本发明涉及一种四象限高压变频器拓扑结构， 特别是一种无变压器的四象限高压变频器 拓扑结构。 背景技术

随着电气传动技术的发展，尤其是变频调速技 术的发展，作为大容量传动的高压变频调 速技术也得到了广泛的应用。 高压变频器以其高效节能、 高功率因数及高可靠性等特点， 结 束了传统方法造成的能源和人力浪费， 延长了电机、 风机、 水泵等使用寿命， 改善了生产工 艺， 提高了生产效率， 在钢铁、 石油、 煤炭、 自来水、 电力等行业得到广泛应用。

目前， 高压变频器的市场迅速发展， 竞争更是十分激烈。 在同等条件下， 成本低、 体积 小高压变频器无疑将拥有绝对的市场竞争力优 势， 给企业带来巨大的利益。

目前的高压变频器， 整体都是由控制柜、 变压器柜、 功率柜组成。

其中， 变压器柜在整个高压变频器系统里， 占据了很大比重的成本及体积， 并且容量越 大的高压变频器， 其对变压器的容量要求也越高， 这样使高压变频器的成本也直线上升。 发明内容

本发明的目的是提供一种无变压器的四象限高 压变频器拓扑结构， 该拓扑结构使四象限 高压变频器无需变压器即可实现变频调速及四 象限运行电机的目的，大大减少了高压变频器 的体积， 降低了成本。

为实现上述目的， 本发明通过以下技术方案实现：

一种无变压器的四象限高压变频器拓扑结构， 包括高压充电电路、 电感、 整流电路、 逆 变电路， 高压电网直接经过高压充电电路、 耦合或非耦合电感后进入高压变频器整流电路 ， 整流电路是由多个整流单元组成的可控整流系 统， 经整流后的直流电压为逆变电路供电， 逆 变输出端接入耦合或非耦合电感； 所述的整流电路及逆变电路由功率单元串联组 成。

所述的整流电路、 逆变电路的功率单元为两个 IGBT开关器件组成的半桥结构。

所述的整流电路、 逆变电路的功率单元为四个 IGBT开关器件组成的 H桥结构。

所述的整流电路与逆变电路采用的功率单元结 构相同， 可相互替代。

整流电路与逆变电路均为三相， 每相由偶数 n个功率单元串联而成， 分为上下两组， 每 组的功率单元个数为 n/2个， 整流电路每相的输入端为两组单元的中点处， 且输入端与每组 单元之间以耦合或非耦合电感连接； 逆变电路每相的输出端为两组单元的中点处， 且输出端 与每组单元之间也以耦合或非耦合电感连接。

与现有技术相比， 本发明的新颖性和创造性体现在： 1 ) 高压变频器没有变压器， 省去了变压器柜， 高压变频器的成本至少减小一半；

2) 高压变频器没有变压器， 省去了变压器柜， 高压变频器的体积至少减小一半， 在现 场的占地面积也因此至少减小一半；

3 ) 高压变频器没有变压器， 省去了变压器柜， 高压变频器的重量至少减小一半， 运输 成本也相应减小；

4) 高压变频器没有变压器， 省去了变压器柜， 高压变频器的结构相比简单很多， 生产 周期至少减小一半， 也有利于现场的安装、 调试和维护；

5 ) 高压变频器没有变压器， 省去了变压器柜， 省去了在变压器的能耗， 也无需考虑高 压变频器在变压器上的温升效应；

6) 高压变频器没有变压器， 省去了变压器柜， 高压变频器具有绝对的市场竞争力优势。 本发明所涉及的一种无变压器的四象限高压变 频器拓扑， 使四象限高压变频器无需变压 器即可实现高压变频调速以及将能量回馈到电 网， 达到四象限运行电机的目的。使用此种拓 扑结构的四象限高压变频器能大大减少高压变 频器的整体体积和成本，具有绝对的市场竞争 力优势。 附图说明

图 1是半桥式功率单元组成的无变压器的四象限� �压变频器拓扑结构图；

图 2是 H桥式功率单元组成的无变压器的四象限高压� �频器拓扑结构图;

图 3是半桥式功率单元内电流流向图；

图 4是 H桥式功率单元内电流流向图。 具体实施方式

见图 1、图 2，一种无变压器的四象限高压变频器拓扑结� �，包括高压充电电路、 电感 L、 整流电路、 逆变电路， 高压电网直接经过高压充电电路、 耦合或非耦合电感 L1后进入高压 变频器整流电路， 整流电路是由多个整流单元组成的可控整流系 统， 经整流后的直流电压为 逆变电路供电， 逆变输出端接入耦合或非耦合电感 L2; 所述的整流电路及逆变电路由功率 单元串联组成， 高压充电电路由充电电阻 R与开关 KM并联组成。

整流电路与逆变电路采用的功率单元相同， 可相互替代； 所述的功率单元为半桥或 H桥 可控结构。 图 1的功率单元为半桥结构， 图 2的功率单元为 H桥结构。

整流电路与逆变电路均为三相， 每相由偶数 n个功率单元串联而成， 分为上下两组， 每 组的功率单元个数为 n/2个， 整流电路每相的输入端为两组单元的中点处， 且输入端与每组 单元之间以耦合或非耦合电感 L1连接； 逆变电路每相的输出端为两组单元的中点处， 且输 出端与每组单元之间也以耦合或非耦合电感 L2连接。

见图 3-1， 电流经 IGBT2从 A流向 B， 采用半桥式逆变电路的功率单元输出电平 "0"。 见图 3-2， 电流经续流二极管 D2从 B流向 A，采用半桥式逆变电路的功率单元输出电平 "0"。

见图 3-3， 电流经续流二极管 Dl， 再通过直流侧电容 C， 从 A流向 B， 采用半桥式逆变 电路的功率单元输出电平 " 1 "。

见图 3-4， 电流经 IGBT1 , 再通过直流侧电容 C， 从 B流向 A， 采用半桥式逆变电路的 功率单元输出电平 " 1 "。

见图 4-1， 电流经 IGBT2、 直流侧电容 C、 IGBT3, 从 B流向 A， 或电流经续流二极管 D3、 直流侧电容 C、 续流二极管 D2， 从 A流向 B， 此时采用 H桥式逆变电路的功率单元输 出电平 " 1 "。

见图 4-2，电流经续流二极管 Dl、 IGBT3,从 B流向 A，或电流经续流二极管 D3、 IGBT1 , 从 A流向 B， 此时采用 H桥式逆变电路的功率单元输出电平 "0"。

见图 4-3， 电流经 IGBT2、 续流二极管 D4， 从 B流向 A， 或电流经 IGBT4、 续流二极管 D2， 从 A流向 B， 此时采用 H桥式逆变电路的功率单元输出电平 "0"。

见图 4-4， 电流经续流二极管 Dl、 直流侧电容 C、 续流二极管 D4， 从 B流向 A， 或电 流经 IGBT4、直流侧电容 C、 IGBT1 , 从 A流向 B， 此时采用 H桥式逆变电路的功率单元输 出电平 "-1 "。

高压电网直接经过高压充电电路和耦合或非耦 合电感进入高压变频器整流电路； 由多个 功率单元组成一个三相可控整流系统， 恒定每个功率单元的电容电压； 高压变频器输出端接 入耦合电感或非耦合电感， 使输出波形更加稳定平滑； 每个功率单元逆变电路， 采用半桥式 或 H桥式均可满足 PWM波形生成的需求；整流电路和逆变电路所采 用的功率单元结构完全 一致， 可相互调用。