专利名称：三电平集成式中、高压变频器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种变频器，更准确地说本实用新型涉及一种三 电平集成式'中、高压变频器。属于电力电子技术领域。
背景技术：
中、高压变频器已经成为节能领域的一个重要产品，受功率半导
体开关器件耐压的限制，现在的中、高压变频器主要是使用IGBT器 件级联方式的主电路，此种方式功率半导体开关器件使用较多，从提 高系统可靠性的目的来看，应当尽量减少功率半导体开关器件的数 目。同时，IGBT属于高导通电压降、高开关损耗类器件，集成的产
品的运行效率低。釆用传统三电平方式的主电路的中、高压变频器， 使用较少的功率半导体开关器件，但同时对功率半导体开关器件的快 速保护要求很高，尤其是对母线功率半导体开关器件的快速保护要求 更高，这方面还未见国内外相关论述。
由于受功率半导体开关器件耐压的限制，使用传统三电平方式的 主电路的中、高压变频器输出电压不易做高，即使使用功率半导体开 关器件串联技术，其电压等级最高只能达到6kV,对于更高电压的应
用场合就无能为力，而且，使用半导体器件串联技术会带来一系列的 技术问题，比如均压问题、回路的杂散电感问题、结构设计问题等等 很难解决。如直接使用升压变压器来提高输出电压，又会带来系统稳 定性、可靠性等问题。因而对于以上问题，需要提出更好的解决方案。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种集成了母线功率半导体开关器件
快速保护单元、集成了滤波升压单元的三电平集成式中、高压变频器。 为了达到以上目的，本实用新型是采取以下技术方案来实现的 三电平集成式中高压变频器，包括至少一套三分裂降压变压器；
至少一套12脉冲整流单元；至少一套整流吸收单元；母线功率半导 体开关器件快速保护单元；至少一套集成了功率半导体开关器件自动 均压功能的三电平逆变单元； 一套集成滤波升压单元。所述的三分裂 降压变压器其原边接在电网输入端，其副边连接12脉冲整流单元输
入端；所述的12脉冲整流单元其输入端连接三分裂降压变压器副边，
其输出端连接母线功率半导体开关器件快速保护单元输入端；所述的
整流吸收单元并联在12脉冲整流单元两端；所述的一套集成了功率
半导体开关器件自动均压功能的三电平逆变单元其输入端连接在母 线功率半导体开关器件快速保护单元输出端，其输出端连接在集成滤
波升压单元的输入端；所述的集成滤波升压单元其输入端连接在一套
集成了功率半导体开关器件自动均压功能的三电平逆变单元的输出 端，其输出端接在负载电机进线端。
前述的三电平集成式中高压变频器，其特征在于其中所述的母线 功率半导体开关器件快速保护单元，该单元由功率半导体开关器件及
其并联的压敏电阻、预充电电阻组成。
前述的三电平集成式中高压变频器，其特征在于其中所述的集成 了功率半导体开关器件自动均压功能的三电平逆变单元，该单元由
12只功率半导体开关器件、6只快恢复钳位二极管组成。
前述的三电平集成式中高压变频器，其特征在于其中所述的集成 滤波升压单元，该单元由输出滤波变压器和滤波电容组成，输出滤波 变压器的漏抗作为滤波电抗与滤波电容构成低通滤波器。
三分裂降压变压器、12脉冲整流单元、三电平逆变单元构成传
统的三电平变频器。本实用新型所设计的整流吸收单元由一组电阻、 电容构成阻容吸收网络，可以吸收整流单元的脉冲冲击，平稳母线电 压，保护整流桥不因电网的浪涌电压而损坏；所设计的母线快速保护 单元，其压敏电阻的击穿电压为大于半边母线电压、小于全部母线电 压，当变频器需要母线功率半导体开关器件迅速关断，做快速保护时，
该压敏电阻保证了母线功率半导体开关器件不损坏；所设计的集成了
功率半导体开关器件自动均压功能的三电平逆变单元，由六只快恢复 钳位二极管保证功率半导体开关器件承受的电压不超过一半的直流
母线电压；所设计的集成滤波升压单元，其升压变压器漏抗为5.6mH， 滤波电容为50uF,由升压变压器的漏抗与滤波电容构成300Hz的低 通滤波单元。
本实用新型解决使用IGBT器件级联方式作为主电路的中、高压 变频器，功率半导体开关器件数目较多、可靠性低的问题；解决了传 统三电平方式中、高压变频器缺少母线功率半导体开关器件快速保护 单元问题；解决了传统三电平方式中、高压变频器缺少集成滤波升压 单元，输出电压不易做高等问题；设计了整流吸收单元，降低了对器 件的冲击的影响；设计的集成了功率半导体开关器件自动均压功能的 三电平逆变单元保证了逆变单元体开关器件所承受的电压在一定范 围之内；更好的利用了功率器件的输出功率能力特性，高效的发挥功 率器件的能力。三电平集成式中、高压变频器扩大了中、高压变频器 的应用领域，提高了其可靠性。
图1为本实用新型的电路图。
图2为整流吸收单元(即图1中所示的RCNET)电路图 图3为滤波升压单元原理图具体实施方式
如图1-3所示的本实用新型三电平集成式中、高压变频器，其 中电路图1中包括了三分裂降压变压器T1、 12脉冲整流单元、整流
吸收单元、母线功率半导体开关器件快速保护单元、母线直流电容、
集成了功率半导体开关器件自动均压功能的三电平逆变单元、集成滤
波升压单元。
图l中，隔离变压器T1原边Y接法，相间电压为6000V;副边 一组y接法、 一组d接法，每种接法相相间电压均为1900V。 12脉冲 整流单元由Dal Da6和Dbl ~ Db6组成，这12只整流二极管均为耐 压4500V的器件。图1中包括正、负两组母线功率半导体开关器件快 速保护单元，每组均由母线功率半导体开关器件、预充电电阻、压敏 电阻组成，预充电电阻Rra、 Rrb在母线功率半导体开关器件Sa、 Sb 开通之间限制母线充电电流，避免母线电容C1、 C2承受较大的冲击 电流，压敏电阻Ra、 Rb在母线功率半导体幵关器件Sa、 Sb快速动作 保护逆变单元时，保证Sa、 Sb较小的电压冲击，压敏电阻Ra、 Rb的 击穿电压为大于半边母线电压，小于全部母线电压。Sul Su4、 Svl~ Sv4、 Swl Sw4、 Dul、 Du2、 Dvl、 Dv、 Dwl、 Dw2、 Ru、 Rv、 Rw组成 集成了功率半导体开关器件自动均压功能的三电平逆变单元，其中
Sul-Su4、 Svl Sv4、 Swl Sw4为12只功率半导体开关器件，额定 耐压均为4500V, Dul、 Du2、 Dvl、 Dv、 Dwl、 Dw2为6只快恢复钳位 二极管，额定耐压均为4500V，它们保证Sul、 Su2、 Su3、 Su4、 Svl、 Sv2、 Sv3、 Sv4、 Swl、 Sw2、 Sw3、 Sw4小于半边母线电压，避免过压。 图2所示为整流吸收单元的电路，Rca、 Rcb、 Ca、 Cb构成阻容 网络，与Raa、 Rbb、 Rn —起组成整流吸收单元，避免电网浪涌电压 对整流单元的冲击，平稳母线电压。
图3所示为滤波升压单元电路原理图，升压变压器T2原边为Y 接法，相相间额定电压为6000V,副边为d接法，相相间额定电压为 6000V, Lu、 Lv、 Lw为T2的折合到副边的漏抗，值均为5. 6mH， Cu、 Cv、 Cw值均为50uF, Lu、 Lv、 Lw与Cu、 Cv、 Cw构成300Hz的低通 滤波器，使三电平集成式中、高压变频器输出电压谐波小于5%。
除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡釆用等 同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。
权利要求1、三电平集成式中高压变频器，包括至少一套三分裂降压变压器；至少一套12脉冲整流单元；至少一套整流吸收单元；母线功率半导体开关器件快速保护单元；至少一套集成了功率半导体开关器件自动均压功能的三电平逆变单元；一套集成滤波升压单元；所述的三分裂降压变压器其原边接在电网输入端，其副边连接12脉冲整流单元输入端；所述的12脉冲整流单元其输入端连接三分裂降压变压器副边，其输出端连接母线功率半导体开关器件快速保护单元输入端；所述的整流吸收单元并联在12脉冲整流单元两端；所述的一套集成了功率半导体开关器件自动均压功能的三电平逆变单元其输入端连接在母线功率半导体开关器件快速保护单元输出端，其输出端连接在集成滤波升压单元的输入端；所述的集成滤波升压单元其输入端连接在一套集成了功率半导体开关器件自动均压功能的三电平逆变单元的输出端，其输出端接在负载电机进线端。
2、 根据权利要求1所述的三电平集成式中高压变频器，其特征 在于其中所述的母线功率半导体开关器件快速保护单元，该单元由功 率半导体开关器件及其并联的压敏电阻、预充电电阻组成。
3、 根据权利要求1所述的三电平集成式中高压变频器，其特征 在于其中所述的集成了功率半导体开关器件自动均压功能的三电平 逆变单元，该单元由12只功率半导体开关器件、6只快恢复钳位二 极管组成。
4、 根据权利要求1所述的三电平集成式中高压变频器，其特征 在于其中所述的一套集成滤波升压单元，该单元由输出滤波变压器和 滤波电容组成，输出滤波变压器的漏抗作为滤波电抗与滤波电容构成 低通滤波器。
专利摘要本实用新型涉及一种三电平集成式中、高压变频器。属于电力电子技术领域。它包括至少一套三分裂降压变压器；至少一套12脉冲整流单元；至少一套整流吸收单元；母线功率半导体开关器件快速保护单元；至少一套集成了功率半导体开关器件自动均压功能的三电平逆变单元；一套集成滤波升压单元。本实用新型解决使用IGBT器件级联方式作为主电路的中高压变频器，功率半导体开关器件数目较多、可靠性低的问题；解决了传统三电平方式中高压变频器缺少母线功率半导体开关器件快速保护单元问题，扩大了中高压变频器的应用领域，提高了其可靠性。
文档编号H02M5/00GK201057634SQ20062006953
公开日2008年5月7日 申请日期2006年2月23日 优先权日2006年2月23日
发明者吴济安, 志 杨, 杨志勇, 华 白, 赵争鸣, 郭效军, 钱诗宝 申请人:国电南京自动化股份有限公司;清华大学