一种变频器的制作方法

本实用新型涉及电力设备设施领域，特别是涉及一种高压变频器。

背景技术：

变频器(Variable-frequency Drive，VFD)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(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、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IGBT的开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，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。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。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种高效率的变频器。

本实用新型通过以下技术方案实现上述目的：

一种变频器，其特征在于：包括至少一个具有指定的输出电压幅度和输出电压频率的变频器输出电压，整流器、DC/DC转换器、时钟逆变器、制动斩波电阻器；

所述DC/DC转换器包括电容器、可控开关、二极管、线圈；用于将经由整流器整流的输入电压幅度转换成指定的输出电压幅度；

所述时钟逆变器包括多个可控开关、二极管和模块时钟；DC/DC转换器输出电压被施加到时钟逆变器，所述DC/DC转换器输出电压用于驱动时钟逆变器的可控开关，所述可控开关的开关频率对应于变频器输出电压频率，使得从所述DC/DC转换器的输出电压具有至少一个指定的电压输出频率；

所述DC/DC转换器的输出电压幅度对应于变频器输出电压幅度；

优选的，所述时钟逆变器的可控开关为单极断路器。

优选的，所述时钟逆变器的可控开关至少两个并联连接。

优选的，所述DC/DC转换器的可控开关为单极断路器。

优选的，所述单极断路器为MOSFET或IGBT。

优选的，所述DC/DC转换器为降压转换器。

变频器用于产生驱动电机的驱动电压或变频器输出电压，变频器输出电压可以为电机的相电压。变频器的输出电压频率可以通过改变合成磁场的旋转频率从而该表电动机的旋转速度，变频器的输出电压幅度可以确定点击的转矩。由于本申请并不涉及电机的改进，因此有关于电机可参考相关的技术文献。

本变频器的DC/DC转换器为具有时钟控制功能的DC/DC转换器，所述DC/DC转换器用于将输入直流电压的电压幅度变为指定的输出电压幅度，输入电压幅度可以与DC/DC转换器的输出电压幅度不同。DC/DC转换器被设计成根据可指定的规定或期望的变频器输出电压幅度来产生DC/DC转换器输出电压幅度。DC/DC转换器可以以这样的方式生成DC/DC转换器输出电压幅度，使得其分别对应于指定的的变频器输出电压幅度或等于指定的变频器输出电压幅度。

本变频器还具有带有多个可控开关装置的时钟逆变器，可以是桥式电路(例如三相晶体管桥)的组件。时钟逆变器接受于来自DC/DC转换器的输出电压，并由DC/DC转换器的输出电压驱动时钟逆变器，时钟逆变器的开关频率对应于变频器输出电压频率，即逆变器开关频率和变频器输出电压频率相同，换句话说，即时钟逆变器独立地根据基本时钟(fundamental clocking)或模块时钟(block clocking)工作。

DC/DC转换器根据指定的变频器输出电压幅度以及预控制信号或调制信号输出DC/DC转换器输出电压幅度。变频器或变频器的控制单元例如能够控制变频器的运行并且为所有待激活的部件产生相关的驱动信号，也可以被设计用于产生预控制信号或调制信号。需要说明的是，所述信号的产生是以转矩波动最小化的方式产生。

预控制或调制信号可以是正弦或整流正弦信号，为变频器输出电压频率的倍数，例如三倍到六倍的频率。预控制或调制信号的幅度可取决于变频器输出电压幅度和/或变频器输出电压频率。预控制或调制信号的幅度和/或频率也可根据下述相关变量产生：

电机电压；

电机电流；

电动机的转子标称/实际角位置；

对应于输出电压的电压相量的标称/实际角位置，

电流矢量的标称/实际角位置；

以及上述变量的任意组合。

自然地，变频器可以包括适于检测上述变量的传感器。

当DC/DC转换器根据指定的变频器输出电压幅度以及预控制信号或调制信号输出DC/DC转换器输出电压幅度，在这种情况下DC/DC转换器输出电压幅度对应于指定的变频器输出电压振幅和预控制或调制信号的和或差。

通过预控制或调制信号，可以通过预先控制直流斩波器来分别减小或消除由于在低转速下的基本时钟或模块时钟而引起的增加的转矩波动。

变频器可精确地产生三个变频器输出电压，然后例如形成三相电动机的相电压，以便致动三相交流电动机。

时钟逆变器的可控开关和/或DC/DC转换器的一个或多个可控开关可以是单极断路器，例如MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管，(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,)。

根据本实用新型，DC/DC转换器或直流斩波器用于实现变频器输出电压或变频器输出电压的电压位置和频率位置的去耦合。由于较低的逆变器开关频率(基本时钟或模块时钟)，可以使用单极断路器(MOSFET)。由于并联连接可控开关，可以降低功率损耗，使得有效的降低成本和减少冷却所需的结构。通过使用并联连接的单极断路器，在DC/DC转换器和时钟逆变器中，使用表面贴装器件(SMD)功率半导体代替大体积散热器即可提供在几kW范围内的输出功率。

此外，除了MOSFET之外，还可以使用IGBT(绝缘栅双极型晶体管，Insulated Gate Bipolar Transistor)。也可以考虑MOSFET和IGBT的结合。

附图说明

图1为本实用新型的具体实施例1的电路图；

图2为本实用新型的具体实施例2的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，变频器1具有用于从三相交流电源电压产生输入直流电压UE的整流器6，整流器6后面是降压转换器形式的DC/DC转换器3，DC/DC转换器3可被替换为时钟控制式DC斩波器；DC/DC转换器3用于将输入直流电压UE产生DC/DC转换器3输出电压UA。电容器15具有与输入直流电压UE相比较低的电压幅度。

DC/DC转换器3具有串联连接在输入直流电压UE之间的两个电容器7和8。

MOSFET形式的可控开关9和线圈13串联连接，连接在输入直流电压UE的正电位的电容器7的连接端子与DC/DC转换器3输出电压UA的正电位的DC/DC转换器3的输出连接端子之间。

MOSFET形式的可控开关10和线圈14串联连接，连接在输入直流电压UE的负电位的电容器8的连接端子与DC/DC转换器3输出电压UA的负电位的DC/DC转换器3的另一个输出连接端子之间。

二极管11和12串联连接在MOSFET形式的可控开关9和线圈13的连接节点与MOSFET形式的可控开关10和线圈14的连接节点之间，二极管11和12的阳极彼此电连接。

DC/DC转换器3之后是时钟逆变器4，具有形成三个半桥的MOSFET形式的多个可控开关5。需要特别说明的是，可以并联连接多个MOSFET，以便减少传导损耗。

二极管16在DC/DC转换器3输出电压UA之间与另一个非半桥形式的可控开关5串联连接，用于控制制动斩波电阻器17。制动斩波电阻器17包括制动斩波器和制动电阻两部分。与制动斩波电阻器17的相关联的可控开关5根据DC/DC转换器3输出电压UA的幅度来控制制动斩波电阻器17的。此外可以设置滞环控制器，其在上限幅度过大时接通并且当下限幅度过低时再次关断。

所有可控开关5,可控开关9和可控开关10由未示出的控制单元控制，该控制单元控制变频器1的操作，控制单元为微处理器或数字信号处理器。

图2作为本实用新型的另一实施例，在于电容器15由两个串联连接的电容器15a和15b代替，电容器15a和15b的连接节点电耦合到二极管11和12的阳极。

根据本实用新型的实施例基本上偏离常规变频器的拓扑结构。现有技术中，通过脉冲宽度调制(PWM)和在4至16kHz范围内的逆变器开关频率，从而根据电动机的要求提供输出电压幅度和频率。由于时钟控制的变频器输出电压，在大多数情况下由于电磁干扰的原因，需要屏蔽电机线或附加的正弦滤波器。功率半导体开关通常作为IGBT集成为功率模块中的IGBT，其中热量被集中并且经由铝散热器输送至水冷系统或风冷系统中。由于IGBT桥必须在kHz范围内计时，因此它必须具有良好的换向特性，并且需要在功率半导体的开关和导电特性方面进行折中选择。原则上，开关和导电损耗不能通过该变换器拓扑结构彼此独立地优化。

本实用新型原则上实现了该目的，并且因此提供了全新的拓扑结构和减少热量散发。

根据本实用新型，在中间电压电路和时钟反相器4之间插入DC/DC转换器3。通过这种方式，时钟反相器4可以控制在0Hz至1kHz之间的频率范围内振荡。由于可控开关5的较低的的逆变器开关频率，可以优化通态损耗，从而减轻开关损耗。

通过在DC/DC转换器3和在时钟反相器4部分中使用并联连接的单极断路器，可以因此减小损耗，使得使用表面贴装器件(SMD)功率半导体的情况下，在几千瓦的范围内的输出功率是可能的，而无需没有大型散热器。.

在低转速下由于基本时钟而增加的转矩波动的缺点可以通过预先控制DC/DC转换器3来解决。

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。