[发明专利]一种高性能四象限变频器

权利要求书

1.一种高性能四象限变频器，其特征在于，包括：

依次连接的主接触器（2）、预充电电阻（3）、三相电抗器（5）、可控整流器（6）、逆变器（8），该逆变器（8）和永磁同步直线电机（9）连接，在所述预充电电阻的两端并联有辅接触器（4），及可控整流器(6)与逆变器（8）之间设有电解电容(7)，通过主接触器（2）与三相交流电源（1）连接；

具有电网电压检测（10）、输入电流检测（11）、直流母线电压检测（12）、直流电流检测（13）的输出端均与控制系统(14)中的采样模块(15)相连，控制系统(14)的整流触发脉冲（16）和逆变触发脉冲（17）均通过光纤或双绞线分别与所对应的全控型功率器件的控制端连接；

由可控整流器和逆变器组成统一协调的控制系统，整个控制系统根据永磁同步直线电机负载的运行特性具有间歇性运行规律，可控整流器利用逆变器侧的功率前馈提高直流母线电压的控制性能，同时可控整流器利用逆变器侧电机的运行规律（22），实现可控整流器和逆变器停止运行期间不消耗电能的间歇性运行。

2.根据权利要求1所述的一种高性能四象限变频器，其特征在于，用于驱动永磁同步直线电机的功率电路中的可控整流器（6）和逆变器（8）在拓扑结构上完全相同，形成“背靠背”的拓扑结构；可控整流器（6）和逆变器（8）中均采用全控型可关断功率器件，功率器件为绝缘栅极晶体管IGBT，每个绝缘栅极晶体管IGBT 自带续流二极管，在可控整流器中，第一个功率器件S1与第二个功率器件S4之间为电源A相输入端，第三个功率器件S3与第四个功率器件S6之间为电源B相输入端，第五个功率器件S5与第六个功率器件S2之间为电源C相输入端，在逆变器中，第一个功率器件G1与第二个功率器件G4之间为逆变器U相输出端，第三个功率器件G3与第四个功率器件G6之间为逆变器V相输出端，第五个功率器件G5与第六个功率器件G2之间为逆变器W相输出端。

3.根据权利要求1所述的一种高性能四象限变频器，其特征在于，用于驱动永磁同步直线电机的电压电流检测装置包括：电网电压检测(10)放在主接触器（2）的二次侧或一次侧，输入电流检测(11)串联在电抗器(5)的输入线路中，直流母线电压检测(12)并联在电解电容(7)两端，直流电流检测（13）串联在可控整流器（3）的正极输出线路中。

4.根据权利要求1所述的一种高性能四象限变频器的控制方法，其特征在于，整流器和逆变器组成统一协调的控制系统，根据电机的运行特性具有间歇性运行规律，该控制系统中包括整流器的直流母线电压控制环节（18），有功电流和无功电流控制环节（19），功率前馈环节（20），整流器和逆变器的联合控制环节(21)，给定间歇运行规律环节(22)；其中直流母线电压控制环节将母线电压给定值与反馈值做差送入PI调节器G1(s)，调节器输出有功电流给定值，加上功率前馈环节的计算值得到整流器的最终有功电流给定值，然后将整流器实际输入电流的有功分量和无功分量分别与有功电流给定值和无功电流给定值进行比较，其差值分别送入PI调节器G2(s)得到整流器的参考电压给定值，再利用网侧电压前馈得到最终的调制波电压给定值，最后将其送入PWM脉冲发生器控制整流器按指令可靠运行；根据永磁同步直线电机负载的特殊工作特性，提前设定好电机的不同间歇运行规律(22)和给定运行频率，逆变器控制算法根据这些设定值生成控制指令，然后PWM脉冲发生器根据控制指令产生需要的触发脉冲（17），驱动逆变器侧的功率开关器件动作，控制永磁同步直线电机的周期往复动作。

5.根据权利要求4所述的一种高性能四象限变频器的控制方法，其特征在于，整流器和逆变器的联合运行控制包括，整流器利用逆变侧的功率前馈提高直流母线电压的控制性能，整流器的PWM脉冲发生环节受逆变器的间歇运行规律控制，同时整流器的有功电流给定值其中一部分是由逆变器的功率前馈得到。