一种三电平功率单元主回路、功率单元以及高压变频器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工业控制领域，尤其涉及一种三电平功率单元主回路、功率单元以及高压变频器。
【背景技术】
[0002]高压变频器作为一种高效节能手段，在电机调速领域已经得到广泛的应用，尤其是单元串联多电平高压变频器在输入、输出谐波、效率和功率因数等方面具有明显的优势，目前大多数高压变频器都采用这种功率单元串联型结构，功率单元串联型的高压变频器功率单元输出是H型桥式，单相两电平，输出电压是690V，对于1KV电压等级的高压变频器，需要24个这样的功率单元，如图1所示。
[0003]基于三电平拓扑功率单元的高压变频器，功率单元输出电压是1200V，能够有效的减少高压变频器使用的功率单元的数量，以1KV输出的高压变频器为例，使用三电平拓扑功率单元的1KV高压变频器，功率单元的数量可以从24个减少到15个，如图2所示，这种三电平高压变频器的功率单元，其逆变电路部分采用H桥，单相输出，其整流电路部分采用三相整流桥，三相输入。
[0004]但是，由于这种功率单元的整流部分使用三相整流桥，需要三相输入，因而对于高压变频器每一相的每一个功率单元，都需要有移相变压器副边绕组提供的三相交流电输入，加之这种高压变频器的每一相功率单元都是包括多个串联的功率单元，从而使得移相变压器副边绕组输出至功率单元的线缆多，接线复杂，也使得高压变频器的体积大成本高。
【发明内容】
[0005]本发明实施例提供了一种功率单元，用于减少高压变频器中移相变压器副边绕组输出至功率单元的线缆，简化高压变频器的设计和装配，减小高压变频器的体积和降低了成本。
[0006]有鉴于此，本发第一方面提供了一种三电平功率单元主回路，包括:
[0007]第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端、分别连接到直流母线正负极的两相三电平整流电路、滤波电路以及两相三电平逆变电路；
[0008]所述两相三电平整流电路包括整流第一桥臂以及整流第二桥臂；
[0009]所述两相三电平逆变电路包括逆变第一桥臂以及逆变第二桥臂；
[0010]所述滤波电路并联接在所述两相三电平整流电路与所述两相三电平逆变电路之间；
[0011]所述整流第一桥臂、整流第二桥臂、逆变第一桥臂、逆变第二桥臂以及滤波电路的中点均相连；
[0012]所述第一输入端与所述整流第一桥臂相连，所述第二输入端与所述整流第二桥臂相连；
[0013]所述第一输出端与所述逆变第一桥臂相连，所述第二输出端与所述逆变第二桥臂相连。
[0014]可选地:
[0015]所述整流第一桥臂、整流第二桥臂、逆变第一桥臂以及逆变第二桥臂均包括有2个钳位二极管、4个功率开关管以及4个续流二极管；
[0016]所述4个功率开关管串联连接，其中第一个功率开关管的发射极与第二个功率开关管的集电极相连，第二个功率开关管的发射极与第三个功率开关管的集电极相连，第三个功率开关管的发射极与第四个功率开关管的集电极相连，第一个功率开关管的集电极以及第四个功率开关管的发射极分别连接到所述直流母线的正负极；
[0017]所述4个续流二极管分别并联接在每一个所述功率开关管的集电极与发射极之间，其中所述续流二极管的阳极与所述功率开关管的发射极相连，所述续流二极管的阴极与所述功率开关管的集电极相连；
[0018]所述2个钳位二极管串联连接，其中，第一个钳位二极管的阳极与第二钳位二极管的阴极相连，第一个钳位二极管的阴极与所述第一个功率开关管的发射极相连，第二个钳位二极管的阳极与所述第四个功率开关管的集电极相连，所述2个钳位二极管之间引出连接点分别作为所述整流第一桥臂、整流第二桥臂、逆变第一桥臂以及逆变第二桥臂的中点。
[0019]可选地:
[0020]所述滤波电路包括滤波上电容、滤波下电容、均压上电阻以及均压下电阻，所述均压上电阻并联在所述滤波上电容两端，所述均压下电阻并联在所述滤波下电容两端，所述滤波上电容与所述滤波下电容之间引出连接点作为所述滤波电路的中点。
[0021]可选地:
[0022]所述第一输入端以及第二输入端用于与三相交流电输入中的任意两相相连。
[0023]本发明第二方面提供了一种功率单元，所述功率单元的主回路为本发明提一方面中任一项所提供的三电平功率单元主回路。
[0024]可选地:
[0025]所述三电平功率单元主回路中的每一个整流桥臂或每一个逆变桥臂中的2个钳位二极管、4个功率开关管以及4个续流二极管通过封装在一个外壳内组成一个单相三电平功率模块。
[0026]可选地:
[0027]所述功率单元包括有4个单相三电平功率模块，所述功率单元还包括箱体和散热器，所述散热器安装在所述箱体内，所述单相三电平功率模块贴装在所述散热器上。
[0028]本发明第三方面提供一种高压变频器，包括:
[0029]移相变压器、三个相的功率单元，每个相的功率单元包括多个串联的三电平功率单元，其特征在于所述三电平功率单元的主回路为本发明提一方面中任一项所提供的三电平功率单元主回路。
[0030]可选地:
[0031 ] 所述三电平功率单元主回路中的每一个整流桥臂或每一个逆变桥臂中的2个钳位二极管、4个功率开关管以及4个续流二极管通过封装在一个外壳内组成一个单相三电平功率模块。
[0032]可选地:
[0033]所述移相变压器包括有多个副边绕组，每个副边绕组具有三相交流电输出端，第一个相的一个功率单元与所述三相交流电输出端中的第一端以及第二端相连，第二个相的一个功率单元与所述三相交流电输出端中的第一端以及第三端相连，第三个相的一个功率单元与所述三相交流电输出端中的第二端以及第三端相连。
[0034]从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点:三电平功率单元主回路的整流电路以及逆变电路部分均包括两个桥臂，且四个桥臂的中点以及滤波电路的中点连接在一起，由于整流电路部分为由两个整流桥臂构成的两相H桥整流，其输入只有三相交流电中的任意两相，使得三电平功率单元的设计简化和成本降低，也使得在基于该三电平功率单元主回路的高压变频器中，移相变压器副边绕组输出至功率单元的线缆减少了三分之一，简化了高压变频器的设计和装配，减小高压变频器的体积，以及降低了高压变频器的成本。
【附图说明】
[0035]图1为现有技术中功率串联型高压变频器的结构示意图；
[0036]图2为现有技术中基于三电平拓扑功率单元的高压变频器结构示意图；
[0037]图3为本发明实施例中三电平功率单元主回路的一个实施例示意图；
[0038]图4为本发明实施例中三电平功率单元主回路的另一个实施例示意图；
[0039]图5本发明实施例中三电平功率单元主回路的另一个