基于mmc結(jié)構(gòu)的四象限高壓變頻器裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及高壓變頻器，尤其是基于MMC結(jié)構(gòu)的四象限高壓變頻器裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在提升機或者軸機類變頻器要求把能量回饋給電源，實現(xiàn)回饋制動，傳統(tǒng)的高壓 變頻器是基于移相變壓器+四象限全橋單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)，其采用低壓單元串聯(lián)，通過隔離移 相變壓器給各個單元供電，如圖1所示。它的功率單元如圖2，整流側(cè)采用PWM方式整流，逆 變側(cè)采用S角波移相PWM方式，每個功率單元變壓器側(cè)都需要S相LC無源濾波裝置。該種 高壓變頻器存在動態(tài)響應(yīng)慢、能耗高、效率低、體積大、成本高等缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于MMC結(jié)構(gòu)的四象限高壓變頻 器裝置。
[0004] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是： 基于MMC結(jié)構(gòu)的四象限高壓變頻器裝置，包括順次連接的整流模塊和逆變模塊，該整 流模塊輸入端用于連接高壓電網(wǎng)，逆變模塊的輸出端用于連接電機類負(fù)載，其特征在于：所 述整流模塊和逆變模塊的單元結(jié)構(gòu)相同且整流模塊的直流輸出端與逆變模塊的直流輸入 端連接，整流模塊和逆變模塊均分成=相，每相由多個鏈?zhǔn)組MC單元串聯(lián)組成。
[0005] 所述每相由偶數(shù)N個鏈?zhǔn)組MC子單元串聯(lián)而成并分為上下兩組，每組子單元個數(shù) 為N/2個；每相的輸出端為上下兩組子單元的中點處，且輸出端與上下兩組子單元之間W 緩沖電感連接。
[0006] 所述鏈?zhǔn)組MC子單元的結(jié)構(gòu)為半橋結(jié)構(gòu)，包括兩個IGBT開關(guān)器件T1、T2和一個直 流電容C，該開關(guān)器件T1的發(fā)射極與開關(guān)器件T2的集電極連接，該開關(guān)器件T2的發(fā)射極與 開關(guān)器件T1的集電極之間串接所述直流電容C。
[0007] 所述的基于MMC結(jié)構(gòu)的四象限高壓變頻器裝置還包括串接在整流模塊輸入端與 高壓電網(wǎng)之間的電阻充電回路，該電阻充電回路包括并聯(lián)著的充電電阻和旁路開關(guān)。
[000引本發(fā)明的有益效果； 本發(fā)明與傳統(tǒng)的基于移相變壓器+四象限全橋單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)高壓變頻器相比，當(dāng)驅(qū)動 電機時候裝置從電網(wǎng)吸收有功；當(dāng)電機制動時候裝置向電網(wǎng)反饋有功。裝置實現(xiàn)有功功率 在電網(wǎng)側(cè)和電機側(cè)雙向流動，同時又省去移相變壓器，模塊化結(jié)構(gòu)保證裝置靈活地拓展電 壓等級和容量，大大提高了變頻器使用范圍和產(chǎn)品競爭力。
【附圖說明】
[0009] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步的說明。
[0010] 圖1是帶變壓器的四象限高壓變頻器結(jié)構(gòu)圖； 圖2是帶變壓器的四象限高壓變頻器功率單元； 圖3是本發(fā)明MMC四象限高壓變頻器的接入方式示意圖； 圖4是本發(fā)明MMC四象限高壓變頻器整流和逆變模塊結(jié)構(gòu)圖； 圖5是MMC單元的示意圖； 圖6基于MMC技術(shù)的多電平電壓波形生成原理圖。
【具體實施方式】
[OO^M] -種基于MMC結(jié)構(gòu)的高壓四象限變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。MMC是Mo化larMultilevel Convener--模塊化多電平變流器的簡稱。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用模塊化鏈?zhǔn)酱?lián)方式，如圖3所 示，整流側(cè)閥組(整流模塊）通過電阻充電回路與高壓電網(wǎng)連接，逆變側(cè)閥組(逆變模塊）直 接與交流電機連接。其優(yōu)點在于每個功率模塊不需要交流電壓和電流傳感器，不需要濾波 電容和電感，省去了隔離移相變壓器，降低了成本，減小了變頻器裝置的體積和成本，降低 了損耗，同時單元結(jié)構(gòu)簡單、拆卸容易、接線方便。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過W下技術(shù)方 案實現(xiàn)： 基于MMC的四象限高壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示，整流側(cè)和逆變側(cè)閥組結(jié)構(gòu)完全相 同。整流和逆變模塊均采用鏈?zhǔn)侥K串聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)，由多個子單元串聯(lián)而成，該拓?fù)湔?輸入側(cè)通過充電電阻與電網(wǎng)連接，并網(wǎng)完成后將電阻旁路；整流側(cè)將高壓交流電轉(zhuǎn)化成直 流；逆變側(cè)直接與交流電機連接，將直流電轉(zhuǎn)換成交流電驅(qū)動交流電機；該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可實 現(xiàn)四象限能量回饋。
[0012] 所述的整流、逆變模塊分成S相，每相由偶數(shù)N個MMC子單元串聯(lián)而成并分為上下 兩組，每組子單元個數(shù)為N/2個；每相的輸出端為兩組子單元的中點處，且輸出端與子單元 之間W緩沖電感連接； 如圖5所示鏈?zhǔn)組MC子單元的結(jié)構(gòu)為半橋結(jié)構(gòu)，包括兩個IGBT開關(guān)器件T1、T2和一個 直流電容C，該開關(guān)器件T1的發(fā)射極與開關(guān)器件T2的集電極連接，該開關(guān)器件T2的發(fā)射極 與開關(guān)器件T1的集電極之間串接所述直流電容C。
[0013] 基于MMC的風(fēng)電變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由多個鏈?zhǔn)組MC單元串聯(lián)組成，每個單 元采用半橋結(jié)構(gòu)。如圖5所示，兩個開關(guān)器件T1、T2串聯(lián)，再與直流電容C并聯(lián)。并且開關(guān) 器件T1、T2分別反并聯(lián)二極管；T1與T2的公共端，電容C與T2的公共端作為每個單元的 輸出端，與其他單元相連。T1與T2必須互補導(dǎo)通，當(dāng)T1導(dǎo)通T2截止時，單元輸出高電平； 當(dāng)T2導(dǎo)通T1截止時，單元輸出0電平；當(dāng)T1、T2都截止時，單元處于閉鎖狀態(tài)，一般在故障 與啟動時使用。其邏輯關(guān)系如下表：
【主權(quán)項】
1. 基于MMC結(jié)構(gòu)的四象限高壓變頻器裝置，包括順次連接的整流模塊和逆變模塊，該 整流模塊輸入端用于連接高壓電網(wǎng)，逆變模塊的輸出端用于連接電機類負(fù)載，其特征在于： 所述整流模塊和逆變模塊的單元結(jié)構(gòu)相同且整流模塊的直流輸出端與逆變模塊的直流輸 入端連接，整流模塊和逆變模塊均分成三相，每相由多個鏈?zhǔn)組MC單元串聯(lián)組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MMC結(jié)構(gòu)的四象限高壓變頻器裝置，其特征在于：所述 每相由偶數(shù)N個鏈?zhǔn)組MC子單元串聯(lián)而成并分為上下兩組，每組子單元個數(shù)為N/2個；每相 的輸出端為上下兩組子單元的中點處，且輸出端與上下兩組子單元之間以緩沖電感連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于MMC結(jié)構(gòu)的四象限高壓變頻器裝置，其特征在于：所述 鏈?zhǔn)組MC子單元的結(jié)構(gòu)為半橋結(jié)構(gòu)，包括兩個IGBT開關(guān)器件Tl、T2和一個直流電容C，該 開關(guān)器件Tl的發(fā)射極與開關(guān)器件T2的集電極連接，該開關(guān)器件T2的發(fā)射極與開關(guān)器件Tl 的集電極之間串接所述直流電容C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MMC結(jié)構(gòu)的四象限高壓變頻器裝置，其特征在于：其還 包括串接在整流模塊輸入端與高壓電網(wǎng)之間的電阻充電回路，該電阻充電回路包括并聯(lián)著 的充電電阻和旁路開關(guān)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于模塊化多電平變流器（Modular Multilevel Converter，簡稱MMC）結(jié)構(gòu)的四象限高壓變頻器裝置，該裝置與傳統(tǒng)的基于移相變壓器+四象限全橋單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)高壓變頻器相比，當(dāng)驅(qū)動電機時候裝置從電網(wǎng)吸收有功；當(dāng)電機制動時候裝置向電網(wǎng)反饋有功。裝置實現(xiàn)有功功率在電網(wǎng)側(cè)和電機側(cè)雙向流動，同時又省去移相變壓器，模塊化結(jié)構(gòu)保證裝置靈活地拓展電壓等級和容量，大大提高了變頻器使用范圍和產(chǎn)品競爭力。
【IPC分類】H02M5-458, H02P27-14, H02P27-06
【公開號】CN104811057
【申請?zhí)枴緾N201510198465
【發(fā)明人】周治國, 周立專, 黎林
【申請人】廣東明陽龍源電力電子有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年4月23日