专利名称：一种无变压器的单象限高压变频器拓扑结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种单象限高压变频器拓扑，特别是一种无变压器的单象限高压 变频器拓扑结构。
背景技术：
随着电气传动技术的发展，尤其是变频调速技术的发展，作为大容量传动的高压 变频调速技术也得到了广泛的应用。高压变频器以其高效节能、高功率因数及高可靠性等 特点，结束了传统方法造成的能源和人力浪费，延长了电机、风机、水泵等使用寿命，改善了 生产工艺，提高了生产效率，在钢铁、石油、煤炭、自来水、电力等行业得到广泛应用。目前，高压变频器的市场迅速发展，竞争更是十分激烈。在同等条件下，成本低、体 积小高压变频器无疑将拥有绝对的市场竞争力优势，给企业带来巨大的利益。目前的高压变频器，整体都是由控制柜、变压器柜、功率柜组成。其中，变压器柜在整个高压变频器系统里，占据了很大比重的成本及体积，并且容 量越大的高压变频器，其对变压器的容量要求也越高，这样使高压变频器的成本也直线上 升。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种无变压器的单象限高压变频器拓扑结构，该拓扑结 构使单象限高压变频器无需变压器即可实现高压变频的目的；使用此种拓扑结构的高压变 频器能大大减少高压变频器的整体体积和成本，具有绝对的市场竞争力优势。为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现一种无变压器的单象限高压变频器拓扑结构，包括LC滤波电路、高压充电回路、 整流电路、逆变电路，高压电网信号通过LC滤波电路进行滤波后，经高压充电回路进入整 流电路，整流电路由多个二极管串联组成三相不可控整流系统；经整流后的直流电压作为 逆变电路的直流电源，逆变电路由多个功率单元串联组成，逆变电路输出端接有电感。所述逆变电路的功率单元为两个IGBT开关器件组成的半桥结构。所述逆变电路的功率单元为四个IGBT开关器件组成的H桥结构。整流电路与逆变电路均为三相，整流电路每相由偶数η个二极管串联而成，分为 上下两组，每组的功率单元个数为η/2个，整流电路每相的输入端为两组单元的中点处；逆 变电路每相由偶数η个功率单元串联而成，分为上下两组，每组的功率单元个数为η/2个， 每相的输出端为两组单元的中点处，且输出端与每组单元之间以耦合或非耦合电感连接。与现有技术相比，本实用新型的新颖性和创造性体现在1)高压变频器没有变压器，省去了变压器柜，高压变频器的成本至少减小一半；2)高压变频器没有变压器，省去了变压器柜，高压变频器的体积至少减小一半，在 现场的占地面积也因此至少减小一半；3)高压变频器没有变压器，省去了变压器柜，高压变频器的重量至少减小一半，运输成本也相应减小；4)高压变频器没有变压器，省去了变压器柜，高压变频器的结构相比简单很多，生 产周期至少减小一半，也有利于现场的安装、调试和维护；5)高压变频器没有变压器，省去了变压器柜，省去了在变压器的能耗，也无需考虑 高压变频器在变压器上的温升效应；6)高压变频器没有变压器，省去了变压器柜，高压变频器具有绝对的市场竞争力 优势。
图1是半桥功率单元组成的无变压器的单象限高压变频器拓扑结构图；图2是H桥功率单元组成的无变压器的单象限高压变频器拓扑结构图；图3是半桥功率单元内电流流向图；图4是H桥功率单元内电流流向图。
具体实施方式
见图1、图2，一种无变压器的单象限高压变频器拓扑结构，包括LC滤波电路、高压 充电回路、整流电路、逆变电路，高压电网信号经过LC滤波电路进行滤波后，经高压充电回 路进入整流电路，整流电路由多个二极管组成三相不可控整流系统，恒定每个功率单元的 电容电压；经整流后的直流电压作为逆变电路的直流电源，逆变电路由多个功率单元组成， 功率单元可为半桥(图1)或H桥(图2)结构，均可满足PWM波形生成的需求。高压充电 电路由充电电阻R与开关KM并联组成，其输入端与LC回路的电感L相连，其输出端与整流 电路相连。整流电路与逆变电路均为三相，整流电路每相由偶数η个二极管串联而成，分为 上下两组，每组的功率单元个数为η/2个，整流电路每相的输入端为两组单元的中点处；逆 变电路每相由偶数η个功率单元串联而成，分为上下两组，每组的功率单元个数为η/2个， 每相的输出端为两组单元的中点处，且输出端与每组单元之间以耦合或非耦合电感连接， 使输出波形更加稳定平滑。见图3-1，电流经IGBT2从A流向B，采用半桥式逆变电路的功率单元输出电平 “0”。见图3-2，电流经续流二极管D2从B流向Α，采用半桥式逆变电路的功率单元输出 电平“0”。见图3-3，电流经续流二极管D1，再通过直流侧电容C，从A流向B，采用半桥式逆 变电路的功率单元输出电平“ 1 ”。见图3-4，电流经IGBT1，再通过直流侧电容C，从B流向Α，采用半桥式逆变电路的 功率单元输出电平“1”。见图4-1，电流经IGBT2、直流侧电容C、IGBT3,从B流向Α，或电流经续流二极管 D3、直流侧电容C、续流二极管D2，从A流向B，此时采用H桥式逆变电路的功率单元输出电 平 “1”。见图4-2，电流经续流二极管Dl、IGBT3，从B流向Α，或电流经续流二极管D3、
4IGBTl，从A流向B，此时采用H桥式逆变电路的功率单元输出电平“0”。见图4-3，电流经IGBT2、续流二极管D4，从B流向A，或电流经IGBT4、续流二极管 D2，从A流向B，此时采用H桥式逆变电路的功率单元输出电平“0”。见图4-4，电流经续流二极管D1、直流侧电容C、续流二极管D4，从B流向A，或电流 经IGBT4、直流侧电容C、IGBT1，从A流向B，此时采用H桥式逆变电路的功率单元输出电平 “-1”。本拓扑高压电网直接经过LC滤波电路和高压充电电路进入高压变频器整流电 路，由多个二极管组成一个三相不可控整流系统，恒定每个功率单元的电容电压；高压变频 器输出端接入耦合电感或非耦合电感，使输出波形更加稳定平滑；每个功率单元逆变电路， 采用半桥式或H桥式均可满足PWM波形生成的需求。
权利要求一种无变压器的单象限高压变频器拓扑结构，其特征在于，包括LC滤波电路、高压充电回路、整流电路、逆变电路，高压电网信号通过LC滤波电路进行滤波后，经高压充电回路进入整流电路，整流电路由多个二极管串联组成三相不可控整流系统；经整流后的直流电压作为逆变电路的直流电源，逆变电路由多个功率单元串联组成，逆变电路输出端接有电感。
2.根据权利要求1所述的一种无变压器的单象限高压变频器拓扑结构，其特征在于， 所述逆变电路的功率单元为两个IGBT开关器件组成的半桥结构。
3.根据权利要求1所述的一种无变压器的单象限高压变频器拓扑结构，其特征在于， 所述逆变电路的功率单元为四个IGBT开关器件组成的H桥结构。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种无变压器的四象限高压变频器拓扑结构， 其特征在于，整流电路与逆变电路均为三相，整流电路每相由偶数η个二极管串联而成，分 为上下两组，每组的功率单元个数为η/2个，整流电路每相的输入端为两组单元的中点处； 逆变电路每相由偶数η个功率单元串联而成，分为上下两组，每组的功率单元个数为η/2 个，每相的输出端为两组单元的中点处，且输出端与每组单元之间以耦合或非耦合电感连 接。
专利摘要本实用新型涉及一种无变压器的单象限高压变频器拓扑结构，包括LC滤波电路、高压充电回路、整流电路、逆变电路，高压电网信号通过LC滤波电路进行滤波后，经高压充电回路进入整流电路，整流电路由多个二极管串联组成三相不可控整流系统；经整流后的直流电压作为逆变电路的直流电源，逆变电路由多个功率单元串联组成，逆变电路输出端接有电感。所述逆变电路的功率单元为半桥结构或H桥结构。该拓扑结构使单象限高压变频器无需变压器即可实现高压变频的目的；使用此种拓扑结构的高压变频器能大大减少高压变频器的整体体积和成本，具有绝对的市场竞争力优势。
文档编号H02M5/40GK201774459SQ20102026801
公开日2011年3月23日 申请日期2010年7月22日 优先权日2010年7月22日
发明者左强, 张其生, 李旷, 王振, 赵淑玉 申请人:荣信电力电子股份有限公司