[发明专利]变频器中的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及变频器，并且尤其涉及对变频器的输入供电电流的波形的改进。

背景技术

典型的单相或三相供电的二极管整流器的输入供电电流是严重失真的。图1示出了待连接到单相供电网络的变频器的例子，该变频器包括二极管整流器1、DC(Direct Current，直流)中间电路2和可以向三相负载供电的逆变器。

在整流器的DC电压侧的中间电路的一个或多个电容器构成了逆变器的能量存储装置。然而，电容器中的充电电压限制了二极管电桥的导电时间，因为已知只有在供电网络的主电压高于中间电路的DC电压时，能量才被传递到DC电压中间电路。从而，只有在接近网络电压的峰值时刻的短暂时期能量才被传递到中间电路。因而，被传递到中间电路的能量是以高而短的电流尖峰形式被传递的。

高电流尖峰增加了设备的输入电流的有效值，因而例如线缆的熔断保护和热定值必须比要被利用的实际性能更高。此外，高电流尖峰增加了所有暴露于高电流尖峰的部件的压力。图2示出了在没有附加滤波的情况下生成整流器(具有容性DC电压电路能量存储装置)的3.3kW的DC功率的情形的例子，因而电流尖峰只受AC(Alternating Current，交流)网络的变压器和线缆的阻抗的限制。电流尖峰的最大值约为100A而有效值约为28.8A。如果以与电压具有相同相位的正弦电流来传递同样的平均功率，则电流峰值将仅约为20.3A而有效值约为14.3A。

为了降低电流尖峰，即对供电电流进行滤波，常常将无源扼流器添加到整流器。该做法的缺陷在于所需扼流器的尺寸、重量和价格随滤波的需求增加而显著增加。此外，因为滤波能力是通过增加扼流器电感L来加强的，所以在扼流器中发生的电压损耗随滤波需求的增加而增加。

一种降低电流失真的方式是用包括有源功率因数校正的整流器来替代二极管整流器，因而该设备总是具有高质量的供电电流。有源功率因数校正的缺陷在于实际设备诸如变频器等的结构会改变，从而其制造成本也常常会增加。在客户不关心供电电流的质量并且增加的成本不为客户提供任何实际的附加价值的情形中，成本的增加导致了特定的问题。因为相同的产品可以在所流行的标准相差很大的地区使用，而在某些地区关于网络效果的标准更加严格，所以在供电电流的质量标准方面出现了相应的情形。

发明内容

本发明的目标在于提供方法和实现所述方法的设备，使得以上问题得以解决。用以独立权利要求中声明的内容为特征的方法和设备来实现该目标。在从属权利要求中公开了本发明的优选实施例。

本发明基于在变频器和供电网络之间连接单独的电工设备来充当功率因数校正电路的思想。可以将这种类型的任意设备直接连接在变频器和供电网络之间，而不需要在实际变频器中进行改变。

根据本发明的思想，功率因数校正电路在其输出端形成DC电压。该DC电压被进一步供应给逆变器的整流部分，该整流部分包括在典型逆变器的传统配置中。典型逆变器的整流部分包括：其二极管被设计为以供电频率工作的二极管电桥。换言之，标准变频器的网络电桥的二极管不适合以更高的频率使用。根据本发明的方案，利用能够以高于基础网络频率的所述频率工作并因而能够校正功率因数的开关部件，实现了连接在网络电桥和供电网络之间的设备。因为被供应给变频器的输入的电压是DC电压，所以可以这样利用将在输入电桥中使用的二极管。

本发明的方法和设备的优点在于，提供了考虑到了各种需求的能够利用传统变频器的简单配置，在存在不同需求的情况下，在应用中不需要在变频器中做出改变。

此外，本发明的方案避免了由于大扼流器部件而导致的缺点，并且变频器中供电电流的曲线形状可以被修正为与网络电压的曲线形状和相位角相对应。

附图说明

在下文中将参照附图并针对优选实施例来更详细地描述本发明，在附图中：

图1是变频器的框图；

图2示出了提供有二极管电桥的变频器的供电电流和电压；

图3示出了本发明的功率因数校正单元；

图4示出了用于校正功率因数的替代结构；

图5是连接到变频器的本发明的功率因数校正单元的框图；

图6示出了用于单相供电网络的功率因数校正电路的例子；以及

图7示出了用于三相供电网络的功率因数校正电路的例子。

具体实施方式