[发明专利]能量双馈三相电机变频调速驱动器

说明书

相关专利

本发明内容与美国专利US5784269，中国专利01140014.5，，中国专利CN200810006950.X，美国专利US6046915，US20090040800相关联。

技术领域

本发明涉及三相感应电机变频调速，尤其是一种高功率因数正向驱动，高功率因数能量反馈三相电机变频调速电路，及类似的需要进行能量双向传输的电源，特别适应于双馈风力发电变换器。

背景技术部分

电动机负荷在电网中占有最大的比重，采用变频调速技术可节能降耗、改善控制性能，已在应用中取得了良好的应用效果和显著的经济效益。随着半导体功率器件技术的进步，基于脉宽调制技术(PWM)的变频调速已成为主流。但20年来大范围的推广应用却遇到了极大的障碍，技术上的问题是主要原因，其中最主要的是谐波和能量反馈，如不能很好的解决而在现有的技术基础上大范围推广应用，结果可能是灾难性的，无论是对电网环境还是设备自身。

三相PWM整流技术被普遍认为是解决上述问题最有前景的手段，在过去的几年产生了一些专利，如中国专利CN1949645A，CN101001053A，美国专利US20050093501，PCT专利PCT/JB2006/003334，PCT/US2005/033565等。其中很多的是在探索解决系统的稳定问题。三相PWM整流技术可以实现无谐波的高功率因数整流，同时也可实现能量的双向传送，但近年来并没有得到广泛的应用，普遍接受的原因是电路复杂、成本高和严重的共模电压干扰。美国专利US5784269，US6046915和US20090040800进行了很有意义的探索，把高频处理的功率降低到与输出功率相当的水平，但仍是全功率，并且只能单向传输。更为重要的是三相整流器的三相电流只有两个自由度，三相PWM整流技术的控制方式造成的控制条件多余，当负载为恒定功率的有源负载时，它自己规范由整流器获取的电流波形，因而以上两种方式处理了多余的功率，影响了系统的稳定性，更何况同一系统中过多的PWM调制的互相影响。中国专利200810006950.X的低相间整流器和升降压变换器电路器件略多。

发明内容

本发明的目的是在中国专利，中国专利01140014.5，，中国专利CN200810006950.X，美国专利US5784269，US6046915，US20090040800，公开的整流技术基础上改进，以适应三相感应电机变频调速，双馈风力发电，以及类似需要进行能量双向传输恒定功率的整流负载需求。

为解决上述任务，本发明采用的解决方案是：将原常规三相电源的整流电路中的桥式连接的6只二极管由IGBT或其它可实现电流逆向流通的半导体开关器件取代，构成主整流器。能量前向流通时，该6只IGBT中，对于确定的相位区间常规三相桥式整流器中两只导通的二极管位置的两只IGBT可被控制导通，其余的四只必须16BT保持关断。体内并联的体二极管正向导通的IGBT被控制导通或可降低管压降。能量反向流通时，该6只IGBT中，对于确定的相位区间常规三相桥式整流器中在正向能量流动两只导通的二极管位置的两只IGBT一定要被控制导通，其余的四只必须IGBT保持关断，导通的IGBT体内并联的体二极管反向，电流通道由导通的IGBT维持。整流器滤波电容容量取值应很小，完全不影响由三相电中电压高的相和电压低的相所决定的整流器输出电压波形，并且该电压波动对所述的滤波电容的充放电电流要远小于工作电流。如此主整流器输出的电压波形应如图3所示，正常直流输入三相PWM输出的电机变频调速控制电路由于电机是典型的对称线性负载，根据瞬态功率平衡原理，是恒定功率负载，电流波形应如图4所示，无论是前向的还是后向的。

三相电中处于中间电位的相在主整流器中被阻断，故称阻断相，如图2中的B相在bc和cd段。3个半导体组合双向开关组成的阻断相选择开关将电压高的相和电压低的相关断，将阻断相连接至高频电感，由半桥形式的IGBT控制电流的方向和大小，与主整流器连通。

能量前馈时

如图1所示，升降压变换器工作于升压方式，对应于起始点相位为零的A相，在0至π/6相位区间强制A相的电流通过阻断相选择开关流入主整流器输出，大小为：