能量回馈型高压变频功率单元制造技术

技术编号:10276872 阅读:184 留言:0更新日期:2014-08-01 03:27
本实用新型专利技术公开了一种能量回馈型高压变频功率单元,包括:功率模块、驱动模块、控制模块、电源模块及保护模块;功率模块包括位于电感、整流侧的三块IGBT模块和位于逆变侧的两块IGBT模块;所述驱动模块与功率模块相连,用于产生IGBT模块所需的驱动电平;所述控制模块包括核心控制部分、以及分别和核心控制部分相连的采样电路和通讯电路;所述电源模块分别连接驱动模块和控制模块;所述保护模块分别连接功率模块、驱动模块和控制模块。本实用新型专利技术实现了能量回馈型变频器功率单元集采样、控制及保护于一体的功能,体积较小,操作简单,具有很高的经济性及运行的稳定性。(*该技术在2023年保护过期,可自由使用*)

【技术实现步骤摘要】
能量回馈型高压变频功率单元
本技术涉及一种能量回馈型高压变频功率单元,尤其涉及一种基于保护测控一体化的能量回馈型高压变频功率单元。
技术介绍
能源工业作为国民经济的基础,对社会发展和人民生活水平的提高有着重要的意义。然而我国主要产品的能耗比世界先进水平高出35%左右,能耗产值是世界最高的国家之一,因此提高能源利用率是一个急需解决的问题。据统计,动力电消耗的能量占我国消耗电能的60%左右,随着电力电子技术的发展,变频器应用于动力电消耗较大的电力、冶金、石化以及煤炭等领域,取得了较好的节能效果,具有较好的经济效益和社会效益。提高电机运行效率是降低能耗的一个重要方向,引起了国家的重视。以其具有谐波含量低、输入功率因数高,不需输出滤波器等优点的级联型高压变频器得到了广泛的应用,取得了可观的节能效果。然而这种级联型高压变频器整流侧所用器件为二极管,无法实现能量的双向流动,因此无法应用于像矿用提升机、高速电梯及大型龙门刨床等要求电机运行在四象限的特殊领域,限制了此种变频器的应用。因此,具有能量回馈功能的四象限变频器越来越引起关注,对其研究和生产已成为变频器行业的一个重要发展方向。然而这种变频器的工作方式在高压领域应用更为复杂,如何更好的将能量回馈至电网且对电网质量影响较小成为一个难题,同时变频器行业的竞争十分激烈,体积小、成本低、功能全及通用性强无疑将拥有绝对的市场竞争优势。
技术实现思路
本技术针对目前能量回馈型变频器所存在的问题及市场现状,提出一种集采样,控制,保护于一体的、智能化的、可应用于能量回馈级联型高压变频器的能量回馈型高压变频功率单元。本技术采取的技术方案如下:一种能量回馈型高压变频功率单元,包括:功率模块、驱动模块、控制模块、电源模块及保护模块;所述驱动模块与功率模块相连,用于产生IGBT模块所需的驱动电平,驱动模块通过光纤与控制模块相连;所述控制模块分别连接所述的保护模块、驱动模块和电源模块,所述控制模块包括核心控制部分、以及分别和核心控制部分相连的采样电路和通讯电路;所述电源模块分别连接驱动模块和控制模块,用于向驱动模块和控制模块提供工作所需电源;所述保护模块分别连接功率模块、驱动模块和控制模块。优选的,所述功率模块,在电感、整流侧,两个IGBT模块串联成一组IGBT模块,三组IGBT模块并联连接,在逆变侧,两组IGBT模块并联连接,并与电感、整流侧的三组IGBT模块并联连接,三组IGBT模块和两组IGBT模块之间并联连接电容/均压电阻组合件,所述电容/均压电阻组合件包括多组串联连接的组件,每个组件包括并联连接的一个电容和一个均压电阻。优选的,所述功率单元的所有IGBT模块贴于同一片散热器上,通过正负母排与电容和均压电阻连接。优选的,所述采样电路中的网侧电压、直流母线电压的采样单元包括依次连接的减法器、隔离放大器和滤波器;电流采样、IGBT壳温、散热器温度的采样单元包括依次连接的采样电阻、滤波器、隔离放大器和滤波器;网侧电流和温度采样的采样单元上设有外部端□。优选的,所述核心控制部分包括相互连接的DSP元件和CPLD元件,DSP元件通过IO端口与CPLD元件进行数据传输。优选的,所述控制模块的通讯电路通过光纤连接所述主控系统,以接收主控系统命令传给控制模块及上传功率单元故障信号,所述通讯电路设有RS232、RS485通讯接口以和上位机通讯。优选的,所述驱动模块通过光纤连接所述控制模块,所述驱动模块包括设置在功率模块与控制模块之间的变压器。优选的,所述电源模块的输入端直接连接直流母线以获取直流母线电压,所述电源模块的和控制模块、驱动模块中的芯片之间通过DC-DC变换及电源转换芯片连接。相比于现有技术,本技术具有如下优点:1、电压采样采用“减法器+隔离+滤波”结构,既可以满足clark变换所需相电压采样算法又避免了直接采相电压所带来的波形质量差的问题,这样不仅减小了功率单元的体积,且与霍尔采样相比大大降低了成本。2、本功率单元具备自诊断及整机系统完善的故障保护功能,集采样、控制及保护与一体的功率单元,只需外加一台变压器就可组成不同功率的四象限级联型高压变频器,集成度高,操作简单。3、控制模块与驱动模块通过光纤连接,具有较强的电磁抗干扰能力,进一步提高了系统的可靠性和安全性。4、由于所有的IGBT模块安装在同一个散热器上面,因此可以任意改变整流侧逆变侧三相-两相桥式结构而不影响功率单元的整体结构。5、本功率单元的控制模块除足够的电压采样端口外还预留了多个温度、电流等模拟量接口,方便扩展采集量。同时驱动模块既可H桥驱动又可三相桥式驱动,适用于不同的功率模块结构,因此整个功率单元通用性较强。【附图说明】图1是本技术的实施例的级联型高压变频器的电路拓扑结构图;图2是本技术的实施例的能量回馈高压变频功率单元的结构框图;图3是本技术的实施例的能量回馈高压变频功率单元的外围连接说明图;图4是本技术的功率模块结构示意图;图5是本技术的网侧电压、直流母线电压的采样单元结构示意图;图6是本技术的实施例的IGBT壳温、散热器温度的采样单元模块图;本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能量回馈型高压变频功率单元,包括:功率模块、驱动模块、控制模块、电源模块及保护模块,其特征在于:所述驱动模块与功率模块相连,用于产生IGBT模块所需的驱动电平,驱动模块通过光纤与控制模块相连;所述控制模块分别连接所述的保护模块、驱动模块和电源模块,所述控制模块包括核心控制部分、以及分别和核心控制部分相连的采样电路和通讯电路;所述电源模块分别连接驱动模块和控制模块,用于向驱动模块和控制模块提供工作所需电源;所述保护模块分别连接功率模块、驱动模块和控制模块。

【技术特征摘要】
1.一种能量回馈型高压变频功率单元,包括:功率模块、驱动模块、控制模块、电源模块及保护模块,其特征在于: 所述驱动模块与功率模块相连,用于产生IGBT模块所需的驱动电平,驱动模块通过光纤与控制模块相连; 所述控制模块分别连接所述的保护模块、驱动模块和电源模块,所述控制模块包括核心控制部分、以及分别和核心控制部分相连的采样电路和通讯电路; 所述电源模块分别连接驱动模块和控制模块,用于向驱动模块和控制模块提供工作所需电源; 所述保护模块分别连接功率模块、驱动模块和控制模块。2.根据权利要求1所述的能量回馈型高压变频功率单元,其特征在于,所述功率模块,在电感、整流侧,两个IGBT模块串联成一组IGBT模块,三组IGBT模块并联连接,在逆变侧,两组IGBT模块并联连接,并与电感、整流侧的三组IGBT模块并联连接,三组IGBT模块和两组IGBT模块之间并联连接电容/均压电阻组合件,所述电容/均压电阻组合件包括多组串联连接的组件,每个组件包括并联连接的一个电容和一个均压电阻。3.根据权利要求2所述的能量回馈型高压变频功率单元,其特征在于,各IGBT模块贴于同一片散热器上,通过正负母排与电容/均压电阻组合件连接。4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘春松张学孟张俊成钱诗宝李冰
申请(专利权)人:国电南京自动化股份有限公司
类型:新型
国别省市:江苏;32

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