[实用新型]单相一体化能量回馈装置

说明书

技术领域

  本实用新型涉及一种能量回馈装置，特别是使用单相供电的整流逆变一体化的电力电子装置。

背景技术

  在全球发展绿色经济、倡导低碳生活的趋势下，节能环保低碳产业是节能降耗的必然选择。电机系统节能改造工程已经成为国家节能减排的一个重点。

  在一些电机快速起停、频繁正反转的场合，当电机制动和带动位能性负载下降时，电机处于发电状态。会向电机的变频器母线注入电流，使变频器母线电压上升，这种泵升电压达到一定数值，就会击穿变频器的工作元件。

  为了防止变频器母线泵升电压过高，通常采用如图1所示的在变频器直流母线并联能耗单元的方法，把直流母线上接收的电能通过能耗电阻以热的方式释放掉。这种解决方案的能耗单元需要占用较大的空间，而且浪费了电机发出的电量。 

  为了能够利用电机发电产生的电能，通过在变频器母线并联能量回馈装置的办法，可以实现把回馈能量转换为交流电送入电网，如图2所示。但是，这种方案存在以下缺点：

（1）对于电机来说，整流和回馈是两个装置，系统复杂，元器件多，成本高；

（2）实际应用时，经常存在回馈装置和变频器不匹配，回馈装置干扰变频器，导致变频器不能正常工作而无法实际应用的情况；

（3）当电网电压降低时，变频器直流母线电压随着降低，母线电压降低到一定程度，电机工作性能下降，甚至无法正常工作。

  因此，在单相供电的有能量回馈的电机调速系统中，现有方案存在能耗大、占用空间大或者装置复杂、成本高、应用范围受限等缺点。 

发明内容

  本实用新型是针对以上现有技术的缺点，在单相供电的场合提供一种可以用一套装置实现整流供电和回馈逆变发电的单相一体化能量回馈装置。

  一种单相一体化能量回馈装置，前级电路包括并联的限流电阻及开关、滤波器、两个正向串联的开关管、多组串联的直流母线电容、电网电压检测电路、输入电流检测电路、母线电压检测电路、控制电路，还包括了一个双向开关，所述双向开关一端与正向串联开关管的公共连线及滤波器的一端连接在一起，另一端连至串联电容的串联线及电网的N线；所述滤波器另一端经限流电阻连接电网L线；所述正向串联的开关管、串联的电容组及三相逆变器并联接到正负母线上；

所述电网电压检测电路、输入电流检测电路、直流母线电压检测电路的输出信号送入控制电路，控制电路根据检测信号进行闭环控制，输出驱动信号、驱动开关管及双向开关的导通与关断；

所述滤波器由电感和电容组成；

后级电路包括三相逆变器及电机。

 所述双向开关的功能是，根据驱动信号的控制能够按照要求实现电流正向或者反向的流通和断开，采用能完成此功能的器件来实现。

 所述双向开关采用二极管、IGBT、MOSFET、整流桥等半导体器件通过正确的组合来构成。

  所述的多组串联的直流母线电容的连接方法是：电容先两两串联，然后再并联接在正负直流母线上，并把串联点连接起来，形成母线电压的中点。向电网送电时，串联电容构成了逆变器的一个桥臂。

 所述的并联的限流电阻及开关的功能是在装置启动时限制启动电流，启动结束后短路限流电阻。

  所述单相一体化能量回馈装置的控制电路检测母线电压，当母线电压低于设定值时，正向串联的开关管Q1和Q2不导通，其反并二极管与双向开关构成升压整流器，由控制电路发出驱动信号控制双向开关的导通与关断，进行功率因数校正，给负载供电；母线电压高于设定值时，双向开关断开，电路构成一个半桥逆变器，控制电路板根据检测得到的电压和电流信号进行闭环反馈控制，控制Q1和Q2 的开通与关断，向电网输出与电网同频率和同相位的正弦电流。

  所述的单相一体化能量回馈装置在整流模式时，若电网电压处于正半周，Q2的反并二极管不导通，Q1的反并二极管参与功率因数校正；若电网电压处于负半周，Q1的反并二极管不导通，Q2 的反并二极管参与功率因数校正。进行功率因数校正，保证了装置在整流状态具有高的功率因数和低的谐波，达到绿色环保的目的。

 所述装置工作在整流状态时，双向开关只承受一半的母线电压值，具有较低额定电压值的双向开关的导通损耗大大降低；系统中较多的二极管参与工作，二极管的开关损耗、驱动损耗和导通损耗与相同功率等级的开关管相比得到了较大的降低。因此，装置的效率得到了提高。

 所述三相述逆变器在系统处于整流状态时，给电机提供电能，驱动电机工作；当电机回馈发电时，三相逆变器把电机回馈产生的电能通过直流母线传送给单相逆变器。