CN102468766A

CN102468766A - 组合变频器

Info

Publication number: CN102468766A
Application number: CN2010105444176A
Authority: CN
Inventors: 李康乐; 岳文开; 孙建平; 司军民; 赵安定; 寇金华; 张雅琨; 张梅
Original assignee: Yongji Xinshisu Electric Equipment Co Ltd
Current assignee: CRRC Yongji Electric Co Ltd
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2012-05-23

Abstract

本发明提供一种组合变频器，包括：第一变频器和至少一个第二变频器；所述第一变频器包括，一端连接电网的第一整流单元、与所述第一整流单元另一端连接的第一逆变单元和调控所述第一整流单元的第一控制单元；所述第二变频器包括，一端连接所述电网的第二整流单元、与所述第二整流单元另一端连接的第二逆变单元和调控所述第二整流单元的第二控制单元，以及所述第一逆变单元和所述第二逆变单元通过信号扩展装置连接所述第一控制单元，且所述第一逆变单元和所述第二逆变单元的三相输出端对应连接负载的三相输入端。本发明中的组合变频器可输出一致的电流信号，且该装置易于实现，可推广应用。

Description

组合变频器

技术领域

本发明涉及电气传动技术领域，尤其涉及一种组合变频器。

背景技术

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将恒压恒频的电能变换为变压变频电能的电能控制装置。目前，通用变频器大多采用二极管整流单元和PWM逆变器构成交-直-交电压型变压变频器，且PWM逆变器可由快速全控开关器件(IGBT)或智能功率模块(IPM)组成。参考图1所示，变频器10主要包括：滤波单元11、连接滤波单元11的整流单元12、中间直流单元(图1中未示出，其包含于整流单元12中)、以及连接整流单元12正、负直流母线的PWM逆变器13。

在变频器10中，经由滤波后的恒压恒频交流电源(如电网中的三相L1、L2、L3)通过整流单元12转换成直流电源，然后再由PWM逆变器13把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源供给电动机15。当然，变频器10还包括调控整流单元12和PWM逆变器13的控制单元14。具体地，控制单元14可包括微控制器和信号处理电路，微控制器用于接收各种设定信息和指令，再根据指令形成驱动整流单元12、PWM逆变器13工作的PWM信号及控制电路的I/O信号等；信号处理电路用于检测如变频器输入电压、变频器输入电流、直流母线电压、直流母线电流、变频器输出电压、变频器输出电流、和控制电路开关状态、及各驱动板的运行信息(即可为SO信号)以保证变频器10正常工作。

在实际的工程应用中，采用上述变频器10得到大功率电动机所需要的高压高频的PWM信号相对比较困难。即普通的中小容量变频器不能满足大功率电动机的使用要求，必须采用高压大功率变频器。而高压大功率变频器由于受到电力电子器件的价格、性能、采购、工艺结构等方面的影响，导致该高压大功率变频器的价格非常高。因此，业界采用多台同类型的中小容量变频器并联使用以获取大功率的电压输出。实际中并联使用多个低电压、小功率的变频器容易导致各逆变单元之间产生环流现象，另外，并联后各变频器输出的电流不稳，如每个变频器输出电流的频率、相位和幅值常常发生较大的偏差等。鉴于此，如何获取电动机需求的电流稳定的组合变频器成为当前需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种组合变频器，该组合变频器可输出频率、相位和幅值一致的电流，能够满足大功率负载的需求。

本发明的组合变频器包括：第一变频器和至少一个第二变频器；

所述第一变频器包括，一端连接电网的第一整流单元、与所述第一整流单元另一端连接的第一逆变单元和调控所述第一整流单元的第一控制单元；

所述第二变频器包括，一端连接所述电网的第二整流单元、与所述第二整流单元另一端连接的第二逆变单元和调控所述第二整流单元的第二控制单元，以及

所述第一逆变单元和所述第二逆变单元通过信号扩展装置连接所述第一控制单元，且所述第一逆变单元和所述第二逆变单元的三相输出端对应连接负载的三相输入端。

本发明的组合变频器通过增加变频器的连接个数可以较好地增加最后输出的电流的容量，以及通过第一变频器的第一控制单元同时调控各变频器内部的逆变单元可有效保证输出电流的一致性和稳定性，进而提高了组合变频器的可靠性。另外，本发明的组合变频器主要是将现有技术中的中小容量的变频器进行并联，其不改变变频器内部的电路结构，进而该组合变频器易于实现，拓展了中小容量的变频器的应用领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的变频器的拓扑结构示意图；

图2为本发明组合变频器实施例的结构示意图；

图3为本发明中的组合变频器使用的信号扩展装置实施例的结构示意图；

图4为本发明中的组合变频器使用的PWM信号扩展发送单元实施例的结构示意图；

图5为本发明中的组合变频器使用的PWM信号接收单元实施例的结构示意图；

图6为本发明中的PWM信号扩展发送单元和PWM信号接收单元组合实施例一的结构示意图；

图7为本发明中的PWM信号扩展发送单元和PWM信号接收单元组合实施例二的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的组合变频器通过第一变频器的第一控制单元调控多个第二变频器内的第二逆变单元可有效避免组合变频器输出的频率、相位和幅值不一致的问题，进一步通过增加的电抗器能够有效解决了多个变频器组合产生的环流问题。

参考图2所示，图2示出了本发明组合变频器实施例的结构示意图，具体地，组合变频器包括第一变频器20和至少一个第二变频器30(图2中显示的组合变频器是以两个变频器并联为例进行说明)。第一变频器20包括，一端连接电网(L1、L2、L3)的第一整流单元22、与第一整流单元22另一端的正、负母线分别连接的第一逆变单元23和调控第一整流单元22的第一控制单元24。

第二变频器30(本实施例中只显示一个第二变频器，该第二变频器30可为两个或两个以上)包括，一端连接电网(L1、L2、L3)的第二整流单元32、与第二整流单元32另一端的正、负母线分别连接的第二逆变单元33和调控第二整流单元32的第二控制单元34，以及第一逆变单元23和第二逆变单元33通过信号扩展装置26连接第一控制单元24，且第一逆变单元23和第二逆变单元33的三相输出端对应连接负载(如图2中电动机25)的三相输入端。本实施例中使第一逆变单元23和第二逆变单元33均连接第一控制单元24，故可保证组合变频器中输出至电动机25的电流是一致的。

优选地，信号扩展装置26可包括：连接第一控制单元24的信号扩展发送单元，和一端连接信号扩展发送单元，另一端连接第二逆变单元33或第一逆变单元23的多个信号接收单元。其中，信号扩展发送单元接收第一控制单元24的电信号，并转换和/或扩展分别发送至连接于所述第一逆变单元23的第一信号接收单元、和连接于第二逆变单元33的第二信号接收单元。本实施例中信号接收单元的数量可为第一逆变单元23和第二逆变单元33的数量之和(图2中未示出信号扩展装置26的结构)。

进一步地，第一整流单元22和电网(L1、L2、L3)之间可设有用于防止电磁干扰的第一滤波单元21。当然，第二变频器30中也可设有位于电网(L1、L2、L3)和第二整流单元32之间用于防止电磁干扰的第二滤波单元31，第一滤波单元21和第二滤波单元31可以相同也可以不同。应了解的是，在组合变频器中可以只设置一个滤波单元，使得第一整流单元22和第二整流单元32均连接该滤波单元的输出端。上述的滤波单元(包括第一滤波单元21、第二滤波单元31等)可使用现有技术中的电路结构，如电容和电感组成的LC滤波器，本实施例中是以实例形式说明，不对实际电路结构进行限定。

另外，本实施例中的第一整流单元22和第二整流单元32中可分别包含具有滤波和直流储能等功能的中间直流单元(图2中未示出)。此外，第一整流单元22和第二整流单元32在运行中均可采用载波相移调制技术。载波相移调制技术能够通过低次谐波的相互抵消，提高等效开关频率，具有良好的谐波特性，故采用载波相移调制技术的第一整流单元22和第二整流单元32输出的电压更加稳定，且使第一整流单元22和第二整流单元32输出的波形更接近正弦波，减小了对电网的污染。当然，第一整流单元22、第二整流单元32、第一逆变单元23、第二逆变单元33、第一控制单元24和第二控制单元34的具体电路结构可采用现有技术中的电路结构，如第一整流单元22和第二整流单元32的整流部分可选用三相桥式不可控整流器、也可以选用三相桥式PWM整流器，第一逆变单元23和第二逆变单元33可采用输出为PWM波形的IGBT或IPM三相桥式逆变器的电路结构等，该些电路结构的选择本发明不对其进行限制。

在本实施例中，第一逆变单元23的输出端和电动机25之间设置有电抗器，第二逆变单元33和电动机25之间也可设置电抗器，该电抗器可为三相电抗器、耦合电抗器或平衡电抗器等，其用于抑制组合变频器中多个变频器连接产生的环流现象，以及可均衡逆变单元中输出的电流分布等。如图2所示，第一变频器20和第二变频器30的U相输出端连接具有平衡电流作用的第一电抗27，经由该第一电抗27连接电动机25的U相输入端；第一变频器20和第二变频器30的V相输出端连接具有平衡电流作用的第二电抗28，第一变频器20和第二变频器30的W相输出端连接具有平衡电流作用的第三电抗29。其中，第一电抗27、第二电抗28和第三电抗29的感抗设置依据实际的电路需求而设定，以保证组合变频器中的第一变频器20和第二变频器30的输出功率或输出电流稳定且均衡。由于实际的电路结构中的IGBT容易引起变频器输出电流或功率不稳定，故本实施例中设置第一电抗27、第二电抗28和第三电抗29的电阻值和电感值远远大于IGBT的内阻值和电感值，由此可消除变频器输出不稳定的问题，增强了组合变频器的抗干扰能力，提高了组合变频器的可靠性。

参照图3至图5所示，图3示出了本发明中的组合变频器使用的信号扩展装置26实施例的结构示意图，图4为本发明中的组合变频器使用的PWM信号扩展发送单元实施例的结构示意图，图5为本发明中的组合变频器使用的PWM信号接收单元实施例的结构示意图。图3至图5以PWM信号扩展发送单元和PWM信号接收单元为例进行说明。其中，信号扩展装置26包括的信号扩展发送单元可为PWM信号扩展发送单元261，信号扩展装置26包括的信号接收单元可为PWM信号接收单元(如图3中的第一PWM信号接收单元262、第二PWM信号接收单元263等)。本实施例中PWM信号扩展发送单元261与PWM信号接收单元之间优选采用光纤连接(参照图6和图7所示)。图3中还示出了信号扩展装置26包括的连接PWM信号扩展发送单元261的第三PWM信号接收单元264，该第三PWM信号接收单元264可连接第三变频器的第三逆变单元265，使得第一控制单元24可直接控制每一个逆变单元，本发明不限制组合变频器中变频器的数量，本发明的实施例中是以两个变频器组合或三个变频器组合举例说明的。

如图4所示，PWM信号扩展发送单元261可包括：非门41、第一三极管42和第一光敏二极管43；第一控制单元24发出的电信号经由非门41转换之后输入第一三极管42，第一三极管42结合第一光敏二极管43将电信号转换为光信号，并发送至第一PWM信号接收单元262。当然PWM信号扩展发送单元261的电路结构只是一个示例说明，其目的是将第一控制单元24的电信号转换为光信号。由于光纤传输信号不会发生损耗和电磁干扰等问题，可保持光信号传输的一致性，因此本实施例中优选采用PWM信号扩展发送单元261将第一控制单元24的电信号转换为光信号传输至各个PWM信号接收单元，以使各逆变单元接收的电信号是一致的。本实施例不限制PWM信号扩展发送单元261必须将电信号转换为光信号传输，具体的电路结构可依据实际需求设置。本实施例中的VDD可接15V电源。

相对应地，如图5所示，第一PWM信号接收单元262或第二PWM信号接收单元263可包括：第二非门51、第二三极管52和第二光敏二极管53等；其中第一PWM信号接收单元262和第二PWM信号接收单元263通过第二光敏二极管53接收所述光信号，并经由第二非门51转换并通过具有限流作用的第二三极管52，将所述光信号转换为调控第一逆变单元23和第二逆变单元33的电信号。该第一PWM信号接收单元262或第二PWM信号接收单元263用于将光纤中的光信号转换为电信号输入至第一逆变单元23或第二逆变单元33。PWM信号接收单元也可选择不同的电路结构，只要能够将第一控制单元24的调控逆变单元的PWM信号以相同频率、相位和幅值传输至各个逆变单元内即可，如此可保证每个变频器输出的电流的频率、相位、幅值是一致的。本实施例中的VDD1可接5V电源，VDD2可接15V电源。

参照图6和图7所示，图6示出了本发明中的PWM信号扩展发送单元和PWM信号接收单元组合实施例一的结构示意图；图7示出了本发明中的PWM信号扩展发送单元和PWM信号接收单元组合实施例二的结构示意图。图6中PWM信号扩展发送单元通过光纤60传输光信号至所述PWM信号接收单元，该实施例中使用一个PWM信号扩展发送单元将第一控制单元24中的电信号转换为光信号，并通过多个光纤60传送至多个PWM信号接收单元，以保证第一逆变单元23和第二逆变单元33接收一致的电信号，使其输出一致的电动机需要的电流信号。

优选地，本实施例中还可以设置一个或多个信号扩展发送单元，如可设置一个或多个PWM信号扩展发送单元，即第一控制单元24分别连接多个相同或不同的PWM信号扩展发送单元，该PWM信号扩展发送单元分别对应连接PWM信号接收单元，如图7中的第一PWM信号扩展发送单元(图7中未标出)连接第一PWM信号接收单元262；第二PWM信号扩展发送单元(图7中未标出)连接第二PWM信号接收单元263。应了解的是，第一PWM信号扩展发送单元和第二PWM信号扩展发送单元的实际电路结构可以相同也可以不同，优选使用相同的电路结构，只要满足第一控制单元24中用于调控各逆变单元的电信号是一致的即可。

需要说明的是，本发明中的信号扩展装置设置可适用不同电路结构的多个变频器并联，上述实施例中是以两个变频器并联为例进行说明的，本发明不限制变频器的数量，本发明中的组合变频器包含三个或三个以上的变频器并联。另外，在本发明中提及的连接均为电连接。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种组合变频器，其特征在于，包括：第一变频器和至少一个第二变频器；

2.根据权利要求1所述的组合变频器，其特征在于，信号扩展装置包括：信号扩展发送单元和至少一个信号接收单元；

所述信号扩展发送单元接收所述第一控制单元的电信号，并转换和/或扩展分别发送至连接于所述第一逆变单元的所述信号接收单元、和连接于所述第二逆变单元的所述信号接收单元；

所述信号接收单元的数量为所述第一逆变单元和所述第二逆变单元的数量之和。

3.根据权利要求2所述的组合变频器，其特征在于，所述信号扩展发送单元为一个或多个。

4.根据权利要求2所述的组合变频器，其特征在于，所述信号扩展发送单元为PWM信号扩展发送单元，所述信号接收单元为PWM信号接收单元，所述PWM信号扩展发送单元与所述PWM信号接收单元之间采用光纤连接。

5.根据权利要求4所述的组合变频器，其特征在于，所述PWM信号扩展发送单元包括：非门、第一三极管和第一光敏二极管；

其中，所述第一控制单元发出的电信号经由所述非门转换之后输入所述第一三极管，所述第一三极管结合所述第一光敏二极管将所述电信号转换为光信号，并发送至所述PWM信号接收单元。

6.根据权利要求5所述的组合变频器，其特征在于，所述PWM信号接收单元包括：第二非门、第二三极管和第二光敏二极管；

所述PWM信号接收单元通过所述第二光敏二极管接收所述光信号，经由所述第二非门和所述第二三极管将所述光信号转换为调控所述第一逆变单元和所述第二逆变单元的电信号。

7.根据权利要求1所述的组合变频器，其特征在于，所述第一整流单元和所述第二整流单元分别包含有中间直流单元。

8.根据权利要求1所述的组合变频器，其特征在于，所述第一变频器还包括位于所述电网和所述第一整流单元之间的第一滤波单元，和/或

所述第二变频器还包括位于所述电网和所述第二整流单元之间的第二滤波单元。

9.根据权利要求1至8任一项所述的组合变频器，其特征在于，所述第一逆变单元和所述第二逆变单元的三相输出端与所述负载的三相输入端之间设有电抗器。

10.根据权利要求9所述的组合变频器，其特征在于，所述电抗器为三相电抗器、耦合电抗器或平衡电抗器。