[实用新型]一种用于级联型高压变频器的功率单元

说明书

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种用于级联型高压变频器的功率单元。

背景技术

近年来，高压电机逐步向低功率段延伸，取代原来的低压电机，以提高运行效率。作为高压电机的配套设备，高压变频器也随之向低功率扩展。

在高压风机、水泵等应用领域，目前应用最多的是功率单元级联型高压变频器，输出电压质量好，输入谐波电流低，维护方便。

但是，这类高压变频器也存在其弱点，例如，需要多副边绕组移相变压器，体积较大；功率单元数量多，结构不够紧凑。随着高压变频器向低功率段扩展，上述缺点就显得更加突出。

目前级联型高压变频器多采用输入三相桥式整流、单相H桥逆变输出的单元结构，其功率单元电路如图1所示。以每功率单元输出722V为例，每相采用8个功率单元串联，24个功率单元可以组成一台10KV高压变频器；功率单元采用1700V的IGBT；对应的移相变压器共包括135个副边绕组，一台400KW的高压变频器外形尺寸宽度达4米。即使是200KW/10KV的变频器，体积也相差无几。

为了减少功率单元的数量，有些高压变频器的功率单元采用了三电平的逆变结构，其功率单元电路如图2。仍采用1700V的IGBT，每功率单元可以输出1450V，12个功率单元就可组成10KV的高压变频器；但功率单元仍需要三相整流输入，与其相对应，移相变压器的绕组数为63个；另外需要附加电路以保持两个滤波电路电压的平衡，控制逻辑也更复杂。

针对各种功率单元的上述不足，本实用新型提供了另外一种功率单元，在提高功率单元输出电压的同时，可以降低移相变压器的副边绕组数，保持上、下滤波电路电压的自然平衡，从而在维持控制方便的同时，能够减小高压变频器的体积，并降低高压变频器的材料成本及安装成本。

实用新型内容

本实用新型的第一技术方案为一种用于级联型高压变频器的功率单元，包括半桥整流电路(1)、2组串联的滤波电路(21和22)、全桥逆变电路(3)和功率单元控制电路(4)，其特征在于，功率单元具有2个输入端(a和b)和2个输出端(u和v)；所述半桥整流电路(1)包括两个串联的整流管(11和12)，其中上整流管(11)的阳极连接下整流管(12)的阴极，连接点连接功率单元的第一输入端(a)；所述2组串联的滤波电路(21和22)参数相同，串接点连接功率单元的第二输入端(b)；所述全桥逆变电路(3)包括2个桥臂(31和32)；每个桥臂(31或32)都包括4个串联的IGBT开关管(311-314或321-324)和2个串联的二极管(315-316或325-326)，其中第一开关管(311或321)的E极连接第二开关管(312或322)的C极，第二开关管(312或322)的E极连接第三开关管(313或323)的C极，第三开关管(313或323)的E极连接第四开关管(314或324)的C极；第一二极管(315或325)的阳极连接第二二极管(316或326)的阴极，并连接2组滤波电路(b)的串接点；第一二极管(315或325)的阴极也连接第一开关管(311或321)的E极，第二二极管(316或326)的阳极也连接第四开关管(314或324)的C极；上整流管(11)的阴极连接第一组滤波电路(21)串接点外的另一端和2个桥臂(31和32)中第一开关管(311或321)的C极，第二整流管(12)的阳极连接第二组滤波电容(22)串接点外的另一端和2个桥臂中第四开关管(314或324)的E极；2个桥臂(31和32)中第二开关管(312或322)的E极分别作为功率单元的两个输出端(u和v)；所述功率单元控制电路(4)连接所述全桥逆变电路(3)，并具有光纤接口作为功率单元的控制接口。

第二技术方案基于第一技术方案，其特征在于，上整流管(11)与下整流管(12)的连接点直接连接功率单元的第一输入端(a)。

第三技术方案基于第二技术方案，其特征在于，还包括熔断器(51)，上整流管(11)与下整流管(12)的连接点通过熔断器(51)连接功率单元的第一输入端(a)。

第四技术方案基于第一技术方案，其特征在于，2组滤波电容(21和22)的串联公共端直接连接功率单元的第二输入端(b)。

第五技术方案基于第四技术方案，其特征在于，还包括熔断器(52)，2组滤波电路(21和22)的串联公共端通过熔断器(52)连接功率单元的第二输入端(b)。

附图说明

图1为现有的功率单元示意图；

图2为常规三电平功率单元的电路示意图；