[发明专利]一种简单的五电平变频调速器装置

说明书

(一)技术领域

本发明涉及多电平高压变频调速器技术领域，特别涉及一种简单的五电平变频调速器装置。

(二)背景技术

随着现代电力电子器件的发展，其电压等级不断提高，但是直接用高电压等级的功率器件做高压变频器还是存在很多的缺陷：1、器件的耐压等级越高，其du/dt就越大，对电机的绝缘不利；2、器件受到耐压材料的限制，不可能无限制的提高。目前，高压变频调速器一般都采用输入端加移相变压器的方法解决器件耐压不足的问题，但是，由于输入端有移相变压器，使得整机损耗高体积庞大，不利于产品向小型化、低成本、高效率方向发展。

(三)发明内容

本发明的目的就是要提供一种简单的五电平变频调速器装置，利用IGBT来实现的五电平电路拓扑的高压变频器，具有控制简单，安全可靠的基于混合载波的五电平高压变频调速器。

本发明是通过以下措施来实现的：

本发明涉及一种简单的五电平变频调速器装置，是由高压整流电路、高压电容滤波电路、强制均压电路和高压逆变电路依次连接组成，其特别之处在于：所述的逆变电路的主控器件采用IGBT、IGCT或MOSFET，采用二极管钳位五电平结构，三个桥臂相同的逆变器。重叠载波既可以有利于均压电路均压，又有利于减少辅助变压器的容量。

本发明的五电平变频调速器装置，所述的整流电路是由电源变压器和二极管整流电路组成；变压器具有4个副边绕组，对于同一器件组成的五电平，各副边绕组均为原边的1/4；其中两组为星形接法；两组为三角形接法，四组三相桥式整流提供四个合适的电压，作为逆变器的供电电源及钳位电源。

本发明的五电平变频调速器装置，所述的整流电路为PWM整流电路，采用二极管钳位五电平结构，三个桥臂相同的整流电路。

本发明的五电平变频调速器装置，所述的PWM整流电路载波中间的两个载波频率比两边的频率高，这样的目的是获得更高的波形分辨率。

本发明的五电平变频调速器装置，所述的整流电路的辅助电源由一辅助变压器提供，辅助变压器的两个副边绕组分别为角接或星接，辅助电源的大小均为主电源电压的1/4。

在需要实现四象限运行时，整流电路的形式与逆变器电路结构完全相同。若不需要实现四象限运行时，其中一半整流功率开关可以用二极管代替。为得到各钳位电位均衡，设置强制均压电路。

本发明逆变器结构电路的优点在于：高压逆变电路采用IGBT组成，采用二极管钳位五电平结构，三个桥臂相同的逆变器。其中一个桥臂的电路如图6所示。逆变器载波波形图如图7所示。图7所示的载波既可以有利于均压电路均压，又有利于减少辅助变压器的容量。

本发明的五电平变频调速器装置，其整机优点在于，当逆变器采用同一种可控器件组成五电平时，其输入电源的整流方式灵活，也可用电源变压器和不控二极管整流电路组成普通的整流方式；也可去掉电源变压器，采用PWM整流，二极管钳位五电平结构；整流电路的形式与逆变器电路结构完全相同时可实现四象限运行。强制均压电路和辅助电源简化强制均压电路的设置，得到了各钳位电位均衡。整机电路结构简单，器件的利用率高，不需特殊的生产工艺就能实现产品技术指标的稳定性和高可靠性。

(四)附图说明

图1是本发明的五电平变频器的结构框图

图中：1、整流电路2、滤波电路3、均压电路4、逆变电路。

图2是本发明的带输入变压器的整流电路图。

图3是本发明的PWM整流电路单相电路图。

图4是本发明的强制均压电路图。

图5是本发明的简化均压电路图。

图6是本发明的逆变电路中的一个桥臂电路图。

图7是本发明的载波波形图。

图8是本发明的PWM整流器载波波形图。

上述附图中，逆变电路等各由相同的三部分组成，附图中只画出各相同部分中的一相电路，以说明各相同部分的电路原理。

五、具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作具体说明。

如图1所示，三相高压6KV-10KV交流电直接送入整流单元1进行整流，通过电容电路2和强制均压电路3，然后送入高压逆变单元电路4，高压逆变单元电路4直接输出三相高压6KV-10KV交流电。