電的角度依次相差120°。這樣在任一瞬間，將有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，可能是上面一個(gè)臂和下面兩個(gè)臂，也可能是上面兩個(gè)臂和下面一個(gè)臂同時(shí)導(dǎo)通。
[0037]其輸出電壓根據(jù)傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)得:
[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種能量回饋功率單元，其特征在于，包括三相逆變電路、輸出濾波電路、能量突變吸收電路以及控制電路； 所述三相逆變電路的輸入端連接變頻器直流母線的第一端和第二端，所述三相逆變電路的輸出端連接所述輸出濾波電路的輸入端，所述輸出濾波電路的輸出端連接電網(wǎng)； 所述能量突變吸收電路與所述三相逆變電路并聯(lián)連接在所述變頻器直流母線的第一端和第二端之間； 所述控制電路的輸出端連接所述三相逆變電路的控制端和所述能量突變吸收電路的控制端。
2.如權(quán)利要求1所述的能量回饋功率單元，其特征在于，所述能量突變吸收電路包括開(kāi)關(guān)器件和能量消耗器件； 所述能量消耗器件的輸入端連接所述變頻器直流母線的第一端，所述能量消耗器件的輸出端連接所述開(kāi)關(guān)器件的輸入端，所述開(kāi)關(guān)器件的輸出端連接所述變頻器直流母線的第二端，所述開(kāi)關(guān)器件的控制端連接所述控制電路的輸出端。
3.如權(quán)利要求2所述的能量回饋功率單元，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)器件為IGBT，所述能量消耗器件為電阻。
4.如權(quán)利要求2所述的能量回饋功率單元，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)器件為三極管，所述三極管的集電極為 所述開(kāi)關(guān)器件的輸入端，所述三極管的發(fā)射極為所述開(kāi)關(guān)器件的輸出端，所述三極管的基極為所述開(kāi)關(guān)器件的控制端； 或者，所述開(kāi)關(guān)器件為場(chǎng)效應(yīng)管，所述場(chǎng)效應(yīng)管的源極為所述開(kāi)關(guān)器件的輸入端，所述場(chǎng)效應(yīng)管的漏極為所述開(kāi)關(guān)器件的輸出端，所述場(chǎng)效應(yīng)管的柵極為所述開(kāi)關(guān)器件的控制端。
5.如權(quán)利要求1所述的能量回饋功率單元，其特征在于，所述能量回饋功率單元還包括軟起電路，所述軟起電路的輸入端連接所述變頻器直流母線的第一端，所述軟起電路的輸出端連接所述三相逆變電路的第一輸入端，所述軟起電路的控制端連接所述控制電路的輸出端。
6.如權(quán)利要求5所述的能量回饋功率單元，其特征在于，所述軟起電路包括:第一電阻和開(kāi)關(guān)元件，所述第一電阻和所述開(kāi)關(guān)元件并聯(lián)連接，所述第一電阻的一端連接所述變頻器直流母線的一端，所述第一電阻的另一端連接所述三相逆變電路的第一輸入端，所述開(kāi)關(guān)元件的控制端連接所述控制電路的輸出端。
7.如權(quán)利要求5所述的能量回饋功率單元，其特征在于，所述能量回饋功率單元還包括均壓濾波電路，所述均壓濾波電路的輸入端連接所述軟起電路的輸出端，所述均壓濾波電路的輸出端連接所述變頻器直流母線的第二端， 所述均壓濾波電路包括:第一電解電容、第二電解電容、第二電阻以及第四電阻； 所述第一電解電容的正極連接所述第二電阻的一端，所述第一電解電容的負(fù)極連接所述第二電阻的另一端、所述第四電阻的一端以及所述第二電解電容的正極，所述第二電解電容的負(fù)極連接所述第四電阻的另一端，所述第一電解電容的正極為所述均壓濾波電路的輸入端，所述第二電解電容的負(fù)極為所述均壓濾波電路的輸出端。
8.如權(quán)利要求1所述的能量回饋功率單元，其特征在于，所述能量回饋功率單元還包括電壓信號(hào)檢測(cè)調(diào)理電路，所述電壓信號(hào)檢測(cè)調(diào)理電路的輸入端連接所述三相逆變電路的第一輸入端和所述變頻器直流母線的第二端，所述電壓信號(hào)檢測(cè)調(diào)理電路的輸出端連接所述控制電路的輸入端。
9.如權(quán)利要求1所述的能量回饋功率單元，其特征在于，所述能量回饋功率單元還包括電流信號(hào)檢測(cè)調(diào)理電路，所述電流信號(hào)檢測(cè)調(diào)理電路的輸入端連接所述三相逆變電路的輸出端，所述電流信號(hào)檢測(cè)調(diào)理電路的輸出端連接所述控制電路的輸出端。
10.一種能量回饋系統(tǒng)，其特征在于，包括權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述的能量回饋功率單元、變頻器以及控制裝置，所述控制裝置包括所述控制單元，所述能量回饋功率單元的輸入端連接所述變頻器直流母線的輸出端。
【文檔編號(hào)】H02H9/00GK203800616SQ201420135869
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】謝宏偉 申請(qǐng)人:深圳市貝殼電氣技術(shù)有限公司