三电平电压源型变频器中点箝位电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种三电平电压源型变频器中点箝位电路，即在原有的二电平基础上增加箝位二极管构成三电平电路，采用ＩＧＢＴ作为逆变部分功率器件，反并联续流二极管集成在ＩＧＢＴ中，直流环节用二组电容分压，得到中心点，直流环节还有ｄｉ／ｄｔ限制电路，共模电抗器等，三相变频器每相ＩＧＢＴ组配备箝位二极管，箝位二极管两端与每相ＴＧＢＴ的中点连接，电容器组的中点与三电平逆变器每相的中点连接，变频器每相引出交流电供给负载。输出相电压电平数由２个增加到３个，线电压电平数则由３个增加到５个，输出波形质量有较大的改善，输出ｄｖ／ｄｔ也相应下降，功率器件所需耐压降低一半，用于中高压变频调速、有源电力滤波器和电力系统无功补偿等领域。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于变频器装置逆变电压控制
，涉及一种三电平电压 源型变频器中点箝位电路，应用于中高压变频调速、有源电力滤波器、和电力 系统无功补偿等领域。
技术介绍
随着电力电子技术、微电子技术及控制理论的发展，变频器已经广泛用于 交流电动机速度控制。应用变频器不仅可以节约大量电能，而且变频器的自动 控制性能可以提高产品质量和数量。现有二电平变频器在使用过程中必须要用耐压较高的器件来实现高压输 出。由于只有两电平输出电压波形不稳。电平数较低，仅为两电平，输出电压dV/dt也较大，需要采用特种电动机或整加高压正弦波滤波器，其成本会增加许在P窗电压源型变频器中，中(高)压变频器输出电压较高，为避免器件串联 引起的动态均压问题，同时降低输出谐波和du/dt,逆变器部分可以采用多电平 方式，也叫中点箝位(NPC)方式。IGBT广泛应用在各种电压源型P雨变频器中，具有开关快，损耗小，緩 沖及门极驱动电路简单等优点，但电压电流等级受到导通压降限制。IGBT目前 做到3300V, 1200A。 3300V的IGBT组成三电平变频器，输出交流电压最高为 2. 3KV。
技术实现思路
本技术所要解决的问题在于，克服现有技术的不足，提供一种三电平电压源型变频器中点箝位电路，即在原有的二电平基础上增加箝位二极管构成三电平电路，采用IGBT作为逆变部分功率器件，反并联续流二极管集成在IGBT 中，直流环节用二组电容分压，得到中心点，直流环节还有di/dt限制电路， 共模电抗器等，三相变频器每相IGBT组配备箝位二极管，箝位二极管两端与每 相TGBT的中点连接，电容器组的中点与三电平逆变器每相的中点连接，变频器每 相引出交流电供给负载。本技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的 依据本技术提供的一种三电平电压源型变频器中点箝位电路，包括整 流器ZL、充电接触器K1、 K2、电容器组CF、逆变器IGBT、箝位二极管、di/dt 限制电路、共模电抗器GL和滤波器LP，其特征在于交流电经整流器ZL整流 后，整流器ZL输出口与充电接触器Kl、 K2输入口连接，直流电经充电接触器 Kl、 K2输出口与电容器组CF连接，直流电经电容器滤波后与逆变器连接，每 相桥臂采用一对IGBT模块串联，模块内置续流二极管，采用二极管模块进行 箝位，逆变输出后经滤波器LP输出后共给负载。本技术解决其技术问题是采取以下技术方案进一步实现 前述的三组三电平逆变器中的一相电路，由功率开关V1 V4、续流二极管 DW1D W4、箝位二极管VCl, VC2组成，直流侧两个电容器Edl、 Ed2等容量， VI、 V2、 V3、 V4串联组与DW1、 DW2、 DW3、 DW4串联组并联，箝位二极管VC1 与VI、 V2连接点相连，VC2与V3、 V4连接点相连，VC1与VC2的连接点与电容 器组的中点C相连，组成电平逆变器中的一相电路。本技术与现有技术相比具有显著的优点和有益效果 由于技术输出相电压电平数从2个增加到3个，线电压电平数则由3 个增加到5个，每个电平幅值相对降低，由整个直流母线电压变为一半的直流 母线电压，在同等开关频率的前提下，可使输出波形质量有较大的改善，输出 dv/dt也相应下降。与二电平变频器相比，在相同输出电压条件下，这种结构 还可使功率器件所需耐压降低一半。本技术的具体实施方式由以下实施例及其附图详细^^出。附图说明图1是本技术的电路原理框图； 图2是本技术的基本电路结构图； 图3是本技术的电路原理图。具体实施方式以下(以图3为例)，结合附图及较佳实施例，对依据本技术提供的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。如图1 ~ 3所示， 一种三电平电压源型变频器中点箝位电路，包括整流器ZL、 充电接触器K1、 K2、电容器组CF、逆变器IGBT 、箝位二极管、di/dt限制电 路、共模电抗器GL和滤波器LP,其特征在于交流电经整流器ZL整流后，整 流器ZL输出口与充电接触器K1、 K2输入口连接，直流电经充电接触器K1、 K2 输出口与电容器组CF连接，直流电经电容器滤波后与逆变器连接，每相桥臂 采用一对IGBT模块串联，模块内置续流二极管，采用二极管模块进行箝位， 逆变输出后经滤波器LP输出后共给负载。三组三电平逆变器中的一相电i 各，由 功率开关V1 V4、续流二极管DW1D W4、箝位二极管VCl, VC2组成，直流侧 两个电容器Edl、 Ed2等容量，VI、 V2、 V3、 V4串联组与DW1、 DW2、 DW3、 DW4 串4关组并if关，箝位二极管VC1与V1、V2连4妄点相连，VC2与V3、V4连4妾点相连，VC1 与VC2的连接点与电容器组的中点C相连，组成电平逆变器中的一相电路。整流器采用12脉沖二极管整流结构。逆变部分功率器件可以采用IGBT, 反并联续流二极管集成在IGBT中，直流环节用二组电容分压，得到中心点。 直流环节还有(U/dt限制电路，共模电抗器等。三相变频器每相IGBT组配备箝 位二极管，箝位二极管两端与每相TGBT的中点连接，电容器组的中点与三电平 逆变器每相的中点连接，变频器每相引出交流电供给负载。工作原理整流电路采用12脉冲二极管整流结构。逆变部分功率器件可 以采用IGBT,反并联续流二极管集成在IGBT中。由于受到器件开关损耗，尤 其是关断损耗的限制，IGBT的开关频率为1KHZ左右。直流环节用二组电容分压，得到中心点。直流环节还有di/dt限制电路， 共模电抗器等。di/dt限制电路主要由di/dt限制电抗器，与之反并联的续流二极管和电 阻组成，因为IGBT器件本身不能控制di/dt，所以必须通过外加di/dt限制 电路，使逆变器IGBT反并联续流二极管的反向恢复控制在安全运行范围内， 同时该电路也用于限制短路时的电流上升率。共模电抗器一般在变压器与变频器分开安置，且变压器副边和整流桥输入 之间电缆较长时采用，当变压器和变频器一起放置时，可以省去。其作用主要 是承担共模电压和限制高频漏电流，共模电抗器就是设计用来承受共模电压 的。另外高频的共模电压还会通过输出滤波电容，变压器分布电容，电缆分布 电容形成通路，产生高频漏电流，影响器件安全，共模电抗器也起到抑制高频 漏电流的作用。由于逆变电路采用IGBT作为功率器件，可以通过检测集电极电压上升来 进行短路;f企测，并通过门极关断进行保护，因此直流母线不必加保护电^^。由于直流环节存在共模电抗器和di/dt限制电抗器，导致整流桥输出和滤 波电容之间存在较大阻抗，这样电网的浪涌电压要通过整流桥形成浪涌电流， 再通过滤波电容吸收的效果大大降低，为了保护整流二极管免受浪涌电压的影 响，在整流桥输出并联了阻容吸收电路。箝位二极管保证了桥臂中最外侧的两 个IGBT承受的电压不会超过一半的直流母线电压，确切地说，应该是对应侧 滤波电容的电压，所以最外侧的两个IGBT不存在过压问题。内侧的两个器件 仍要并联电阻，以防止产生过压。因为在同侧二个器件同时处于阻断状态时， 内侧的器件承受的电压可能超过一半的直流母线电压，具体电压取决于同侧二 个器件的漏电流匹配关系。图2为三电平逆变器一相的基本结构，V1 V4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三电平电压源型变频器中点箝位电路，包括整流器（ＺＬ）、充电接触器（Ｋ１、Ｋ２）、电容器组（ＣＦ）、逆变器（ＩＧＢＴ）、箝位二极管、ｄｉ／ｄｔ限制电路、共模电抗器（ＧＬ）和滤波器（ＬＰ），其特征在于：交流电经整流器（ＺＬ）整流后，整流器（ＺＬ）输出口与充电接触器（Ｋ１、Ｋ２）输入口连接，直流电经充电接触器（Ｋ１、Ｋ２）输出口与电容器组（ＣＦ）连接，直流电经电容器滤波后与逆变器连接，每相桥臂采用一对ＩＧＢＴ模块串联，模块内置续流二极管，采用二极管模块进行箝位，逆变输出后经滤波器（ＬＰ）输出后共给负载。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李阳，
申请(专利权)人：天津华云自控股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：12[中国|天津]