一种H桥级联多电平逆变器[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 209120078 U(45)授权公告日 2019.07.16

(21)申请号 2018211194.2(22)申请日 2018.07.16

(73)专利权人 江苏力普电子科技有限公司

地址 226300 江苏省南通市通州区金沙镇

金通工业集中区(72)发明人 余芙容　黄小光　栗晋杰　王利刚　

刘志强　徐林东　季华龙　林晓凯　张鹏飞　(51)Int.Cl.

H02M 7/483(2007.01)

(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利

权利要求书1页 说明书3页 附图1页

()实用新型名称

一种H桥级联多电平逆变器

(57)摘要

本实用新型公开了一种H桥级联多电平逆变器，包括输入开关柜、移相隔离变压器、功率单元和控制系统，输入开关柜一侧设有电网输入侧，隔离变压器连接功率单元，且隔离变压器和功率单元均设置在输入开关柜中，输入开关柜通过光纤连接控制系统，输入开关柜连接高压电机，本实用新型结构原理简单，通过采用能量回馈技术，可采用普通多副边绕组变压器代替移相变压器，降低了变压器的设计难度和设计成本；通过功率单元采用PWM整流技术，可以控制基波功率因数达到1。

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权　利　要　求　书

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1.一种H桥级联多电平逆变器，包括输入开关柜（1）、移相隔离变压器（2）、功率单元（3）和控制系统（4），其特征在于：所述输入开关柜（1）一侧设有电网输入侧（5），所述移相隔离变压器（2）连接功率单元（3），且所述移相隔离变压器（2）和功率单元（3）均设置在输入开关柜（1）中，所述输入开关柜（1）通过光纤（6）连接控制系统（4），所述移相隔离变压器（2）连接高压电机（7）；

所述功率单元（3）由整流电路、逆变电路及旁路电路三部分组成；所述功率单元（3）输入侧串接输入电抗器；所述整流电路包括并联连接的三组晶体管组和电解电容（8），分为第一晶体管组、第二晶体管组和第三晶体管组，所述第一晶体管组包括串联连接的场效应晶体管A(1a)和场效应晶体管B(2a)；所述第二晶体管组包括串联连接的场效应晶体管C(3a)和场效应晶体管D(4a)；所述第三晶体管组包括串联连接的场效应晶体管E(5a)和场效应晶体管F(6a)；所述第一晶体管组和第二晶体管组之间并联连接电容A(1b)；所述第二晶体管组和第三晶体管组之间并联连接电容B(2b)；

所述逆变电路包括并联连接的第四晶体管组和第五晶体管组；所述第四晶体管组包括串联连接的场效应晶体管G(7a)和场效应晶体管H(8a)；所述第五晶体管组包括串联连接的场效应晶体管I(9a)和场效应晶体管J(10a)；所述第四晶体管组和第五晶体管组之间并联连接电容D(4b)，所述第五晶体管组两端并联连接电容E(5b)；

所述旁路电路包括串联连接的二极管A(1c)、二极管B(2c)以及串联连接的二极管C(3c)和二极管D(4c)，两组串联电路并联连接，并联电路两端连接场效应晶体管K(11a)。

2.根据权利要求1所述的一种H桥级联多电平逆变器，其特征在于：所述控制系统（4）包括主控板（9），所述主控板（9）上设有双DSP板（10）、IO板（11）和光纤板（12），所述双DSP板（10）通过光纤板（12）连接功率单元控制电路（13），所述IO板（11）连接信号检测电路（14），所述双DSP板（10）通过RS485接口连接PLC控制器（15），所述PLC控制器（15）连接电气接口（16）；所述PLC控制器（15）通过RS232接口连接触摸屏（17）。

3.根据权利要求1所述的一种H桥级联多电平逆变器，其特征在于：所述移相隔离变压器（2）采用副边（27）绕组的移相变压器。

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说　明　书

一种H桥级联多电平逆变器

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技术领域

[0001]本实用新型涉及逆变器技术领域，具体为一种H桥级联多电平逆变器。

背景技术

[0002]大功率多电平逆变器近年来在实际工业生产中得到越来越广泛的应用。多电平逆变器由于结构复杂，采用元器件较多，因此在设计和实验中，实现各个工作状态下运行参数的同步监测和分析较为困难。[0003]近几年来，我国高压变频器的研究开发、生产和应用都有了突飞猛进的发展。尽管我国的高压变频器产业和工业发达国家相比，还有很大差距，但在我国市场上，它已不象低压变频器那样为国外产品所垄断。我国自已的高压变频器产品在我们国内市场上，已能和国外先进的产品抗衡，并且在发展中形成了自已的一些重要特点，目前国内投运的高压变频器已接近5000套。

[0004]能量回馈性高压变频器相对于普通高压变频器而言有如下特点。普通的高压变频器的功率单元大都采用二极管整流桥将交流电转化成直流，然后采用IGBT逆变技术将直流转化成电压频率皆可调整的交流电。这种功率单元只能工作在电动状态，所以称之为两象限变频器。由于两象限变频器采用二极管整流桥，无法实现能量的双向流动，所以没有办法将电机回馈系统的能量送回电网。在一些电动机要回馈能量的应用中，比如电梯，提升，离心机系统是不能使用普通变频器的。另外，在一些大功率的应用中，二极管整流桥对电网产生严重的谐波污染。IGBT功率模块可以实现能量的双向流动，如果采用IGBT做整流桥，用高速度、高运算能力的DSP产生PWM控制脉冲。一方面可以调整输入的功率因数，消除对电网的谐波污染，让变频器真正成为“绿色产品”。另一方面可以将电动机回馈产生的能量反送到电网，达到彻底的节能效果。

[0005]目前国内高压变频器生产厂家拥有此类技术不多，且此类产品现相对对普通高压变频器利润率至少高2倍以上。适时推出此类产品对于提高企业竞争力和市场竞争力有极大的促进作用。

实用新型内容

[0006]本实用新型的目的在于提供一种H桥级联多电平逆变器，以解决上述背景技术中提出的问题。

[0007]为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种H桥级联多电平逆变器，包括输入开关柜、移相隔离变压器、功率单元和控制系统，所述输入开关柜一侧设有电网输入侧，所述移相隔离变压器连接功率单元，且所述移相隔离变压器和功率单元均设置在输入开关柜中，所述输入开关柜通过光纤连接控制系统，所述移相隔离变压器连接高压电机；[0008]所述功率单元由整流、逆变及旁路电路三部分组成；所述功率单元输入侧串接输入电抗器；所述整流电路包括并联连接的三组晶体管组和电解电容，分为第一晶体管组、第二晶体管组和第三晶体管组，所述第一晶体管组包括串联连接的场效应晶体管A和场效应

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晶体管B；所述第二晶体管组包括串联连接的场效应晶体管C和场效应晶体管D；所述第三晶体管组包括串联连接的场效应晶体管E和场效应晶体管F；所述第一晶体管组和第二晶体管组之间并联连接电容A；所述第二晶体管组和第三晶体管组之间并联连接电容B；[0009]所述逆变电路包括并联连接的第四晶体管组和第五晶体管组；所述第四晶体管组包括串联连接的场效应晶体管G和场效应晶体管H；所述第五晶体管组包括串联连接的场效应晶体管I和场效应晶体管J；所述第四晶体管组和第五晶体管组之间并联连接电容D，所述第五晶体管组两端并联连接电容E；

[0010]所述旁路电路包括串联连接的二极管A、二极管B以及串联连接的二极管C和二极管D，两组串联电路并联连接，并联电路两端连接场效应晶体管K。[0011]优选的，所述控制系统包括主控板，所述主控板上设有双DSP板、IO板和光纤板，所述双DSP板通过光纤板连接功率单元控制电路，所述IO板连接信号检测电路，所述双DSP板通过RS485接口连接PLC控制器，所述PLC控制器连接电气接口；所述PLC控制器通过RS232接口连接触摸屏。[0012]优选的，所述移相隔离变压器采用副边27绕组的移相变压器。[0013]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：[0014]（1）本实用新型结构原理简单，通过采用能量回馈技术，可采用普通多副边绕组变压器代替移相变压器，降低了变压器的设计难度和设计成本；通过功率单元采用PWM整流技术，可以控制基波功率因数达到1。[0015]（2）本实用新型的功率单元采用单独控制方式，即用一个可控整流桥替代传统单元的不控整流桥，通过控制器单独控制每个单元的能量流向，功率因数及直流电压稳定。附图说明

[0016]图1为本实用新型整体结构示意图；[0017]图2为本实用新型功率单元原理图；[0018]图3为本实用新型控制系统原理图。

具体实施方式

[0019]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。[0020]请参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：一种H桥级联多电平逆变器，包括输入开关柜1、移相隔离变压器2、功率单元3和控制系统4，所述输入开关柜1一侧设有电网输入侧5，所述移相隔离变压器2连接功率单元3，移相隔离变压器2采用副边27绕组的移相变压器；且所述移相隔离变压器2和功率单元3均设置在输入开关柜1中，所述输入开关柜1通过光纤6连接控制系统4，所述移相隔离变压器2连接高压电机7；[0021]所述功率单元3由整流、逆变及旁路电路三部分组成；所述功率单元3输入侧串接输入电抗器；所述整流电路包括并联连接的三组晶体管组和电解电容8，分为第一晶体管组、第二晶体管组和第三晶体管组，所述第一晶体管组包括串联连接的场效应晶体管A1a和

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场效应晶体管B2a；所述第二晶体管组包括串联连接的场效应晶体管C3a和场效应晶体管D4a；所述第三晶体管组包括串联连接的场效应晶体管E5a和场效应晶体管F6a；所述第一晶体管组和第二晶体管组之间并联连接电容A1b；所述第二晶体管组和第三晶体管组之间并联连接电容B2b；

[0022]所述逆变电路包括并联连接的第四晶体管组和第五晶体管组；所述第四晶体管组包括串联连接的场效应晶体管G7a和场效应晶体管H8a；所述第五晶体管组包括串联连接的场效应晶体管I9a和场效应晶体管J10a；所述第四晶体管组和第五晶体管组之间并联连接电容D4b，所述第五晶体管组两端并联连接电容E5b；[0023]所述旁路电路包括串联连接的二极管A1c、二极管B2c以及串联连接的二极管C3c和二极管D4c，两组串联电路并联连接，并联电路两端连接场效应晶体管K11a。功率单元配合控制系统进行相位调节，同时起到滤波作用。

[0024]本实用新型的功率单元采用单独控制方式，即用一个可控整流桥替代传统单元的不控整流桥，通过控制器单独控制每个单元的能量流向，功率因数及直流电压稳定。[0025]本实用新型中，控制系统4包括主控板9，所述主控板9上设有双DSP板10、IO板11和光纤板12，所述双DSP板10通过光纤板12连接功率单元控制电路13，所述IO板11连接信号检测电路14，所述双DSP板10通过RS485接口连接PLC控制器15，所述PLC控制器15连接电气接口16；所述PLC控制器15通过RS232接口连接触摸屏17。主控板采用高速的数字信号处理器DSP为核心控制器，负责所有数据处理、算法实现及PWM波形计算，经光纤板电光信号转换后与功率单元进行信息交互。PLC控制器负责所有电气件的状态的扫描和控制，与主控板通信并将各种报警信息上传至主控板。触摸屏与PLC控制器通信实现各种运行参数和数据的在线设置、修改、显示和处理等功能。[0026]工作原理：电网输入的三相10KV高压交流电经过输入开关柜供给移相隔离变压器；副边27绕组的移相变压器将三相10kV电压，隔离移相后输出3×9组相位相错6.67°的三相580V低压交流电；三相580V低压交流电分别经由功率单元整流逆变，每相由9个功率单元输出串联叠加形成 0～10kV、0～50（～120）Hz的变频高压交流电压输出至异步电动机；每个单元的输出通过解析控制系统传递过来的光信号进行控制，每个单元通过一根输入光纤接收控制指令，通过一根发送光纤将自身运行状态反馈给控制系统。[0027]本实用新型结构原理简单，通过采用能量回馈技术，可采用普通多副边绕组变压器代替移相变压器，降低了变压器的设计难度和设计成本；通过功率单元采用PWM整流技术，可以控制基波功率因数达到1。

[0028]尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

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说　明　书　附　图

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图1

图2

图3

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