专利名称：高压变频器能量回馈制动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电气系统中的高压变频器的控制技术，具体是一种高压变频器能量 回馈制动装置。
背景技术：
随着电力电子技术的发展，变频器作为电力电子技术发展的产物，在钢铁、石 化、自来水、电力等行业得到广泛的应用，特别是高压变频器的应用日益广泛。
目前髙压变频器主要分为电压源型和电流源型两种类型，电流型变频器存在功 率因数低，对电网的谐波污染大等缺点其应用场合受到很大限制。电压源型高压变 频器主要有以下几种类型
1、 高低方式高压变频器将电网的电压通过变压器转化为低压，利用低压变 频器和低压电机的组合实现变频
2、 低高方式高压变频器与上述变频器不同的是在低压变频器的输出侧又增 加了一变压器，可使用髙压电机进行调速。
3、 三电平方式高压变频器他是利用高压器件的串联解决耐压问题。
4、 功率单元串联多级电平式高压变频器它利用低压功率单元的串联实现高 压，同时利用移相变压器技术解决对电网的谐波污染，采用二极管整流，使电网侧 的功率因数高。
上述第1种和第2种高压变频器属于过渡技术已经淘汰，由于成本较低在小功 率场合仍有应用。第3种虽然是较新的技术，但是受器件限制，最高电压只能到4160 伏，对于国内6KV和IOKV主流电网，应用受到限制。第4种类型的电压源型变频
器属于技术简单，性能优越的技术方案，但其在应用的过程中最主要的部题是当 负载制动时，会产生很大的能量，如何处理、或利用这部分能量， 一直是一个困难 的问题。
现有的变频器的制动方式一般可分为以下三种
(1) 直流制动，即异步电动机定子通直流电流来实现能耗制动；直流制动设
计中主要需要确定两个参数直流制动频率y和直流制动电流/，而这两个参数的确
定与电机的工况都很大的关系，对操作人员要求较高。
(2) 动力制动，把制动能量耗散在与中间直流回路并联的制动电阻上；动力 制动由制动单元和制动电阻构成。处于制动状态的电机再发生电的能量送回中间直 流回路后，其能量由并联在储能电容两端的制动电阻通过制动单元以电阻发热方式 消耗掉。同为能量消耗型，它与直流制动的不同点是将能量消耗于电动机之外的制 动电阻上，电动机不会过热，因而可以较频繁地工作。但由于各功率单元体积较小， 同时各组电位不一致，各组电阻之间还要保持一定的绝缘距离，同时电阻还要有散 热措施，所以这种方式大串联式多电平中较少采用。
(3) 回馈制动，把回馈到中间直流回路的制动能量通过回馈单元送回电网。 能量回馈型的回馈制动的变频器网侧整流部分是可逆的， 一般采用PWM可控整流。 当有再生能量产生时，整流部分工作于逆变状态，将再生能量回馈给电网，使再生 能量得到完全利用。但这种方法对电源的稳定性要求较高， 一旦突然停电，将发生 逆变颠覆。
这种方式需要将能量通过输入隔离变压器反送回电网，增加了系统结构和控制 算法的复杂程度，在三电平式高压变频中有此应用，但在串联多电平中基本没有应 用。
(4)双频制动，基本原理是在需要制动时，将一个谐波电压叠加在正常的输 出电压上，从而将负载的动能转化为热能消耗在电动机中，称之为双频制动。变频 器在制动时会自动限制输出电流不超出额定电流。制动时叠加的谐波频率可以设 置，以避免制动时出现共振的情况。由于双频制动是将负载和电动机的动能转化为 热能消耗在电动机内，因此双频制动适合于不需频繁制动的场合并且结构复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一能够用于功率单元串联多电平式高压变 频器，并且电路结构简单、损耗小、成本低、功率因数高、对电网无谐波污染的高 压变频器能量回馈制动装置。
本发明的高压变频器能量回馈制动装置包括有多个能量回馈控制电路，能量回
馈控制电路的数量与构成变频器的功率单元的数量相一致。所述能量回馈控制电路
包括有用于检测功率单元输出电流方向的电流方向检测电路和用于在能量回馈中 控制功率单元中逆变桥处于正常工作状态还是处于能量回馈状态的能量回馈工况
判断电路，还包括有用于触发高压变频器功率单元中逆变桥器件导通的反馈触发电 路，电流方向检测电路和能量回馈工况判断电路连接到反馈触发电路的控制输入 端，反馈触发电路的四路输出端分别与功率单元的逆变桥器件相连。
所述能量回馈工况判断电路包括用于得到电容电压峰值的功率单元电容电压 检测电路、用于检测功率单元直流母线P、 N之间的电压的功率单元直流母线电压 检测电路以及比较/判断电路；电容电压检测电路和直流母线电压检测电路分别连 接比较/判断电路的两个输入端；比较/判断电路的输出端通过上述反馈触发电路控 制功率单元逆变桥的导通或关断。
由于本发明采用以上技术方案，即在每一功率单元都有一个能量回馈控制电
路，不但没有增加任何器件，而且实现了制动能量回馈的消耗。由于本实用新型能 量回馈控制电路由满足功率单元内部电压标准的低压器件构成，故成本低；另外， 控制部分的实现也非常方便，只需附加相应的电压检测环节、电流方向检测环节和 电压比较器即可，技术可行性好；在控制上，省去了复杂的PWM计算等，充分利用 了逆变桥，提高了使用率。
图1为本发明的能量回馈控制电路的电路框图2为本发明实施例中的能量回馈工况判断电路的电路框图3为本发明实施例中的反馈触发电路的电路图4为本发明实施例中的本实用新型实施使中能量回馈装置中能量回馈工况 判断电路的电路图5为使用本发明实施例的功率单元逆变桥电路的电路图。
具体实施例方式
本发明的实施例包括与构成变频器的功率单元的数量相一致的多个能量回馈 控制电路。
如图l所示，能量回馈控制电路包括用于检测功率单元输出电流方向的检测电 路和用于在能量回馈中控制逆变桥处于正常工作状态还是处于能量回馈状态的能 量回馈工况判断电路和用于触发逆变桥器件导通的反馈触发电路，反馈触发电路的 四路输出端分别与逆变桥器件相连。
在变频器正常运行时，能量回馈控制电路是不工作的，电路其它部分的工作与 没有此能量回馈控制电路时是一样的。当电机制动运行时，能量通过功率单元的逆 变桥回馈到直流母线电容中，导致电容电压升高，当电容电压高于允许电容电压的
设定峰值时，此时可以有选择的使逆变桥的器件导通，将电容器中的能量通过逆变 桥反馈到电机中消耗掉。假设输出电流方向如图5所示，这时逆变桥中的IGBT2导 通，相对应的IGBT3也导通，电容上的能量回馈到电机中消耗掉。
如图2所示，能量回馈工况判断电路主要由功率单元电容电压检测电路、功率 单元直流母线电压检测电路和比较/判断电路构成；电容电压检测电路用于得到电 容电压的峰值，并作为比较/判断电路的一个输入端；直流母线电压检测电路用于 检测功率单元直流母线P、 N之间的电压，并作为比较/判断电路的另一个输入端； 比较/判断电路对这两个检测电压进行比较、判断，再根据功率单元输出电流的方 向输出控制信号，控制逆变桥的导通或关断。所述反馈触发电路可采用普通高压变 频器正常工作时的触发电路，这样就可以省掉了一个触发电路，简化了结构，降低 了控制的复杂性。
图1中的电流方向检测电路主要是用来检测功率单元输出电流的方向，根据功 率单元输出的电流方向来控制上下桥臂的导通与关断，流过导通桥臂的电流与检测 到的功率单元输出的电流方向是一致的。
为了能使逆变桥工作在能量回馈工作状态，本发明设置了反馈触发电路，该触 发电路采用4脉冲控制方式，如图3所示，任何时刻只给出两个逆变桥器件的导通 控制信号，另外两个控制信号与这两个信号相反，避免了上下桥臂同时导通。到底 让其中的哪两个器件导通这取决于功率单元输出电流方向，无论功率单元输出电流 方向如何，流过导通器件的电流方向与功率单元输出电流的方向是一致的，只有这 样才能使制动时产生的能量回馈到电机中消耗掉。图3所示的反馈触发电路包括若 干个与门、或门和非门的逻辑电路。图中DICT信号是由功率单元输出电流方向检 测电路得到的电流方向信号，RD信号是正常工作时的光纤信号。当检测到GA0YA1
为0时，封锁DICT信号，逆变桥正常工作。当检测到GA0YA2为0时，封锁RD信 号,逆变桥处于回馈能量工作状态,这时DICT信号起作用，根据DICT信号产生RD10 和RD11来控制反馈电路中IGBT的导通与关断。
图4为本发明实施例中的能量回馈工况判断电路的具体电路图。如图所示，电 路先通过电压互感器得到直流母线电压V2和通过电容电压检测电路得到电路电压 VI。经比较器比较/判断，当V2〉V1时，输出控制信号允许能量回馈控制电路工作。 反之，能量回馈控制电路处于关闭状态。
权利要求
1、一种高压变频器能量回馈制动装置包括有多个能量回馈控制电路，能量回馈控制电路的数量与构成变频器的功率单元的数量相一致，其特征是所述能量回馈控制电路包括有用于检测功率单元输出电流方向的电流方向检测电路和用于在能量回馈中控制功率单元中逆变桥处于正常工作状态还是处于能量回馈状态的能量回馈工况判断电路，还包括有用于触发高压变频器功率单元中逆变桥器件导通的反馈触发电路，电流方向检测电路和能量回馈工况判断电路连接到反馈触发电路的控制输入端，反馈触发电路的四路输出端分别与功率单元的逆变桥器件相连。
2、 根据权利要求1所述的高压变频器能量回馈制动装置，其特征是所述能 量回馈工况判断电路包括用于得到电容电压峰值的功率单元电容电压检测电路、用 于检测功率单元直流母线P、 N之间的电压的功率单元直流母线电压检测电路以及 比较/判断电路；电容电压检测电路和直流母线电压检测电路分别连接比较/判断电 路的两个输入端；比较/判断电路的输出端通过上述反馈触发电路控制功率单元逆 变桥的导通或关断。
全文摘要
本发明涉及电气系统中的高压变频器的控制技术，具体是一种高压变频器能量回馈制动装置。该装置的能量回馈控制电路包括有用于检测功率单元输出电流方向的电流方向检测电路和用于在能量回馈中控制功率单元中逆变桥处于正常工作状态还是处于能量回馈状态的能量回馈工况判断电路，还包括有用于触发高压变频器功率单元中逆变桥器件导通的反馈触发电路，电流方向检测电路和能量回馈工况判断电路连接到反馈触发电路的控制输入端，反馈触发电路的四路输出端分别与功率单元的逆变桥器件相连。本发明能够用于功率单元串联多电平式高压变频器，并且电路结构简单、损耗小、成本低、功率因数高、对电网无谐波污染。
文档编号H02P3/18GK101340164SQ20081002548
公开日2009年1月7日 申请日期2008年5月6日 优先权日2008年5月6日
发明者鹏 李, 杨振宇, 赵剑锋, 斌 陈, 鲁加明 申请人:镇江华东电力设备制造厂