[发明专利]一种三相并联型多功能变流器及其工作方法

说明书

本发明公开了一种三相并联型多功能变流器及其工作方法，所述三相并联型多功能变流器包括：直流侧开关组件，防倒灌二极管，直流滤波电容，逆变器模块，滤波电感器及交流侧开关组件。所述变流器的微处理器模块根据所述负载电流采样模块采集变频器的输入电流来决定装置的工作模式：其中能量回馈模式是将电机的制动能量回馈到电网，有源滤波模式是通过向电网注入与负载谐波电流相位相反，幅值相同的补偿电流来减少电网电流中的谐波成分。两种工作模式均利用相同的直流滤波电容、逆变器模块和滤波电感器；微处理器模块通过控制直流侧开关组件的切换，灵活选择工作模式，系统利用率高。

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种三相并联型多功能变流器及其工作方法。

背景技术

变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流、滤波、逆变、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部功率开关器件的导通与关断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。

当变频器控制电机运行在电动状态时，电机拖动负载运转，将电能转化为负载的机械能。由于变频器的整流部分一般采用二极管不控整流装置，它是一个高谐波的发生源，变频器所产生的谐波对电力电网会产生严重的干扰,这种干扰对容量大的电力系统来讲影响并不是十分明显,但是对于容量小的系统,谐波产生的干扰就不可忽视。当变频器控制电机运行在制动状态时，电机处于再生发电状态，负载传动系统中所储存的机械能经过电机转换成电能，通过逆变器的续流反并联二极管回馈到变频器的直流母线，此时变频器的逆变模块处于整流状态，这些能量将导致直流母线电压的升高，影响系统的安全稳定运行。

目前变频器系统对再生制动能量的吸收利用的主要方式有能量消耗型，并联直流母线吸收型，能量回馈型，四象限变频器及能量储存型等，其中：(1)能量消耗型利用方式是在变频器直流回路中并联一个制动电阻，通过检测直流母线电压来控制一个功率管的通断。在直流母线电压上升至设定的电压准位时，功率管导通，将再生能量通入电阻，以热能的形式消耗掉，从而防止直流电压的上升。由于再生能量没能得到利用，因此属于能量消耗型。利用制动电阻的能量消耗型利用方式原理简单，但是存在能量浪费，效率低，电阻发热严重，增加散热成本。(2)并联直流母线吸收型利用方式适用于多电机传动系统，在该系统中，每台电机均需一台变频器，多台变频器共享一个网侧变流器，所有的逆变模块并接在一条公用直流母线上。该系统中，往往有一台或数台电机工作于制动状态，处于制动状态的电机被其它电动机拖动，产生再生能量，这些能量再通过并联直流母线被处于电动状态的电机所吸收。能量回馈型利用方式是通过独立于变频器系统的一个外部装置，该装置与变频器的直流母线并联，将电机再生制动的能量回馈到电网。对于整流环节采用二极管不控整流的变频器而言，该装置一方面可以保障变频器的安全稳定运行，另一方面可以达到节能降耗的目的，节省变频器系统的运行成本。(3)四象限变频器的整流桥采用IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor，IGBT)作为功率开关器件，采用PWM(Pulse Width Moduration)整流技术，能够实现能量的双向流动，达到最大限度节能的目的，它还可减少电网的谐波污染，调整电网的输入功率因子接近于1。但是它的控制方式较为复杂，成本较高，在对电网要求不高的应用场合不适用。(4)能量储存型利用方式是把电机制动的能量用储能装置暂时储存起来，当需要时使用。能量储存法可以高效收集并储存制动回收的能量，不用受电网电压电流稳定性的限制，消除使用制动电阻散热的能量消耗方式给环境造成的影响。储能单元可以是传统的储能装置，如铅酸、镍镉等储能电池；也可以是新型的储能装置，如超导储能，压缩空气储能，超级电容器储能，飞轮储能等。在电机制动频繁且制动功率较大的场合，若采用储能装置来吸收电机的再生制动能量，则要求储能装置具有很大的功率和容量，导致体积和成本增加。

发明内容

本发明提供了一种安全稳定、节能高效的三相并联型多功能变流器及其工作方法。