專利名稱：一種變頻器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及變頻領域，特別是涉及一種變頻器。
背景技術：
目前，大力發展清潔能源、努力建設低碳社會，已經成為世界各國的共識。風電作 為一種可再生、無污染、能量大的能源，發展前景非常廣闊。近年來，隨著風電技術的發展，風力發電量在我國年發電總量中所占的比例在不 斷提高。由于海上的風力資源遠比陸地豐富，因而風力發電設施逐漸向海上發展，而海上風 電基礎建設及維護費用相對陸地風電高得多，因此，目前風力發電設備的發展趨勢是裝機 容量越來越大，對電能質量的要求也越來越高。風電設備產生的電是不能直接傳輸和使用的，需要通過變頻器的轉換，才能并入 電網中進行傳輸和使用，變頻器是將風電設備產生的電壓、頻率固定的工頻交流電轉變為 電壓或頻率可變的交流電的裝置，現有的變頻器主要適用于裝機容量為3兆瓦以下的風電 設備。目前，風電設備裝機容量的發展方向是3兆瓦以上，對于這種3兆瓦以上容量的中壓 風電設備，如果采用現有的變頻器方案，會由于功率較大而使變頻器各部件中的電流也較 大，變頻器產生的熱就較多，現有的變頻器中依靠冷卻風扇來散熱，這樣無法滿足變頻器散 熱的要求，會造成變頻器中部件的毀壞。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種變頻器，能為中壓風電設備產生的電 力進行變換且散熱良好。本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下一種變頻器，該變頻器包括整 流模塊、穩壓模塊、逆變模塊、輸出模塊、控制模塊和冷卻模塊，其中，所述整流模塊用于，將中壓輸入交流電整流為直流電，將所述直流電輸出至所述 穩壓模塊；所述穩壓模塊用于，對所述直流電進行穩壓，將穩壓后的直流電輸出至所述逆變 模塊；所述逆變模塊用于，將所述穩壓后的直流電變為變頻輸出交流電，將所述變頻輸 出交流電送至所述輸出模塊；所述輸出模塊用于，將所述變頻輸出交流電輸出至用電設備；所述控制模塊用于，控制所述整流模塊將中壓輸入交流電整流為直流電；控制所 述穩壓模塊對所述直流電進行穩壓；控制所述逆變模塊將所述穩壓后的直流電變為變頻輸 出交流電；所述冷卻模塊用于，以水冷方式對所述整流模塊、穩壓模塊和逆變模塊進行冷卻。本實用新型的有益效果是本實用新型中，由于整流模塊可以將中壓輸入交流電 整流為直流電，穩壓模塊可將該直流電進行穩壓，逆變模塊可以將穩壓后的直流電轉換為
4變頻輸出交流電，因而本實用新型能夠為中壓風電設備產生的電力進行變換；同時，由于控 制模塊可以控制整流模塊將中壓輸入交流電整流為直流電、控制穩壓模塊對直流電進行穩 壓、控制逆變模塊將穩壓后的直流電變為變頻輸出交流電，從而使變頻器各部件的工作處 于控制模塊的控制之下，不會發生電流或電壓突然增大的情況，而冷卻模塊采用水冷方式 對整流模塊、穩壓模塊和逆變模塊進行冷卻，散熱效率比現有技術中的冷卻風扇要高得多， 能夠滿足該變頻器為中壓風電設備產生的電力進行變換的散熱需求。在上述技術方案的基礎上，本實用新型還可以做如下改進進一步，所述控制模塊進一步用于，檢測所述整流模塊、穩壓模塊和逆變模塊的溫度，在所述整流模塊、穩壓模塊和逆 變模塊的溫度中的任一個超過其臨界溫度時報警；和/ 或，檢測所述中壓輸入交流電和變頻輸出交流電的電壓、以及所述整流模塊、穩壓模 塊和逆變模塊中的電壓，在所述中壓輸入交流電和變頻輸出交流電的電壓、以及所述整流 模塊、穩壓模塊和逆變模塊中的電壓中的任一個超過其臨界電壓時報警；禾口/ 或，檢測所述中壓輸入交流電和變頻輸出交流電的電流、以及所述整流模塊、穩壓模 塊和逆變模塊中的電流，在所述中壓輸入交流電和變頻輸出交流電的電流、以及所述整流 模塊、穩壓模塊和逆變模塊中的電流中的任一個超過其臨界電流時報警。進一步，所述整流模塊包括相互并聯的三個橋臂，每個所述橋臂包括四個相互串 聯的絕緣柵雙極型晶體管IGBT單元，每個所述IGBT單元包括一個IGBT和一個二極管，其 中，所述IGBT的發射極與所述二極管的正極相連，所述IGBT的集電極與所述二極管的負極 相連，所述IGBT的基極接入控制信號，用于控制所述IGBT單元的通斷狀態。進一步，所述變頻器包括零電位點；將位于所述整流模塊每個橋臂上、其發射極用 于接入所述中壓輸入交流電的IGBT作為該橋臂的一號IGBT，其集電極用于接入所述中壓 輸入交流電的IGBT作為該橋臂的二號IGBT ；在所述零電位點與每個橋臂的一號IGBT的集電極之間，進一步包括該橋臂的一 號二極管，所述一號二極管的正極與所述零電位點相連，負極與所述一號IGBT的集電極相 連；在所述零電位點與每個橋臂的二號IGBT的發射極之間，進一步包括該橋臂的二 號二極管，所述二號二極管的正極與所述二號IGBT的發射極相連，負極與所述零電位點相 連。進一步，所述變頻器包括零電位點；所述整流單元輸出的所述直流電包括高電位 和低電位，分別與所述穩壓模塊的兩端相連；所述穩壓模塊包括相互串聯的兩個膜電容，兩個所述膜電容的連接點為所述零電 位點。進一步，所述穩壓模塊包括泄放電阻，所述泄放電阻為兩個，分別與兩個所述膜電 容相并聯。進一步，所述逆變模塊包括相互并聯的三個橋臂，每個所述橋臂包括四個相互串 聯的IGBT單元，每個所述IGBT單元包括一個IGBT和一個二極管，其中，所述IGBT的發射
5極與所述二極管的正極相連，所述IGBT的集電極與所述二極管的負極相連，所述IGBT的基 極接人控制信號，用于控制所述IGBT單元的通斷狀態。進一步，所述變頻器包括零電位點；將位于所述逆變模塊每個橋臂上、其發射極用 于輸出所述變頻輸出交流電的IGBT作為該橋臂的一號IGBT，其集電極用于輸出所述變頻 輸出交流電的IGBT作為該橋臂的二號IGBT ；在所述零電位點與每個橋臂的一號IGBT的集電極之間，進一步包括該橋臂的一 號二極管，所述一號二極管的正極與所述零電位點相連，負極與所述一號IGBT的集電極相 連；在所述零電位點與每個橋臂的二號IGBT的發射極之間，進一步包括該橋臂的二 號二極管，所述二號二極管的正極與所述二號IGBT的發射極相連，負極與所述零電位點相 連。
圖1為本實用新型提供的變頻器的結構圖；圖2為本實用新型提供的變頻器的具體實施例的結構圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本實用 新型，并非用于限定本實用新型的范圍。圖1為本實用新型提供的變頻器的結構圖。如圖1所示，該變頻器包括整流模塊 101、穩壓模塊102、逆變模塊103、輸出模塊104、控制模塊105和冷卻模塊106，其中，整流模塊101用于，將中壓輸入交流電整流為直流電，將直流電輸出至穩壓模塊 102 ；穩壓模塊102用于，對直流電進行穩壓，將穩壓后的直流電輸出至逆變模塊103 ；逆變模塊103用于，將穩壓后的直流電變為變頻輸出交流電，將變頻輸出交流電 送至輸出模塊104 ；輸出模塊104用于，將變頻輸出交流電輸出至用電設備；控制模塊105用于，控制整流模塊101將中壓輸入交流電整流為直流電；控制穩壓 模塊102對直流電進行穩壓；控制逆變模塊103將穩壓后的直流電變為變頻輸出交流電；冷卻模塊106用于，以水冷方式對整流模塊101、穩壓模塊102和逆變模塊103進 行冷卻。由此可見，本實用新型中，由于整流模塊101可以將圖1所示的輸入模塊107輸入 的中壓輸入交流電整流為直流電，穩壓模塊102可將該直流電進行穩壓，逆變模塊103可以 將穩壓后的直流電轉換為變頻輸出交流電，因而本實用新型能夠為中壓風電設備產生的電 力進行變換；同時，由于控制模塊105可以控制整流模塊101將中壓輸入交流電整流為直流 電、控制穩壓模塊102對直流電進行穩壓、控制逆變模塊103將穩壓后的直流電變為變頻 輸出交流電，從而使變頻器各部件的工作處于控制模塊105的控制之下，不會發生電流或 電壓突然增大的情況，而冷卻模塊106采用水冷方式對整流模塊101、穩壓模塊102和逆變 模塊103進行冷卻，散熱效率比現有技術中的冷卻風扇要高得多，能夠滿足該變頻器為中壓風電設備產生的電力進行變換的散熱需求。本實用新型中，控制模塊105進一步用于，檢測整流模塊101、穩壓模塊102和逆變 模塊103的溫度，在整流模塊101、穩壓模塊102和逆變模塊103的溫度中的任一個超過其 臨界溫度時報警。這里，由于控制模塊105能夠通過檢測整流模塊101、穩壓模塊102和逆變模塊 103的溫度，在整流模塊101、穩壓模塊102和逆變模塊103的溫度超過各自的臨界溫度時 報警，當然，控制模塊105還可以進一步監測自身的溫度是否超過臨界溫度，如果超過自身 的臨界溫度，也進行報警，因此，本實用新型能夠有效保證變頻器中各部件的溫度不超過各 自的臨界溫度，從而保證變頻器的安全使用。控制模塊105進一步用于，檢測中壓輸入交流電和變頻輸出交流電的電壓、以及 整流模塊101、穩壓模塊102和逆變模塊103中的電壓，在中壓輸入交流電和變頻輸出交流 電的電壓、以及整流模塊101、穩壓模塊102和逆變模塊103中的電壓中的任一個超過其臨 界電壓時報警。這里，由于控制模塊105能夠通過檢測中壓輸入交流電和變頻輸出交流電的電 壓、以及整流模塊101、穩壓模塊102和逆變模塊103中的電壓，在中壓輸入交流電和變頻輸 出交流電的電壓、以及整流模塊101、穩壓模塊102和逆變模塊103中的電壓中的任一個超 過其臨界電壓時報警，當然，控制模塊105還可以進一步監測自身的電壓是否超過臨界電 壓，如果超過自身的臨界電壓，也進行報警，因此，本實用新型能夠有效保證變頻器中各部 件的電壓不超過各自的臨界電壓，從而保證變頻器的安全使用。控制模塊105進一步用于，檢測中壓輸入交流電和變頻輸出交流電的電流、以及 整流模塊101、穩壓模塊102和逆變模塊103中的電流，在中壓輸入交流電和變頻輸出交流 電的電流、以及整流模塊101、穩壓模塊102和逆變模塊103中的電流中的任一個超過其臨 界電流時報警。這里，由于控制模塊105能夠通過檢測中壓輸入交流電和變頻輸出交流電的電 流、以及整流模塊101、穩壓模塊102和逆變模塊103中的電流，在中壓輸入交流電和變頻輸 出交流電的電流、以及整流模塊101、穩壓模塊102和逆變模塊103中的電流中的任一個超 過其臨界電流時報警，當然，控制模塊105還可以進一步監測自身的電流是否超過臨界電 流，如果超過自身的臨界電流，也進行報警，因此，本實用新型能夠有效保證變頻器中各部 件的電流不超過各自的臨界電流，從而保證變頻器的安全使用。控制模塊105進行報警的方式可以采用蜂鳴等形式來提醒工作人員，也可以通過 向上級控制裝置發送報警信號的方式。無論采用何種報警形式，只要能夠保證變頻器的使 用安全，都在本實用新型的保護范圍之內。圖2為本實用新型提供的變頻器的具體實施例的結構圖。如圖2所示，整流模塊 101包括相互并聯的三個橋臂，每個橋臂包括四個相互串聯的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT， Insulated Gate Bipolar Transistor)單元，每個 IGBT 單元包括一個 IGBT和一個二極管， 其中，IGBT的發射極與二極管的正極相連，IGBT的集電極與二極管的負極相連，IGBT的基 極接入控制信號，用于控制所述IGBT單元的通斷狀態，即該控制信號可以控制該IGBT單元 處于導通狀態或關斷狀態。這里，IGBT是由雙極型三極管和絕緣柵型場效應管組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，兼有高輸入阻抗和低導通壓降兩方面的優點，并且驅動功率小而飽和壓 降低，非常適用于600V以上的變頻器應用領域。現有技術中，整流模塊是采用晶閘二極管實現的將輸入交流電整流為直流電的， 這種方式實現起來比較簡單，但屬于被動地將接收的交流電整流為直流電。而本實用新型 中，整流模塊是采用將串聯IGBT單元組成的橋臂進行并聯的方式來實現的，具有現有技術 所不具備的主動控制功能，這些主動控制功能包括以下兩個方面首先，能夠主動消除中壓輸入交流電中的高次諧波。這是由于，IGBT具有很高的 輸入阻抗，因此，當中壓輸入交流電中包含的高次諧波進入整流模塊，并經過高輸入阻抗的 IGBT單元后，IGBT單元輸出地直流電壓或直流電流的變化并不大，因此，利用IGBT單元組 成的整流模塊101，能夠主動消除中壓輸入交流電中的高次諧波。其次，能夠消除變頻器向圖2中的用電設備108輸出的無功功率。當中壓輸入交 流電的電壓和電流之間存在相位差時，整流模塊101各橋臂上的IGBT單元能夠逐漸減小直 至消除二者之間的相位差，這樣，整流模塊101整流生成的直流電的電壓和電流之間不存 在相位差，因而變頻器向用電設備108輸出的無功功率就為0，這有效地提高了變頻器所輸 出的電力的功率因數。本實用新型中，變頻器包括零電位點，零電位點的電位為零電位，如圖2所示，零 電位點的標號為201。整流模塊201將中壓輸入交流電整流為直流電后，圖2中所示的標號 為202處的電位為高電位，因而202即為高電位點，圖2中所示的標號為203處的電位為低 電位，因而203即為低電位點。將位于整流模塊101每個橋臂上、其發射極用于接入中壓輸入交流電的IGBT作為 該橋臂的一號IGBT，其集電極用于接入中壓輸入交流電的IGBT作為該橋臂的二號IGBT ；在零電位點201與每個橋臂的一號IGBT的集電極之間，進一步包括該橋臂的一號 二極管，一號二極管的正極與零電位點相連，負極與一號IGBT的集電極相連；在零電位點201與每個橋臂的二號IGBT的發射極之間，進一步包括該橋臂的二號 二極管，二號二極管的正極與二號IGBT的發射極相連，負極與零電位點相連。這里，在整流模塊101的各橋臂上設置一號二極管和二號二極管，可以將零電位 點201的電位保持在零電位，如果零電位點201的電位高于零電位，則可以通過一號二極管 進行放電，如果零電位點201的電位低于零電位，則可以通過二號二極管進行放電，從而保 證零電位點201的電位為零電位，而零電位點201處電位的穩定，對于整個變頻器的穩定工 作以及性能優化都具有重要的意義。本實用新型提供的變頻器包括零電位點201，并且整流單元101輸出的直流電包 括高電位和低電位，高電位點和低電位點分別為圖2中標號為202和203的位置，并且高電 位點202的高電位和低電位點203的低電位分別與穩壓模塊102的兩端相連；如圖2所示，穩壓模塊102包括相互串聯的兩個膜電容，這兩個膜電容的連接點為 零電位點201。利用穩壓模塊102，可以對整流模塊101生成的直流電進行穩壓，從而形成穩壓的 直流電，供逆變模塊103使用。穩壓模塊102中的兩個膜電容，能夠進一步消除直流電中可 能存在的高次諧波，從而進一步保證直流電壓和電流的穩定，以及零電位點201處電位的穩定。[0063]如圖2所示，穩壓模塊102包括泄放電阻，泄放電阻為兩個，分別與兩個膜電容相 并聯；泄放電阻用于，在自身兩端的電壓超過泄放臨界電壓時，降低自身的電阻值，使流過 自身的電流增大。這里，穩壓模塊102中的泄放電阻可以在自身兩端的電壓超過泄放臨界電壓時， 通過降低自身的電阻值，使流過自身的電流增大，從而快速將自身所并聯的膜電容兩端的 冗余電壓去除，這樣，既能保護膜電容不被損壞，又能保證模塊中電壓和電流的穩定。本實用新型中的逆變模塊103包括相互并聯的三個橋臂，每個橋臂包括四個相互 串聯的IGBT單元，每個IGBT單元包括一個IGBT和一個二極管，其中，IGBT的發射極與二 極管的正極相連，IGBT的集電極與二極管的負極相連，IGBT的基極接入控制信號，用于控 制所述IGBT單元的通斷狀態，即該控制信號可以控制該IGBT單元處于導通狀態或關斷狀 態。這里，逆變模塊103也是由IGBT單元構成，除了能主動消除中壓輸入交流電中的 高次諧波和提高變頻器的功率因數外，還可以防止用電設備108的電壓或電流波動對變頻 器內部電壓和電流的影響，這是因為，在用電設備108的電壓或電流發生波動、即變頻器輸 出的變頻交流電發生波動時，由于IGBT單元的輸入阻抗很大，因此，該波動經IGBT單元的 處理之后，逆變單元內部的電壓和電流的波動都很小，這有效防止了用電設備108的電壓 或電流波動對變頻器內部電壓和電流的影響。本實用新型提供的變頻器中的零電位點為201。將位于逆變模塊103每個橋臂上、 其發射極用于輸出變頻輸出交流電的IGBT作為該橋臂的一號IGBT，其集電極用于輸出變 頻輸出交流電的IGBT作為該橋臂的二號IGBT ；則在零電位點201與每個橋臂的一號IGBT的集電極之間，進一步包括該橋臂的一 號二極管，一號二極管的正極與零電位點相連，負極與一號IGBT的集電極相連；在零電位點與每個橋臂的二號IGBT的發射極之間，進一步包括該橋臂的二號二 極管，二號二極管的正極與二號IGBT的發射極相連，負極與零電位點相連。這里，逆變模塊103各橋臂上也包括一號二極管和二號二極管，這些二極管也是 用于保證零電位點201電位的穩定。由此可見，本實用新型中的逆變模塊103是采用二極管中點箝位式三電平逆變方 式工作的，它可以采用直流母排的形式。本實用新型中，控制模塊還可以用于，控制逆變模塊103每個橋臂上的各IGBT單 元的導通時間和導通順序，使同一時刻各橋臂至多有三個IGBT單元處于導通狀態，且保持 零電位點201的電位為零電位。這里，如圖2所示，逆變模塊103的每個橋臂上均包括四個相互串聯的IGBT單元， 如果這四個IGBT單元同時導通，則該橋臂處于短路狀態，這時變頻器會因為內部電流過大 而燒毀，因此，本實用新型由控制模塊來控制逆變模塊103每個橋臂上的各IGBT單元的導 通時間和導通順序，使同一時刻各橋臂至多有三個IGBT單元處于導通狀態，這樣就可以保 證各橋臂不會發生短路，從而保證變頻器的使用安全。同時，控制模塊還可以通過控制逆變模塊103每個橋臂上的各IGBT單元的導通時 間和導通順序，可以在零電位點201的電位不為零電位時，通過向零電位點201注入或抽取 電流，保持零電位點201的電位為零電位，從而保證變頻器的工作穩定。[0075]另外，由于變頻器的發熱主要來自于IGBT，而IGBT的發熱又集中在開和關的瞬 間，因此，開和關頻率比較高時，變頻器的發熱量就比較大。本實用新型中，利用控制模塊來 控制逆變模塊103每個橋臂上的各IGBT單元的導通時間和導通順序，可以使各IGBT單元 的開和關處于有序控制下，相對于現有技術中逆變模塊的IGBT單元的開關無序狀態，本實 用新型中逆變模塊103中各IGBT單元的發熱量顯著降低。同樣，本實用新型中，整流模塊101也使用了 IGBT單元，因而控制模塊也可以控制 整理模塊101中各IGBT單元的導通時間和導通順序，使同一時刻各橋臂至多有三個IGBT 單元處于導通狀態，且保持零電位點201的電位為零電位。這樣，整理模塊101中各IGBT 單元的開和關也變得有序，這樣也能有效保證整理模塊101中的各橋臂不會發生短路，保 持零電位點201的電位為零電位，并且各IGBT單元的發熱量比開關無序的狀態要少得多。控制模塊對整流模塊101或逆變模塊103中的IGBT單元的導通時間和導通順序 的控制方式是多種多樣的，例如，導通順序可以為各橋臂上的IGBT單元依次導通，也可以 為各橋臂上處于相同位置的IGBT單元同時導通，還可以為各橋臂上處于相同位置的IGBT 單元不同時導通，等等；導通時間可以為使一個橋臂上的IGBT單元順次導通，從而使零電 位點201的電位由不為零電位變為零電位的時間長度，還可以為不同橋臂上同一位置的 IGBT單元順次導通，從而使零電位點201的電位由不為零電位變為零電位的時間長度，還 可以為其他時間長度。總之，不論控制模塊對整流模塊101或逆變模塊103中的IGBT單 元的導通時間和導通順序的控制方式如何，只要能達到使同一時刻各橋臂至多有三個IGBT 單元處于導通狀態以及保持零電位點201的電位為零電位的目的，即在本實用新型的保護 范圍之內。圖2中，向整流模塊101提供中壓輸入交流電的模塊為輸入模塊107，輸入模塊 107可以為變壓器，也可以為風電設備，還可以為電動機及其他發電設備。用電設備108，可 以為發電機，也可以為電動機，還可以為輸電電網。圖2所示的實施例中，冷卻模塊采用水冷方式對變頻器中的整流模塊101、穩壓模 塊102以及逆變模塊103進行冷卻，冷卻效率高。冷卻模塊也可以對控制模塊和輸出模塊 104進行冷卻。由此可見，本實用新型具有以下優點(1)本實用新型中，由于整流模塊可以將圖1所示的輸入模塊107輸入的中壓輸 入交流電整流為直流電，穩壓模塊可將該直流電進行穩壓，逆變模塊可以將穩壓后的直流 電轉換為變頻輸出交流電，因而本實用新型能夠為中壓風電設備產生的電力進行變換；同 時，由于控制模塊可以控制整流模塊將中壓輸入交流電整流為直流電、控制穩壓模塊對直 流電進行穩壓、控制逆變模塊將穩壓后的直流電變為變頻輸出交流電，從而使變頻器各部 件的工作處于控制模塊的控制之下，不會發生電流或電壓突然增大的情況，而冷卻模塊采 用水冷方式對整流模塊、穩壓模塊和逆變模塊進行冷卻，散熱效率比現有技術中的冷卻風 扇要高得多，能夠滿足該變頻器為中壓風電設備產生的電力進行變換的散熱需求。(2)本實用新型中，由于控制模塊能夠通過檢測整流模塊、穩壓模塊和逆變模塊的 溫度，在整流模塊、穩壓模塊和逆變模塊的溫度超過各自的臨界溫度時報警，當然，控制模 塊還可以進一步監測自身的溫度是否超過臨界溫度，如果超過自身的臨界溫度，也進行報 警，因此，本實用新型能夠有效保證變頻器中各部件的溫度不超過各自的臨界溫度，從而保
10證變頻器的安全使用。(3)本實用新型中，由于控制模塊能夠通過檢測中壓輸入交流電和變頻輸出交流 電的電壓、以及整流模塊、穩壓模塊和逆變模塊中的電壓，在中壓輸入交流電和變頻輸出交 流電的電壓、以及整流模塊、穩壓模塊和逆變模塊中的電壓中的任一個超過其臨界電壓時 報警，當然，控制模塊還可以進一步監測自身的電壓是否超過臨界電壓，如果超過自身的臨 界電壓，也進行報警，因此，本實用新型能夠有效保證變頻器中各部件的電壓不超過各自的 臨界電壓，從而保證變頻器的安全使用。(4)本實用新型中，由于控制模塊能夠通過檢測中壓輸入交流電和變頻輸出交流 電的電流、以及整流模塊、穩壓模塊和逆變模塊中的電流，在中壓輸入交流電和變頻輸出交 流電的電流、以及整流模塊、穩壓模塊和逆變模塊中的電流中的任一個超過其臨界電流時 報警，當然，控制模塊還可以進一步監測自身的電流是否超過臨界電流，如果超過自身的臨 界電流，也進行報警，因此，本實用新型能夠有效保證變頻器中各部件的電流不超過各自的 臨界電流，從而保證變頻器的安全使用。(5)本實用新型中，由于整流模塊采用將串聯IGBT單元組成的橋臂進行并聯的 方式來實現的，因此，相對于現有技術利用晶閘二極管構成整流模塊的實現方式，本實用新 型能夠主動消除中壓輸入交流電中的高次諧波，并且消除變頻器向用電設備輸出的無功功 率，提高變頻器的功率因數。(6)本實用新型中，在整流模塊和逆變模塊的各橋臂上設置一號二極管和二號二 極管，如果零電位點的電位高于零電位，則可以通過一號二極管進行放電，如果零電位點的 電位低于零電位，則可以通過二號二極管進行放電，因而一號二極管和二號二極管的設置 可以將零電位點的電位保持為零電位，這對于整個變頻器的穩定工作以及性能優化都具有 重要的意義。(7)本實用新型中，穩壓模塊中的兩個膜電容，能夠進一步消除直流電中可能存在 的高次諧波，從而進一步保證直流電壓和電流的穩定，以及零電位點處電位的穩定。(8)本實用新型中，穩壓模塊中的泄放電阻可以在自身兩端的電壓超過泄放臨界 電壓時，通過降低自身的電阻值，使流過自身的電流增大，從而快速將自身所并聯的膜電容 兩端的冗余電壓去除，這樣，既能保護膜電容不被損壞，又能保證模塊中電壓和電流的穩 定。(9)本實用新型中，逆變模塊是由IGBT單元構成，除了能主動消除中壓輸入交流 電中的高次諧波和提高變頻器的功率因數外，還可以防止用電設備的電壓或電流波動對變 頻器內部電壓和電流的影響。(10)本實用新型中，由控制模塊來控制逆變模塊每個橋臂上的各IGBT單元的導 通時間和導通順序，使同一時刻各橋臂至多有三個IGBT單元處于導通狀態，這樣就可以保 證各橋臂不會發生短路，從而保證變頻器的使用安全。(11)本實用新型中，控制模塊還可以通過控制逆變模塊每個橋臂上的各IGBT單 元的導通時間和導通順序，可以在零電位點的電位不為零電位時，通過向零電位點注入或 抽取電流，保持零電位點的電位為零電位，從而保證變頻器的工作穩定。(12)本實用新型中，利用控制模塊來控制整流模塊或逆變模塊每個橋臂上的各 IGBT單元的導通時間和導通順序，可以使各IGBT單元的開和關處于有序控制下，因而本實用新型中整流模塊或逆變模塊各IGBT單元的發熱量很小。(13)本實用新型中，由于變頻器中的控制模塊對整流模塊、穩壓模塊和逆變模塊 的工作進行了有效控制，同時冷卻模塊的冷卻效率也很高，因此，本實用新型提供的變頻器 中的電流就比較小，不需采用很粗大的電機電纜，各部件體積也可以做得比較小，因此，本 實用新型提供的變頻器的體積也很小。(14)本實用新型中，由于變頻器的穩壓模塊產生的穩定后的直流電具有穩定的高 電平、低電平和零電平點，這些高電平、低電平和零電平經過逆變模塊的轉換，生成的變頻 輸出交流電為三個電平階躍式的正弦波形式，相對于現有技術中變頻輸出交流電為兩電平 階躍式的正弦波形式，本實用新型輸出交流電的質量較高。(15)本實用新型中，由于輸出至用電設備的交流電更接近正弦波，因此，輸出交 流電中的高次諧波相對于現有技術要少得多，這使得該變頻器所驅動的電動機中的渦流較 少，因而電能損耗也較少，并且由于電動機中的電流比較平滑，因而電動機的震動和噪音也 較現有技術少，對不同的輸出都能快速進行反應。(16)本實用新型中，由于變頻器消除了輸出的無功功率，因此，該變頻器所驅動的 電動機可以在不同的轉速下保持一致的功率因數。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用 新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保 護范圍之內。
權利要求1.一種變頻器，其特征在于，該變頻器包括整流模塊、穩壓模塊、逆變模塊、輸出模 塊、控制模塊和冷卻模塊，其中，所述整流模塊用于，將中壓輸入交流電整流為直流電，將所述直流電輸出至所述穩壓 模塊；所述穩壓模塊用于，對所述直流電進行穩壓，將穩壓后的直流電輸出至所述逆變模塊；所述逆變模塊用于，將所述穩壓后的直流電變為變頻輸出交流電，將所述變頻輸出交 流電送至所述輸出模塊；所述輸出模塊用于，將所述變頻輸出交流電輸出至用電設備；所述控制模塊用于，控制所述整流模塊將中壓輸入交流電整流為直流電；控制所述穩 壓模塊對所述直流電進行穩壓；控制所述逆變模塊將所述穩壓后的直流電變為變頻輸出交 流電；所述冷卻模塊用于，以水冷方式對所述整流模塊、穩壓模塊和逆變模塊進行冷卻。
2.根據權利要求1所述的變頻器，其特征在于，所述控制模塊進一步用于，檢測所述整流模塊、穩壓模塊和逆變模塊的溫度，在所述整流模塊、穩壓模塊和逆變模 塊的溫度中的任一個超過其臨界溫度時報警；和/或，檢測所述中壓輸入交流電和變頻輸出交流電的電壓、以及所述整流模塊、穩壓模塊和 逆變模塊中的電壓，在所述中壓輸入交流電和變頻輸出交流電的電壓、以及所述整流模塊、 穩壓模塊和逆變模塊中的電壓中的任一個超過其臨界電壓時報警；和/或，檢測所述中壓輸入交流電和變頻輸出交流電的電流、以及所述整流模塊、穩壓模塊和 逆變模塊中的電流，在所述中壓輸入交流電和變頻輸出交流電的電流、以及所述整流模塊、 穩壓模塊和逆變模塊中的電流中的任一個超過其臨界電流時報警。
3.根據權利要求1所述的變頻器，其特征在于，所述整流模塊包括相互并聯的三個橋 臂，每個所述橋臂包括四個相互串聯的絕緣柵雙極型晶體管IGBT單元，每個所述IGBT單 元包括一個IGBT和一個二極管，其中，所述IGBT的發射極與所述二極管的正極相連，所述 IGBT的集電極與所述二極管的負極相連，所述IGBT的基極接入控制信號，用于控制所述 IGBT單元的通斷狀態。
4.根據權利要求3所述的變頻器，其特征在于，所述變頻器包括零電位點；將位于所述 整流模塊每個橋臂上、其發射極用于接入所述中壓輸入交流電的IGBT作為該橋臂的一號 IGBT，其集電極用于接入所述中壓輸入交流電的IGBT作為該橋臂的二號IGBT ；在所述零電位點與每個橋臂的一號IGBT的集電極之間，進一步包括該橋臂的一號二 極管，所述一號二極管的正極與所述零電位點相連，負極與所述一號IGBT的集電極相連；在所述零電位點與每個橋臂的二號IGBT的發射極之間，進一步包括該橋臂的二號二 極管，所述二號二極管的正極與所述二號IGBT的發射極相連，負極與所述零電位點相連。
5.根據權利要求1所述的變頻器，其特征在于，所述變頻器包括零電位點；所述整流單 元輸出的所述直流電包括高電位和低電位，分別與所述穩壓模塊的兩端相連；所述穩壓模塊包括相互串聯的兩個膜電容，兩個所述膜電容的連接點為所述零電位點ο
6.根據權利要求5所述的變頻器，其特征在于，所述穩壓模塊包括泄放電阻，所述泄放 電阻為兩個，分別與兩個所述膜電容相并聯。
7.根據權利要求1所述的變頻器，其特征在于，所述逆變模塊包括相互并聯的三個橋 臂，每個所述橋臂包括四個相互串聯的IGBT單元，每個所述IGBT單元包括一個IGBT和一 個二極管，其中，所述IGBT的發射極與所述二極管的正極相連，所述IGBT的集電極與所述 二極管的負極相連，所述IGBT的基極接入控制信號，用于控制所述IGBT單元的通斷狀態。
8.根據權利要求7所述的變頻器，其特征在于，所述變頻器包括零電位點；將位于所述 逆變模塊每個橋臂上、其發射極用于輸出所述變頻輸出交流電的IGBT作為該橋臂的一號 IGBT，其集電極用于輸出所述變頻輸出交流電的IGBT作為該橋臂的二號IGBT ；在所述零電位點與每個橋臂的一號IGBT的集電極之間，進一步包括該橋臂的一號二 極管，所述一號二極管的正極與所述零電位點相連，負極與所述一號IGBT的集電極相連；在所述零電位點與每個橋臂的二號IGBT的發射極之間，進一步包括該橋臂的二號二 極管，所述二號二極管的正極與所述二號IGBT的發射極相連，負極與所述零電位點相連。
專利摘要本實用新型涉及一種變頻器。該變頻器包括整流模塊、穩壓模塊、逆變模塊、輸出模塊、控制模塊和冷卻模塊，其中，整流模塊將中壓輸入交流電整流為直流電后送至穩壓模塊；穩壓模塊對直流電進行穩壓，將穩壓后的直流電送至逆變模塊；逆變模塊將穩壓后的直流電變為變頻輸出交流電，并送至輸出模塊；輸出模塊將變頻輸出交流電輸出至用電設備；控制模塊控制整流模塊將中壓輸入交流電整流為直流電、控制穩壓模塊對直流電進行穩壓、控制逆變模塊將穩壓后的直流電變為變頻輸出交流電；冷卻模塊以水冷方式對整流模塊、穩壓模塊和逆變模塊進行冷卻。利用本實用新型的技術方案，能為中壓風電設備產生的電力進行變換且散熱良好。
文檔編號G01R19/00GK201878019SQ20102055618
公開日2011年6月22日 申請日期2010年9月30日 優先權日2010年9月30日
發明者王潞鋼, 蘇麗營, 路群 申請人:華銳風電科技(江蘇)有限公司