CN202721450U

CN202721450U - 全可控能量回馈装置

Info

Publication number: CN202721450U
Application number: CN 201220246890
Authority: CN
Inventors: 钟玉涛; 张宁; 郑伟; 王国锋; 曹力研
Original assignee: Shenzhen Hpmont Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Hpmont Technology Co Ltd
Priority date: 2012-05-29
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2022-05-29

Abstract

本实用新型涉及一种全可控能量回馈装置，包括控制电路、绝缘栅双极型晶体管逆变电路、母线电压检测电路、电压电流检测电路以及滤波电路，母线电压检测电路用于检测直流母线的电压并将检测值传送给控制电路，电压电流检测电路用于检测电网的三相交流电压和电流并将检测值传送给控制电路；控制电路用于在直流母线的电压检测值高于预设的启动电压值时，根据电网的三相交流电压的幅值和相位及三相交流电流的幅值和相位生成驱动信号，驱动绝缘栅双极型晶体管开通和关断，将来自直流母线的直流电逆变为三相交流电，经滤波电路滤波后输送给电网。本实用新型的功率因数低、谐波污染小，因此能起到节能环保的效果。

Description

全可控能量回馈装置

技术领域

本实用新型涉及变电装置，特别是涉及一种全可控能量回馈装置。

背景技术

随着社会的发展和技术的进步，变频器越来越多的应用在生产和生活的各个领域，电机带位能负载和减速时都会产生再生电能，再生电能会使得变频器母线电压升高，导致变频器过压。一般的做法是让再生电能消耗在制动电阻上，但这种做法不但白白浪费能量，还会因为制动电阻发热导致变频器工作温度升高，影响变频器寿命。随着节能减排的推进和绿色环保意识的增强，通过能量回馈装置将电机产生的再生能量回馈到电网，从而达到节能环保的目的。

传统的能量回馈***主要由晶闸管有源逆变器组成，由于晶闸管只能控制其开通，不能控制其关断，故称为半可控能量回馈***。半可控能量回馈***存在功率因数较低、谐波污染较大等问题。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统的半可控能量回馈***存在的技术问题，提供一种全可控能量回馈装置。

一种全可控能量回馈装置，包括控制电路、绝缘栅双极型晶体管逆变电路、母线电压检测电路、电压电流检测电路以及滤波电路，所述控制电路连接绝缘栅双极型晶体管逆变电路、母线电压检测电路以及电压电流检测电路，所述母线电压检测电路及绝缘栅双极型晶体管逆变电路均用于连接直流母线，所述电压电流检测电路用于连接电网，所述绝缘栅双极型晶体管逆变电路用于通过滤波电路连接电网；所述母线电压检测电路用于检测所述直流母线的电压并将检测值传送给所述控制电路，所述电压电流检测电路用于检测所述电网的三相交流电压和电流并将检测值传送给所述控制电路；所述控制电路用于在直流母线的电压检测值高于预设的启动电压值时，根据电网的三相交流电压的幅值和相位及三相交流电流的幅值和相位生成驱动信号，驱动所述绝缘栅双极型晶体管逆变电路中的绝缘栅双极型晶体管开通和关断，将来自所述直流母线的直流电逆变为三相交流电，经所述滤波电路滤波后输送给所述电网。

在其中一个实施例中，所述控制电路包括数字信号处理器及驱动电路，所述驱动电路连接所述数字信号处理器和绝缘栅双极型晶体管逆变电路，所述数字信号处理器连接所述母线电压检测电路和电压电流检测电路；所述数字信号处理器包括回馈单元，所述回馈单元采用锁相环及坐标变换技术以功率因数为1的目标通过空间矢量脉宽调制方法生成所述驱动信号，并传输给所述驱动电路，经所述驱动电路隔离放大后驱动所述绝缘栅双极型晶体管逆变电路中的绝缘栅双极型晶体管开通和关断。

在其中一个实施例中，所述数字信号处理器还包括异常保护模块，用于根据直流母线的电压检测值进行母线过压和欠压保护，还用于根据三相交流电压和电流的检测值进行频率异常、过流及过载保护。

在其中一个实施例中，所述全可控能量回馈装置还包括接于所述直流母线的正极和负极之间的储能滤波电容。

在其中一个实施例中，所述全可控能量回馈装置还包括与所述储能滤波电容串联的缓冲电阻，以及与所述缓冲电阻并联的受控开关。

在其中一个实施例中，所述滤波电路是滤波电感。

在其中一个实施例中，还包括设于直流母线的正极的第一保险管和设于直流母线负极的第二保险管。

在其中一个实施例中，还包括RS485通讯接口。

上述全可控能量回馈装置，控制电路获取直流母线的电压及电网的三相交流电压和电流后，通过绝缘栅双极型晶体管逆变电路将直流母线的直流电逆变为三相交流电，并经滤波电路滤波后输送给所述电网。功率因数低、谐波污染小，因此能起到节能环保的效果。

附图说明

图1是一实施例中全可控能量回馈装置的电路结构示意图；

图2是另一实施例中全可控能量回馈装置的电路结构示意图；

图3是一实施例中全可控能量回馈装置首先从电网上电的充电示意图；

图4是一实施例中全可控能量回馈装置首先从直流母线上电的充电示意图；

图5是一实施例中全可控能量回馈装置外接操作面板的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

图1是一实施例中全可控能量回馈装置的电路结构示意图。全可控能量回馈装置包括控制电路10、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）逆变电路20、母线电压检测电路30、电压电流检测电路40以及滤波电路50。控制电路10连接绝缘栅双极型晶体管逆变电路20、母线电压检测电路30以及电压电流检测电路40，母线电压检测电路30及绝缘栅双极型晶体管逆变电路20均连接直流母线，电压电流检测电路40连接电网，绝缘栅双极型晶体管逆变电路20通过滤波电路50连接电网。

母线电压检测电路30用于检测直流母线的电压并将检测值传送给控制电路10，电压电流检测电路40用于检测电网的三相交流电压和三相交流电流并将检测值传送给控制电路10。

控制电路10用于在直流母线的电压检测值高于预设的启动电压值时，根据电网的三相交流电压的幅值和相位及三相交流电流的幅值和相位生成驱动信号，驱动绝缘栅双极型晶体管逆变电路20中的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）开通和关断，将来自直流母线的直流电逆变为三相交流电，并经滤波电路50滤波后输送给电网。

图2是另一实施例中全可控能量回馈装置的电路结构示意图。在该实施例中，控制电路10包括数字信号处理器（DSP）12及驱动电路14。驱动电路14连接数字信号处理器12和绝缘栅双极型晶体管逆变电路20，数字信号处理器12连接母线电压检测电路30和电压电流检测电路40。

数字信号处理器12包括回馈单元。回馈单元采用锁相环及坐标变换技术，将电流分解成有功电流和无功电流，并以功率因数为1的目标，通过空间矢量脉宽调制（SVPWM）方法生成驱动信号传输给驱动电路14，经驱动电路14隔离放大后驱动绝缘栅双极型晶体管逆变电路20中的绝缘栅双极型晶体管开通和关断，将来自直流母线的直流电逆变为三相交流电，经滤波电路50滤波后输送给电网。

采用数字信号处理器（DSP）作为主控芯片，由于其运算能力强，可以快速、高效地进行锁相及坐标变换等计算。且数字信号处理器有丰富的外设接口，易于进行电压、电流的采样及产生脉冲宽度调制（PWM）信号。采用DSP控制，SVPWM调制，谐波污染小、功率因素高。

在图2所示实施例中，数字信号处理器12还包括异常保护模块，用于根据直流母线的电压检测值进行母线过压和欠压保护，还用于根据三相交流电压和电流的检测值进行频率异常、过流及过载保护。

具体的，数字信号处理器12通过检测直流母线的电压，用硬件和软件两种方法共同实现过压和欠压保护；通过检测三相交流电流，用硬件和软件两种方法共同实现过流保护，并通过软件的方法实现过载保护；通过检测三相交流电压，实现频率异常保护。在其中一个实施例中，还可以通过给数字信号处理器12外接热敏电阻实现过温保护。

数字信号处理器12的异常保护模块，可以实现过流、过压、过载、缺相、过热等完整的保护功能，使全可控能量回馈装置具有很高的可靠性。

在一个实施例中，全可控能量回馈装置还包括接于直流母线的正极和负极之间的储能滤波电容C1。如图2所示，储能滤波电容C1接于绝缘栅双极型晶体管逆变电路20和直流母线正、负极的输入端之间。

在图2所示实施例中，全可控能量回馈装置还包括与储能滤波电容C1串联的缓冲电阻R1，以及与缓冲电阻R1并联的受控开关KM1（即受控开关KM1两端分别连接缓冲电阻R1的两端）。

缓冲电阻R1和受控开关KM1共同构成上电缓冲电路。全可控能量回馈装置不带电时受控开关KM1断开。当能量回馈单元上电时（包括由电网侧先上电，如图3所示；或者由直流母线先上电，如图4所示），上电瞬间受控开关KM1是断开的，电路通过缓冲电阻R1对储能滤波电容C1充电，充电电流较小，减小了冲击电流对IGBT和储能滤波电容C1的冲击。上电完成后受控开关KM1吸合，电流不再流经缓冲电阻R1。

在其中一个实施例中，数字信号处理器12检测到直流母线的电压大于预设的第一阈值后，控制受控开关KM1吸合；当数字信号处理器12检测到直流母线的电压小于预设的第二阈值后，控制受控开关KM1断开。

在图2所示实施例中，全可控能量回馈装置还包括设于直流母线正极的第一保险管FU1和设于直流母线负极第二保险管FU2。当能量回馈出现异常导致直流母线正负极上产生很大电流时，若该电流大于保险管熔断电流则保险管熔断，从而保护连接在直流母线上的设备，例如变频器。

在图2所示实施例中，滤波电路50是滤波电感。即采用单独电感的方法进行滤波，并且滤波电感集成在全可控能量回馈装置内部。由于本实用新型的全可控能量回馈装置采用了先进的控制方法，使用单独电感进行滤波同样可以达到很好的滤波效果，相对于电感和电容的组合滤波，单独电感的方案节省了***成本，提高了***的集成性。

在其中一个实施例中，全可控能量回馈装置还提供了操作面板接口，接口形式为RS485通讯接口，如图5所示。当需要使用操作面板进行参数设置（例如设定前述的启动电压值）和状态监视时，可以通过RS485通讯接口外接操作面板，平时则不需要连接操作面板。这样既方便操作，又不需要在每个全可控能量回馈装置上都配备操作面板，节省了***成本。RS485通讯接口还可用于ModBus通讯构成远程监控***。

上述全可控能量回馈装置结构紧凑、电路构成简单、性能优异、可靠性强、使用方便，能够满足客户较高的要求。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种全可控能量回馈装置，其特征在于，包括控制电路、绝缘栅双极型晶体管逆变电路、母线电压检测电路、电压电流检测电路以及滤波电路，所述控制电路连接绝缘栅双极型晶体管逆变电路、母线电压检测电路以及电压电流检测电路，所述母线电压检测电路及绝缘栅双极型晶体管逆变电路均用于连接直流母线，所述电压电流检测电路用于连接电网，所述绝缘栅双极型晶体管逆变电路用于通过滤波电路连接电网；

所述母线电压检测电路用于检测所述直流母线的电压并将检测值传送给所述控制电路，所述电压电流检测电路用于检测所述电网的三相交流电压和电流并将检测值传送给所述控制电路；

所述控制电路用于在直流母线的电压检测值高于预设的启动电压值时，根据电网的三相交流电压的幅值和相位及三相交流电流的幅值和相位生成驱动信号，驱动所述绝缘栅双极型晶体管逆变电路中的绝缘栅双极型晶体管开通和关断，将来自所述直流母线的直流电逆变为三相交流电，经所述滤波电路滤波后输送给所述电网。

2.根据权利要求1所述的全可控能量回馈装置，其特征在于，所述控制电路包括数字信号处理器及驱动电路，所述驱动电路连接所述数字信号处理器和绝缘栅双极型晶体管逆变电路，所述数字信号处理器连接所述母线电压检测电路和电压电流检测电路；

所述数字信号处理器包括回馈单元，所述回馈单元采用锁相环及坐标变换技术以功率因数为1的目标通过空间矢量脉宽调制方法生成所述驱动信号，并传输给所述驱动电路，经所述驱动电路隔离放大后驱动所述绝缘栅双极型晶体管逆变电路中的绝缘栅双极型晶体管开通和关断。

3.根据权利要求2所述的全可控能量回馈装置，其特征在于，所述数字信号处理器还包括异常保护模块，用于根据直流母线的电压检测值进行母线过压和欠压保护，还用于根据三相交流电压和电流的检测值进行频率异常、过流及过载保护。

4.根据权利要求1所述的全可控能量回馈装置，其特征在于，所述全可控能量回馈装置还包括接于所述直流母线的正极和负极之间的储能滤波电容。

5.根据权利要求4所述的全可控能量回馈装置，其特征在于，所述全可控能量回馈装置还包括与所述储能滤波电容串联的缓冲电阻，以及与所述缓冲电阻并联的受控开关。

6.根据权利要求1所述的全可控能量回馈装置，其特征在于，所述滤波电路是滤波电感。

7.根据权利要求1所述的全可控能量回馈装置，其特征在于，还包括设于直流母线的正极的第一保险管和设于直流母线负极的第二保险管。

8.根据权利要求1所述的全可控能量回馈装置，其特征在于，还包括RS485通讯接口。