[实用新型]能量回馈变频器的网侧滤波装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种能量回馈变频器的拓扑主电路及网侧滤波器电路结构，属于电力电子领域，更具体地说，涉及一种能量回馈变频器的网侧滤波装置。

背景技术

常规的通用交-直-交型变频器一般由整流电路、缓冲电路、直流滤波电路和逆变电路四部分组成。整流电路将输入频率固定的三相交流电整流成直流电，其电压即母线电压；整流后的电压为脉动电压，必须加以滤波，滤波电容起滤波和储能作用，消除电压波动；最后逆变电路将直流电逆变成频率、幅值都可调的交流电。充电电阻和开关构成上电缓冲电路用于限制充电电流过大，防止损坏二极管。

通用交-直-交型变频器主要缺点是由于二极管的单向导通性，电能只能单向流动，由电网传递给负载。当电机减速，制动或带有位能的重物下放时，电机处于再生发电状态，由于二极管整流桥能量传输不可逆，产生的再生电能传输到直流侧的滤波电容上，产生泵升电压。而一般的全控型的电力电子器件如IGBT等的耐压比较低，过高的泵升电压有可能损坏开关器件，滤波电容，甚至会破坏电机的绝缘，从而威胁系统的安全工作，这就限制了通用变频器的应用范围。为了解决电机处于再生发电时所产生的能源的再利用的问题，国内在中小型这样的系统中一般采用能耗制动，利用电阻将发出的电能消耗掉，但是如果电机负载很重或者起动，制动频繁，那么能耗电阻就必须设计得足够大，这样大功率的电阻，不但能源浪费严重，而且所产生的热会影响系统的其他部分的正常运行。

此外，由于二极管整流会产生大量的谐波，对电网产生严重的谐波污染，影响电能质量。

能量可回馈变频器采用双PWM控制技术，打破了过去变频器的统一结构，采用PWM整流器和PWM逆变器提高了系统功率因数，并且实现了电机的四象限运行，包括输入滤波器、网侧PWM整流器、机侧PWM变频器三大部分。

按照这种主电路形式拓扑构成的变频器可以解决传统变频器的两个技术问题：

(1)能量回馈。当电机处于拖动状态时，能量由交流电网经整流器中间滤波电容充电，逆变器在PWM控制下降能量传送到电机；当电机处于减速运行状态时，由于负载惯性作用进入发电状态，其再生能量经逆变器中开关元件和续流二极管向中间滤波电容充电，使中间直流电压升高，此时整流器中开关元件在PWM控制下降能量馈入到交流电网，完成能量的双向流动。

(2)此种方式的大功率变频器解决了对电网的污染问题，功率因数高。由于PWM整流器闭环控制作用，使电网电流与电压同频同相位，提高了系统的功率因数，消除了网侧谐波污染。

由于能量可回馈变频器在采用PWM调制时，功率开关器件的高通断频率会产生高次谐波，若直接接入电网，会导致谐波污染，干扰电网中其他电磁敏感设备，也会产生损耗。因此需要在电网和变流器之间接入谐波滤波器。传统方法是接入L滤波器抑制高次谐波。但随着变流器功率等级的提高，特别是在中高功率应用场合，开关器件频率相对较低，要使电流满足相应的谐波标准所需电感值较大，这不仅使得电流变化率下降，系统动态性能降低，而且会造成电感体积过大，成本过高等一系列问题。

为了更好抑制谐波，降低滤波器成本，部分产品开始采用LCL滤波器，但是实际应用中发现LCL滤波器会导致谐振，影响系统的稳态性能和稳定性。而且滤波器的参数设计相对较复杂，设计不合理时不仅达不到预期的滤波器效果，反而会增加电流的畸变，导致系统性能恶化。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术中的常规LCL滤波器的能量可回馈变频器谐振和稳定性方面的缺陷，本实用新型提供了一种能量回馈变频器的网侧滤波装置。

本实用新型提供了一种能量回馈变频器的网侧滤波装置，包括：LCL滤波器和PWM整流器，所述LCL滤波器包括：三相LCL滤波电路和星形RC滤波电路；

其中，三相LCL滤波电路由电流霍尔传感器、网侧电感、星形连接的电容、变频器侧电感串联而成；

其中，星形RC滤波电路与三相LCL滤波电路串联而成。

优选地，所述的电流霍尔传感器为三个H1、H2、H3。

优选地，所述的星形RC滤波电路由三相电阻R和电容C串联而成。

优选地，其所述能量回馈变频器的网侧滤波装置电网输入为三相交流电R、S和T。

优选地，所述的三相交流电R、S和T分别与三个电流霍尔H1、H2、H3串联，然后和LCL滤波电路串联；LCL滤波器1输出端连接到PWM整流器的三相交流输入端；星形连接的RC滤波电路4三相输入端连接到PWM整流器2的三相交流输入端；公共端中心点O连接到PWM整流器2的负直流端N。