CN103973127A - 单斩波管高压转子变频器 - Google Patents

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尤江峰
樊喜明
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Abstract

一种单斩波管高压转子变频器，包括：整流器、绝缘栅双极型晶体管、电容器、逆止二极管、逆变器、第一电抗器、第二电抗器；其中，第一电抗器串接设置在整流器的正极位置与绝缘栅双极型晶体管的栅极之间；逆止二极管串接设置在绝缘栅双极型晶体管的栅极与电容器之间；第二电抗器串接设置在电容器以及逆变器的阴极之间。采用单IGBT斩波管，其发热量明显小于多管并联，使得设备的损耗进一步降低，提高了整个变频器的能效比。单斩波管设计规避了IGBT多管并联技术的诸多难题，排除了并联运行安全隐患。由于设备整体体积和发热量的减小，对安装环境的要求也进一步降低，能够适应更加狭小，散热情况更差的工作环境。

Description

单斩波管高压转子变频器
技术领域
本发明涉及高压电机调速技术领域，更具体地说，特别涉及一种单斩波管高压转子变频器。
背景技术
高压转子变频器是近些年发展起来的一种高压绕线电机调速设备，通常应用于拖动风机泵类负载的高压绕线电机调速。广泛应用于各种工业、水利、城市供热供水等多种领域。
目前市场上的高压转子变频器都是以升压斩波电路(Boost)为基本原型的，配用电机容量为220KW到3500KW之间，设备启动方式一般为液阻启动或者可变电阻启动，设备构成一般为起动柜、整流变频柜和逆变柜。
由于高压绕线电机转子电压一般不是很高，主电路斩波器大多采用进口IGBT模块并联构成，由于受到IGBT器件电压等级和电流等级的制约，一般都是通过并联的办法来实现斩波功能。并联几只IGBT模块就需要同样数量的均流滤波电抗器，由于多管并联，且IGBT工作在千赫兹的开关频率级别，频率越高开关损耗越大，IGBT的发热量越大，且多管并联的同步性需要很高的技术要求，即使采用光纤技术传输，由于IGBT管自身特性的差异，开通关断时间还是不能保证完全相同，对IGBT的安全工作构成威胁。
同时由于有几只IGBT并联就需要同样数量的均流滤波电抗器，这些都是工作在几百安的电流环境下，设备体积大，且发热量高，需要与之配套的散热装置，使得整个变频器体积和重量都比较臃肿。
随着电力电子技术的发展，工艺的不断进步，现在已经有单只6500伏耐压和3600安的大功率IGBT器件，我们已经可以开发体积更小的变频器。对于某些安装空间狭小的环境，我们需要一种体积更小，散热量更低的设备。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的缺陷而提供了一种单斩波管高压转子变频器，从而有效解决现有技术中存在的缺陷。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种单斩波管高压转子变频器，
包括：整流器、绝缘栅双极型晶体管、电容器、逆止二极管、逆变器、第一电抗器、第二电抗器；
其中，
所述第一电抗器串接设置在所述整流器的正极位置与所述绝缘栅双极型晶体管的栅极之间；
所述逆止二极管串接设置在所述绝缘栅双极型晶体管的栅极与所述电容器之间；
所述第二电抗器串接设置在所述电容器以及所述逆变器的阴极之间。
优选地，所述整流器单元包括有正极输出端，所述正极输出端上串联的所述第一电抗器单元与所述逆止二极管阳极连接，所述逆止二极管阴极上串联的所述第二电抗器连接有逆变器阴极。
优选地，所述绝缘栅双极型晶体管的栅极包括有输入端，所述输入端连接所述逆止二极管的阳极；所述电容器的一端连接所述逆止二极管的阴极；
所述整流器的负极、所述绝缘栅双极型晶体管的射极输出端、所述电容器的另一端以及所述逆变器的阳极相互连接。
通过上述电路优化设计，本发明的有益效果为：首先采用单IGBT斩波管，使得配套的均流滤波电抗器数量也只需要一只，为大功率器件提供散热的装置也大幅度减小，缩小了变频器设备的体积；同时单IGBT斩波管发热量明显小于多管并联，使得设备的损耗进一步降低，提高了整个变频器的能效比；其次单斩波管设计规避了IGBT多管并联技术的诸多难题，排除了并联运行安全隐患。再次由于设备整体体积和发热量的减小，对安装环境的要求也进一步降低，能够适应更加狭小，散热情况更差的工作环境。再次单IGBT斩波管设计进一步节约了成本同时使得设备结构更加简单。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明电路原理示意图。
图中：1、整流器；2、第一电抗器；3、绝缘栅双极型晶体管；4、逆止二极管；5、电容器；6、第二电抗器；7、逆变器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor，即：绝缘栅双极型晶体管。
请参考图1，图1是本发明电路原理示意图。
本发明提供了一种单斩波管高压转子变频器，包括：整流器1、绝缘栅双极型晶体管3、电容器5、逆止二极管4、逆变器7、第一电抗器2、第二电抗器6；其中，第一电抗器2串接设置在整流器的正极位置与绝缘栅双极型晶体管3的栅极之间；逆止二极管4串接设置在绝缘栅双极型晶体管3的栅极与电容器5之间；第二电抗器6串接设置在电容器5以及逆变器4的阴极之间。
本发明的具体实施方案为：
第一电抗器串接设置在整流器单元正极和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)栅极之间，逆止二极管串接设置在绝缘栅双极型晶体管(IGBT)栅极和电容器之间，第二电抗器串接设置在电容器和逆变单元阴极之间。
整流器单元正极输出端串联第一电抗器后连接到逆止二极管阳极，逆止二极管阴极串联第二电抗器后连接到逆变器阴极。
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的栅极输入端连接逆止二极管的阳极；电容器的一端连接逆止二极管的阴极。
整流器单元负极、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的射极输出端、电容器的另一端和逆变器正极相互连接。
本发明提供的单斩波管高压转子变频器，可使用普通IGBT模块，也可使用内部集成逆止二极管的专用斩波模块。针对于高压电机转子电压电流不是很大的情况，本发明选用电压等级1200V/1700V/3300V/4500V/6500V，电流等级600A至3600A的IGBT模块。
通过上述电路优化设计，本发明的有益效果为：首先采用单IGBT斩波管，使得配套的均流滤波电抗器数量也只需要一只，为大功率器件提供散热的装置也大幅度减小，缩小了变频器设备的体积；同时单IGBT斩波管发热量明显小于多管并联，使得设备的损耗进一步降低，提高了整个变频器的能效比；其次单斩波管设计规避了IGBT多管并联技术的诸多难题，排除了并联运行安全隐患。再次由于设备整体体积和发热量的减小，对安装环境的要求也进一步降低，能够适应更加狭小，散热情况更差的工作环境。再次单IGBT斩波管设计进一步节约了成本同时使得设备结构更加简单。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种单斩波管高压转子变频器，其特征在于，
包括：整流器、绝缘栅双极型晶体管、电容器、逆止二极管、逆变器、第一电抗器、第二电抗器；
其中，
所述第一电抗器串接设置在所述整流器的正极位置与所述绝缘栅双极型晶体管的栅极之间；
所述逆止二极管串接设置在所述绝缘栅双极型晶体管的栅极与所述电容器之间；
所述第二电抗器串接设置在所述电容器以及所述逆变器的阴极之间。
2.根据权利要求1所述的单斩波管高压转子变频器，其特征在于，
所述整流器单元包括有正极输出端，所述正极输出端上串联的所述第一电抗器单元与所述逆止二极管阳极连接，所述逆止二极管阴极上串联的所述第二电抗器连接有逆变器阴极。
3.根据权利要求1所述的单斩波管高压转子变频器，其特征在于，
所述绝缘栅双极型晶体管的栅极包括有输入端，所述输入端连接所述逆止二极管的阳极；所述电容器的一端连接所述逆止二极管的阴极；
所述整流器的负极、所述绝缘栅双极型晶体管的射极输出端、所述电容器的另一端以及所述逆变器的阳极相互连接。
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