[发明专利]一种能量回馈器主电路拓扑结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种能量回馈器(也称节能回馈器)主电路拓扑结构，用于将各种变频器的直流母线电压逆变为交流电流后回馈到电网。

背景技术

众所周知，变频器已广泛应用于生产、生活、交通、医疗卫生等各个领域，以驱动电动机运行。为节约成本，通用变频器通常采用图1所示的电压型交-直-交变频器。可以看出：该拓扑结构变频器的输入侧采用的是二极管整流器，它不能直接用于需要快速起、制动和频繁正反转的调速场合。因为当电动机减速制动时，电动机处于再生发电状态，频繁正反转的调速系统要求电动机能四象限运行。图1中的能量传输是不可逆的(只能从左到右，不能从右到左)，电动机产生的再生电能只能传输到直流侧的储能兼滤波的电容C₁、C₂上，形成泵升电压。过高的泵升电压将击穿IGBT等半导体功率器件和并联在直流母线上的电解电容C₁、C₂，从而使变频器损坏。

为避免再生发电时变频器主电路发生过电压，以往的做法是在直流回路中并联制动单元V₁₂，通过大功率电阻R₄将再生的能量以热的形式消耗掉。减速越快，再生的能量越大，消耗得也越多，能量浪费就越严重。不但如此，该消耗掉的热量还将造成功率电阻温度上升，容易带来故障隐患。

如果能够将该能量回馈至电网，不仅起到低碳经济和节能减排的作用，还可以满足快速制动和频繁正反转的运行要求，提高工作效率，并使半导体功率开关器件、电解电容免遭过电压击穿，从而提高变频器的安全性。这就是使用能量回馈器的利益所在。

传统能量回馈器的拓扑结构如图2下侧虚框内所示，电路结构的连接上是将通用变频器的直流母线P(+)端与能量回馈器的二极管D₁₃阳极相连接，将通用变频器的直流母线N(-)端与能量回馈器的N′相连接。

该能量回馈器在将能量回馈到电网时，回馈电流的总谐波失真THD相对很大，回馈电流波形质量差；特别是当回馈器功率容量较大时，回馈电流波形质量相当差，甚至发生回馈电流的过电流故障保护，从而无法正常工作。这种过电流故障并不是真正意义上的能量回馈器逆变电路内部的过电流引起的，而是变频器输入侧二极管整流桥和能量回馈器逆变电路间的环流所造成的。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的缺陷及原理分析，本发明的目的是提出一种新型的能量回馈器主电路拓扑结构，以提高能量回馈器输出电流波形的正弦度，减小总谐波失真THD；防止因变频器输入侧二极管整流桥和能量回馈器逆变电路间产生环流，引发过电流故障保护而无法正常工作。

本发明的上述目的，将通过以下技术方案得以实现：

一种能量回馈器主电路拓扑结构，包括能量回馈器及通用变频器，所述通用变频器输入侧的二极管整流桥与能量回馈器的逆变电路连成环路，其特征在于：所述能量回馈器接入通用变频器的环路中设有电感L_P和电感L_N，其中所述电感L_P的第一端(“*”端)与通用变频器的直流母线P(+)相连接，而电感L_P的第二端与二极管D₁₃的阳极相连接；所述电感L_N的第一端(“*”端)与通用变频器的直流母线N(-)相连接，而电感L_N的第二端与能量回馈器的直流母线N′相连。

进一步地，前述的一种能量回馈器主电路拓扑结构，其中该电感L_P和电感L_N为在铁芯上以一定形式的绕线结构，电感L_P所产生的磁通Φ_P和电感L_N所产生的磁通Φ_N相抵。

更进一步地，前述的一种能量回馈器主电路拓扑结构，其中该铁芯为E型结构、U型结构或环形结构，电感L_P和电感L_N可同向或反向绕制于铁芯之上，且电感L_P的第一端为电流输入端，电感L_N的第一端为电流输出端，两个第一端根据不同的铁芯形状结构及电感相对绕制方向同侧或相对偏设。