[发明专利]用于中高压电机驱动的全控桥拓扑结构

说明书

技术领域

    本发明涉及中高压电机驱动的AC/DC和DC/AC电能转换装置使用的全控桥，特别是驱动交流电压从1kV到20kV范围内调速电机的电源装置。

背景技术

    到目前为止，中高压电机驱动主要采用的是美国专利文件US5625545公开的拓扑结构，该结构使用多重化移相变压器和输出采用多电平移相式脉宽调制技术(PWM： Pulse Width Modulation)的单元串联多电平方案。在中国，采用这种拓扑结构的电源装置称为中高压变频器，中高压变频器由题为“高压变频器应用手册”和“变频器应用手册”的出版物公知。这种拓扑结构需要一台与变频器容量近似的变压器，增加成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于中高压电机驱动的全控桥拓扑结构，直接从交流电网获取电能，进行AC/DC电能变换，产生直流电压源，再进行DC/AC电能变换，产生电机需要的交流电压，输出交流电压的幅值和频率可调，省去多重化移相变压器，并且该结构具有有功功率和无功功率输出控制的功能。

本发明的技术方案如下：

一种用于中高压电机驱动的全控桥拓扑结构，包括有交流电源和电机，其特征在于：从所述的交流电源引出接线，依次连接AC/DC转换器、滤波电路和全控桥逆变电路后接入所述的电机，所述交流电源输出的交流电压经AC/DC转换器变换成直流电压，再经滤波电路和全控桥逆变电路变换成交流电压并输入到电机，为电机提供所需的交流电压；所述的全控桥逆变电路的每个桥臂上分别串接有一个或多个开关模块，各开关模块的结构均相同，且均由多个开关器件、二极管以及电容串并联组成。

所述的用于中高压电机驱动的全控桥拓扑结构，其特征在于：所述的全控桥逆变电路的控制采用PWM方式，全控桥逆变电路输出频率和电压幅值均可调的交流电压。

所述的用于中高压电机驱动的全控桥拓扑结构，其特征在于：所述的多个开关器件为绝缘栅双极型晶体管、集成门极换流晶闸管、电子注入增强栅晶体管或金属氧化物半导体控制晶闸管。

本发明的有益效果：

本发明直接从交流电网获取电能，进行AC/DC电能变换，产生直流电压源，再进行DC/AC电能变换，产生电机需要的交流电压，输出交流电压的幅值和频率均可调，省去了多重化移相变压器，大大简化了电路结构，并且本发明的电路结构具有有功功率和无功功率输出控制的功能。

附图说明

图1为本发明的电路结构原理框图。

图2为本发明全控桥单桥臂的拓扑结构图。

图3为本发明开关模块M的拓扑结构图。

图4为本发明开关模块M的其它拓扑结构图；其中，图4a为本发明模块M开关的并联结构图，图4b为本发明开关模块M的串联结构图，图4c1和图4c2分别为本发明开关模块M内部开关的二种串联/并联拓扑结构图，图4d 为本发明开关模块M的电容C拓扑结构图。

图5为本发明整流侧的AC/DC拓扑结构图；其中，图5a为二极管不可控AC/DC整流结构图，图5b为晶闸管相控AC/DC整流结构图，图5c 三相全控桥AC/DC整流结构图。

具体实施方式

参见图1，一种用于中高压电机驱动的全控桥拓扑结构，包括有交流电源和电机7，从交流电源引出接线，依次连接AC/DC转换器8、滤波电路9和全控桥逆变电路后接入电机7，交流电源输出的交流电压经AC/DC转换器8变换成直流电压，再经滤波电路9和全控桥逆变电路变换成交流电压并输入到电机7，为电机7提供所需的交流电压；全控桥逆变电路的每个桥臂上分别串接有一个或多个开关模块1、2、3、4、5、6，各开关模块的结构均相同，且均由多个开关器件、二极管以及电容串并联组成。

全控桥逆变电路的控制采用PWM方式，全控桥逆变电路输出频率和电压幅值均可调的交流电压。

开关器件可以为绝缘栅双极型晶体管、集成门极换流晶闸管、电子注入增强栅晶体管或金属氧化物半导体控制晶闸管。

以下结合附图对本发明作进一步的说明：

通常使用的大功率全控桥是三相全控桥，也有单相全控桥。全控桥的桥臂结构是用开关模块串联组成，每个开关模块的结构相同。根据变频器电压等级和参数，确定单桥臂具体的开关模块数量；变频器输入和输出电压等级越高，单桥臂上的串联开关模块数量就越多。