專利名稱：用于單元串聯型高壓變頻器具有制動功能的功率單元的制作方法
技術領域：
本發明用于單元串聯型高壓變頻器具有制動功能的功率單元，屬于電力電子設備技術領域。
背景技術：
變頻器是利用半導體功率器件的開通和關斷作用將工頻交流電變換為頻率可調的交流電 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的交流電 來驅動負載；隨著微電子和電力電子技術的飛速發展，作為21世紀電力電子技術的產物，高 壓變頻器在國民經濟的諸多領域得到了廣泛的應用，并且發揮著越來越重要的作用。
目前廣泛使用的功率單元串聯型多電平高壓變頻器的結構組成主要由多個復變繞組的 隔離移相變壓器、多個功率單元和控制系統組成，其中多個功率單元串聯組成頻率可調的高 壓交流電源；構成這種高壓變頻器的功率單元的電路是由二極管整流橋，并聯在直流母線上 的大容量電容，并聯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 不具有電氣制動功能。
工業中，高壓變頻器如果要求在二象限或四象限場合工作時，如果不能實現電氣制動， 則不能滿足這些特殊領域的應用，這種特殊的應用領域要求變頻器帶負載急起急停，如果沒 有電氣制動功能就不能實現急停，而現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，節約能源，但其使用不能滿足緊急制動，且該自帶能量反饋功能的變頻器造價 昂貴，對于有些場合反饋能量不大，又要求快速制動和啟動時，就不太適合。
發明內容
本發明克服現有技術存在的不足，所要解決的問題是提供在反饋能量不大，又要求快速 制動和啟動的場合下使用的一種串聯型高壓變頻器功率單元。
為了上述問題，本發明采用的方案為用于單元串聯型高壓變頻器具有制動功能的功率 單元，它包括功率單元和制動單元，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，所述功率單元內并聯有制動單元，所述制動單元由能耗制動電路和制動控制器組成，所述能耗制動電 路由IGBT元件和制動電阻串聯而成；
所述制動控制器用于控制能耗制動電路的導通與關斷，進行能量消耗，實現制動；
所述能耗控制電路的控制方法為
第一步，初始化，進入第二步；
第二步，實時測量能耗制動電路的直流母線電壓值；進入第三步； 第三步，測量值與直流母線電壓設定值相比較，進入第四步；
第四步，測量值是否達到設定值的上限值，沒有達到上限值就進行過壓顯示，如果達到 上限值就進入第五步，
第五步，接通能耗制動電路，進入第六步；
第六步，測量值是否達到設定值的下限值，沒有達到就返回到第五步，達到下限值就進 入第七步；
七步，斷開能耗制動電路。
所述直流母線電壓設定值的上限值為輸入交流電壓有效值的180%，直流母線電壓設定值 的下限值為輸入交流電壓有效值。
在不計功率單元自身損耗的情況下，單相逆變橋式電路的輸入直流母線電功率與能耗制
動電路消耗的電功率相等。
上述制動控制器的電路結構為泵升電路依次連接有電壓滯環控制電路、光電隔離電路、 整形電路、放大電路、穩壓濾波電路和輸出電路，輸出電路分別與能耗制動電路和電流保護 電路相連。
本發明與現有技術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的變頻器運行指令，經過接收解碼電路的處理，控制 單相橋式逆變電路的工作狀態；當變頻器處于加速和正常負載運行時，單相橋式逆變電路的 IGBT開通，將電網輸入的電能經單相橋式逆變電路傳輸給負載；而在變頻器處于快速制動或 負載下放重物時，逆變橋的IGBT關斷，將負載的動能或位能轉換為電能，經逆變橋中的反饋 二極管輸入直流母線的電容器，電容器開始充電，當電容器的充電電壓超過泵升電壓值時， 開通制動單元，將負載的再生能量消耗在制動電阻中；而且，本發明采用的功率器件是由滿 足功率單元內部電壓標準的低壓器件構成，故成本低廉。本發明還很好地解決了功率單元串
聯型高壓變頻器實現四象限運行的目的，且結構簡單、損耗小、實現容易、成本低、功率因 數高、對電網無諧波污染，由該功率單元構成的高壓變頻器，不僅具有普通變頻器的全部功能特征，而且在調速系統快速制動或下放重物等情況下，能方便地進行四象限運行，得到很 好的制動效果。
本發明特別適合高壓變頻器在二象限或四象限場合工作，能實現電氣制動，能夠滿足高 壓變頻器在特殊的領域要求變頻器帶負載急起急停，對于這些場合反饋能量不大，又要求快 速制動和啟動時，就特別適合，因此是能夠滿足高壓變頻器運行于二象限或四象限的很好技 術方案，并能減少工礦條件下的使用成本。
下面結合附圖對本發明用于單元串聯型高壓變頻器具有制動功能的功率單元作進一步描
述
圖1為本發明用于單元串聯型高壓變頻器具有制動功能的功率單元電路原理圖； 圖2為圖1所示的本發明中制動控制器6控制程序的流程圖； 圖3為圖1所示的制動控制器6的電路原理圖。
其中，l為短路保護電路、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 電路、5為單相橋式逆變電路、6為制動控制器、7為功率單元控制電路、8為功率單元、9 為制動單元、IO為IGBT元件、ll為制動電阻、12為光電隔離電路、13為整形電路、14為 放大電路、15為穩壓濾波電路、16為輸出電路、17為電流保護電路、18為泵升電路、19為 電壓滯環控制電路。
具體實施例方式
如圖1所示的本發明用于單元串聯型高壓變頻器具有制動功能的功率單元的電路原理 圖，將現有的串聯型高壓變頻器中的功率單元換成本發明的具有制動功能的功率單元，它包 括功率單元8和制動單元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內并聯有制動單元9，所述制動單元9由能耗制動電路4和制動控制 器6組成，所述能耗制動電路4由IGBT元件10和制動電阻11串聯而成。
所述制動控制器6用于控制能耗制動電路4的導通與關斷，進行能量消耗，實現制動在 不計功率單元8自身損耗的情況下，單相逆變橋式電路5的輸入直流母線電功率與能耗制動 電路4消耗的電功率相等。
圖2為圖1所示的本發明中制動控制器6的流程圖，其工作流程為-首先[初始化]201，然后進入[實時測量]202，實時測量能耗制動電路4的直流母線電壓值；然后進入[測量值是否達到上限值]203，進行比較判斷，如果沒有達到上限值就進入[過壓顯示]204進行數值顯示，如果達到上限值就進入[接通能耗制動電路]205進行能量消耗；再進入[測量值是否為下限值]206進行判斷，如果沒有達到下限值就再返回進入[接通能耗制動電路]205進行能量消耗；如果達到下限值就進入[斷開能耗制動電路]207，完成能量消耗，達到制動的功效。
圖3為圖1所示的制動控制器6的電路原理圖，制動控制器6的電路結構為泵升電路18依次連接有電壓滯環控制電路19、光電隔離電路12、整形電路13、放大電路14、穩壓濾波電路15和輸出電路16，輸出電路16分別與能耗制動電路4和電流保護電路17相連，所述的泵升電路18和電壓滯環控制電路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、穩壓濾波電路15、輸出電路16和電流保護電路17 —起集成在混合IC驅動器EXB850上，所述泵升電路18、電壓滯環控制電路19、光電隔離電路12、整形電路13、放大電路14、穩壓濾波電路15、輸出電路16和電流保護電路17均為常規電路。
權利要求
1、用于單元串聯型高壓變頻器具有制動功能的功率單元，它包括功率單元(8)和制動單元(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)內并聯有制動單元(9)，所述制動單元(9)由能耗制動電路(4)和制動控制器(6)組成，所述能耗制動電路(4)由IGBT元件(10)和制動電阻(11)串聯而成；所述制動控制器(6)用于控制能耗制動電路(4)的導通與關斷，進行能量消耗，實現制動；所述能耗制動電路(4)的控制方法為第一步，初始化，進入第二步；第二步，實時測量能耗制動電路(4)的直流母線電壓值；進入第三步；第三步，測量值與直流母線電壓設定值相比較，進入第四步；第四步，測量值是否達到設定值的上限值，沒有達到上限值就進行過壓顯示，如果達到上限值就進入第五步；第五步，接通能耗制動電路(4)，進入第六步；第六步，測量值是否達到設定值的下限值，沒有達到就返回到第五步，達到下限值就進入第七步；第七步，斷開能耗制動電路(4)。
2、 根據權利要求l所述的用于單元串聯型高壓變頻器具有制動功能的功率單元，其特征 在于所述直流母線電壓設定值的上限值為輸入交流電壓有效值的180%，直流母線電壓設定值的下限值為輸入交流電壓有效值。
3、 根據權利要求1或2所述的用于單元串聯型高壓變頻器具有制動功能的功率單元， 其特征在于在不計功率單元(8)自身損耗的情況下，單相逆變橋式電路(5)的輸入直流母線 電功率與能耗制動電路(4)消耗的電功率相等。
4、 根據權利要求1所述的用于單元串聯型高壓變頻器具有制動功能的功率單元，其特 征在于制動控制器(6)的電路結構為泵升電路(18)依次連接有電壓滯環控制電路(19)、光 電隔離電路(12)、整形電路(13)、放大電路(14)、穩壓濾波電路(15)和輸出電路(16)，輸出 電路分別與能耗制動電路(4)和電流保護電路(17)相連。
全文摘要
本發明用于單元串聯型高壓變頻器具有制動功能的功率單元，屬于電力電子設備技術領域，所要解決的問題是提供在反饋能量不大，又要求快速制動和啟動的場合下使用的一種串聯型高壓變頻器功率單元，而采用的技術的方案是用于單元串聯型高壓變頻器具有制動功能的功率單元，它包括功率單元和制動單元，所述功率單元包括順序連接的短路保護電路、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，所述功率單元內并聯有制動單元，制動單元由能耗制動電路和制動控制器組成，本發明可應用于各種高壓變頻器中。
文檔編號H02M5/00GK101635519SQ20091007521
公開日2010年1月27日 申請日期2009年8月23日 優先權日2009年8月23日
發明者付國軍, 李軒青 申請人:山西科達自控工程技術有限公司