專利名稱：一種利用igbt換流的由晶閘管組成的多相方波逆變器的制作方法
技術領域：
本發明屬于電工一級學科，電力電子技術二級學科領域。特別涉及一種利用IGBT 換流的由晶閘管組成的多相方波逆變器，用于異步電動機的變頻調速。
背景技術：
目前在直流變交流的變頻調速系統中，廣泛采用的異步電動機變頻調速用的逆變器大多是由全控器件(IGBT、IGCT等)組成的三相正弦波逆變器。為了產生正弦波必需采用高頻化的PWM技術(脈沖寬度調制技術)。為了解決中、高壓變頻調速還要采用多電平技術或羅賓康變壓器。所有這些造成逆變器成本高、體積大、損耗大、線路復雜、電動機的絕緣承受較高的dV/dt值等缺點。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，克服上述現有逆變器的缺點，提供提出了一種利用振蕩電流關斷的由晶閘管組成的多相方波逆變器。為解決技術問題，本發明的解決方案是提供了一種利用IGBT換流的由晶閘管組成的多相方波逆變器，包括由單相全橋組成的逆變器；所述多相方波逆變器是η級各自獨立的逆變器，每級逆變器均由m個單相全橋組成，m、η為彡1的整數。作為一種改進，所述的m個單相全橋中的每個單相全橋均包含四個橋臂；每個橋臂由晶閘管和反并二極管組成，在每個單相全橋的每對上、下橋臂之間串接了一個換流變壓器的副邊繞組W，每級逆變器的輸入端接了第一電感(U)、第一電容(C1)和第二電感 (L2)、第二電容(C2)組成的濾波電路，第一電容(C1)和第二電容(C2)兩端分別接了由第一換流開關(Kl+)、第二換流開關(K1-)和第一續流二極管(D1)、第二續流二極管(D2)串聯組成的電路，η級、每級m相，總共mXn相提供mXη個相位依次互差360/mn度的方波電壓給異步電動機的mXn個獨立的繞組。作為一種改進，所述的換流變壓器采用一只公共的m個鐵柱的多相變壓器，或者采用各自獨立的m個單相變壓器；換流的方向是從每對上、下橋臂中的一個橋臂的晶閘管換到另一橋臂的二極管，換流變壓器所加的電壓的方向需有助于這樣的換流。作為一種改進，所述η級各自獨立的逆變器由斬波器調壓的直流電源供電。本發明還提供了一種利用IGBT換流的由晶閘管組成的多相方波逆變器，包括由半橋組成的逆變器；所述多相方波逆變器是η級各自獨立的逆變器，每級逆變器均由m個半橋組成，m、η為> 1的整數；逆變器供電的直流電源具有能夠提供中線電流的中線，電動機的獨立的m相繞組接成星形接法，星形的中點與直流電源中線相接。本發明的有益效果在于本發明可以克服現有逆變器的缺點，降低逆變器成本、減小體積、減少損耗、簡化線路、并可降低直流脈沖電壓的dv/dt值，從而減小電動機的絕緣應力。
圖1為本發明的電路原理框圖。圖中，Ud,_ =斬波直流電源輸出的平均電壓，m、 η是彡1的整數。圖2為一種直流斬波電源供電的逆變器的電路圖，本發明中的多相方波逆變器由 η級各自獨立的該組合組成。圖3為另一種直流斬波電源供電的逆變器的電路圖，本發明中的多相方波逆變器由η級各自獨立的該組合組成。
具體實施例方式本發明的實現原理電路圖如圖1所示。斬波器輸出直流電壓的波形為以Ud為幅值、占空比可調的高頻脈沖波ud。將此直流電壓的+、_端輸入到由晶閘管組成的多相方波逆變器中，逆變器由η級組成。本發明的具體實施例1:本具體實施例的電路圖如圖2所示。每一級逆變器內包含m相的可變頻的方波電壓發生器，每一相為單相全橋，包含兩對上、下四個橋臂。每個橋臂由一個晶間管Th和一個反并二極管D組成。每個單相全橋中的兩組對角線橋臂按180°輪流工作，輸出180°的方波交流電壓。輸出電壓加到異步電動機的一相獨立的繞組上。每級逆變器內輸出m相方波電壓，相位依次互差360/m度。每一級逆變器的輸入端接了 L1、C1、L2、C2組成的濾波電路和換流開關ΚΙ+、Kl_。 L1、C1、L2、C2組成的濾波電路將輸入直流脈沖波基本濾平。換流開關K1+、K1-平常一直導通，只當換流時才斷開。斷開時則電流可通過續流二極管Dl繼續流通。續流二極管可以使 Kl+、Kl的電壓均勻。晶閘管的換流過程說明如下圖2中在每對上、下橋臂之間串接了一個換流變壓器的付邊繞組WaUbl、…Wml。譬如在某一時刻ω = 0°需要從al左上 al右下對角線橋臂導通換到al左下 al右上對角線橋臂導通，在此之前，Thai左上、Thai 右下是導通的。電動機的電流瞬時是不會變的，故現在要求電流從Thai左上流向電動機的 al相更換成從Dal左下流向電動機的al相；同樣要求電流從電動機的al相流向Thai右下更換成流向Dal右上。每次換流都是要求從一個橋臂的晶閘管換到另一橋臂的二極管。為了換流的需要在Wal、ffbl、…Wml繞組中需要換流的那一相(譬如al相)加上換流電壓脈沖AU(UWal)，每個換流電壓正脈沖為幅值 +5 10v(根據換流速度的要求)、脈寬 晶閘管的標定關斷時間約100 μ s的波。正的uWal值代表Wal上的電壓極性為上正下負。AU 的方向始終有助于換流。這些電壓通過換流變壓器的原邊加到圖二中的Wal付邊繞組上。 在此脈沖Δ U作用下，當需要換流時，例如在on = 0°的時刻，只要斷開開關Kl+、Kl-以及Thai左上、Thai右下的觸發脈沖，Thai左上、Thai右下的電流就能換流到Dal左下、Dal 右上，而且由于Dal左上、Dal右下流過反向電流而使Thai左上、Thai右下承受反壓關斷， 經過約10(^8從新導通1(1+、1(1-。此時Thai左上、Thai右下已經完全關斷，al橋的左上、 右下橋臂電流已經更換到了左下、右上橋臂。其后加上Thai左下、Thai右上的開通脈沖， 待電動機的al相電流反向時，Dal左下、Dal右上，的電流變為零而Thai左下、Thai右上的電流開始上升。經過180°后，類似地將通電橋臂再換回來。對bl、…、ml、各相也按次類似地進行。m相的換流變壓器可以采用一只公共的m個鐵柱的多相變壓器，也可采用m只各自獨立的單相變壓器。上述情況為第一級逆變器的工作情況。第2、…、η級逆變器的工作是相似的。而且η級逆變器多相換流脈沖電壓均可重疊加在每級逆變器的多相換流脈沖變壓器上。只當某一級逆變器的Kl+、kl-斷開時該級逆變器相應的橋臂才會換流。其余各級逆變器的K1+、 kl_沒有斷開，微小的換流電壓(約5 IOv)是不起作用的。上述換流變壓器每次工作時付邊脈沖電壓為約士5 10v，付邊電流為每級逆變器一相橋臂的電流。它的容量和體積是不大的。如果直流電源不僅輸出+、_端，而且輸出中端(即零線)，并允許流過一定的中線電流，則逆變器m相可以改成半橋，即每相只有上、下兩個橋臂。方波電壓可以輸到接成星形接法的m相電動機繞組，繞組的中點(即星形的中點)連接到直流電源的輸出中端。此時m相繞組只需引出m+1個端子，每相電壓也比原來低。本發明的具體實施例2 本具體實施例的電路圖如圖3所示。與具體實施例1相比，其區別在于，直流電源不僅輸出+、-端，而且輸出中端(即零線)，并允許流過一定的中線電流，逆變器m相改成半橋，每個半橋均包含兩個橋臂；每個橋臂由晶閘管和反并二極管組成，在每個半橋的上、 下橋臂之間串接了一個換流變壓器的副邊繞組W，其余電路結構與實施例1相同。方波電壓可以輸到m相電動機繞組，此時電動機的獨立的m相繞組接成星形接法，星形的中點與直流電源的中線相接。
權利要求
1.一種利用IGBT換流的由晶閘管組成的多相方波逆變器，包括由單相全橋組成的逆變器；其特征在于，所述多相方波逆變器是η級各自獨立的逆變器，每級逆變器均由m個單相全橋組成，m、η為彡1的整數。
2.根據權利要求1所述的多相方波逆變器，其特征在于，所述的m個單相全橋中的每個單相全橋均包含四個橋臂；每個橋臂由晶閘管和反并二極管組成，在每個單相全橋的每對上、下橋臂之間串接了一個換流變壓器的副邊繞組(W)，每級逆變器的輸入端接了第一電感㈦)、第一電容(C1)和第二電感(L2)、第二電容(C2)組成的濾波電路，第一電容(C1)和第二電容(C2)兩端分別接了由第一換流開關(Kl+)、第二換流開關(K1-)和第一續流二極管仇)、第二續流二極管(D2)串聯組成的電路，η級、每級m相，總共mXn相提供mXn個相位依次互差360/mn度的方波電壓給異步電動機的mXn個獨立的繞組。
3.根據權利要求2所述的多相方波逆變器，其特征在于，所述的換流變壓器采用一只公共的m個鐵柱的多相變壓器，或者采用各自獨立的m個單相變壓器；換流的方向是從每對上、下橋臂中的一個橋臂的晶閘管換到另一橋臂的二極管，換流變壓器所加的電壓的方向需有助于這樣的換流。
4.根據權利要求1所述的多相方波逆變器，其特征在于，所述η級各自獨立的逆變器由斬波器調壓的直流電源供電。
5.一種利用IGBT換流的由晶閘管組成的多相方波逆變器，包括由半橋組成的逆變器； 其特征在于，所述多相方波逆變器是η級各自獨立的逆變器，每級逆變器均由m個半橋組成，111、11為> 1的整數；逆變器供電的直流電源具有能夠提供中線電流的中線，電動機的獨立的m相繞組接成星形接法，星形的中點與直流電源中線相接。
全文摘要
本發明涉及電工類電力電子學科，旨在提供一種利用IGBT換流的由晶閘管組成的多相方波逆變器。該逆變器包括由單相全橋組成的逆變器；所述多相方波逆變器是n級各自獨立的逆變器，每級逆變器均由m個單相全橋組成，m、n為≥1的整數。本發明可以克服現有逆變器的缺點，降低逆變器成本、減小體積、減少損耗、簡化線路、并可降低直流脈沖電壓的dV/dt值，從而減小電動機的絕緣應力。
文檔編號H02M7/48GK102263523SQ20111020598
公開日2011年11月30日 申請日期2011年7月21日 優先權日2011年7月21日
發明者汪槱生 申請人:汪槱生