[發明專利]雙三電平移相型高壓大功率變頻器

無效

• 申請號: 200710051809.7
• 申請日: 2007-04-06
• 公開（公告）號: CN101071975A
• 公開（公告）日: 2007-11-14
• 發明（設計）人: 毛承雄;陸繼明;李國棟;王丹;婁慧波;劉海波
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02M1/00
• 分類號: H02M1/00;H02M5/451;H02P27/04
• 代理公司: 華中科技大學專利中心
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明屬于電氣傳動技術領域，具體涉及一種雙三電平移相型高壓大功率變頻器。

背景技術

隨著不可再生能源的日益減少，節能成為當今全球最為關注的課題之一，其中變頻節能技術，是被世人名譽為″節能之冠″的現代電力電子技術的重要組成部分。

我國電力系統規模大，火電廠眾多，用于驅動風機、水泵的廠用大容量中高壓電動機數量巨大，并且多采用擋板和閥門調節流量，電能浪費嚴重，另外，冶金、石油、化工、城市供水、煤炭、建材等行業的大量中高壓電動機也同樣存在著電能浪費的問題。電能既是最重要的能源，又是生長其他能源的必需品，節能關鍵在于節電。近年來，全球煤、油、電價持續上漲，這為節電產業迎來了巨大的發展空間，因此，大功率、中高壓變頻調速系統的市場應用前景非常廣闊，并且隨著電力電子工業、控制、計算機等的日益發展，大功率中高壓變頻器也正日益廣泛地應用于調速節能領域。

但是由于半導體開關器件耐壓水平的有限性，為了得到高壓電動機所需的高壓變頻器還比較困難。因此，為了獲得較高電壓等級的大功率變頻器，專家和學者提出了多種變頻器拓撲結構以滿足實際工業設備對耐壓的要求，其中目前比較通用的有器件直接串聯型兩電平變頻器、串聯多重化變頻器、三電平變頻器。然而上述結構也存在著不足之處。

在器件直接串聯型兩電平變頻器中，為了獲得較好的器件均壓效果，需要設置較大容量的阻容吸收回路，從而降低了變頻器裝置的效率，并且隨著串聯器件數的增加，器件間的均壓效果難以得到保證。而且，兩電平結構中，為了獲得較好的輸出波形，器件的開關頻率較高，這將進一步降低整個變頻器裝置的效率。在串聯多重化型變頻器中，整流用的裂相變壓器結構復雜，且該結構涉及的器件數較多，控制復雜。在三電平變頻器中，根據現有的器件耐壓水平，如果要滿足我國6kV電壓等級電動機的驅動要求，則需要兩只開關器件、吸收回路及靜態均壓電阻的串聯使用，這使得變頻器各環節的參數設計較為困難，且由于阻容吸收回路的存在使得整個變頻器效率下降；如果要滿足10kV電動機的驅動要求，則需要四只開關器件、吸收回路及靜態均壓電阻的串聯使用，這使得變頻器的設計更為復雜，且變頻器的均壓效果更加難以有效保證，且吸收回路及靜態均壓電阻損耗進一步加大。

綜上所述，如何選用合適的新型拓撲結構使得變頻器能夠在較少的器件串聯條件下或者無器件串聯、無阻容吸收方式下滿足實際工業運行需要以提高變頻器效率并同時滿足輸出諧波的要求非常重要。

發明內容

本發明的目的在于提出一種雙三電平移相型高壓大功率變頻器，該變頻器根據功率器件現有的耐壓水平，使得在無器件串聯及相應的阻容吸收或者較少器件串聯條件下，實現變頻器高壓輸入及輸出，并有效地限制輸入、輸出諧波，同時使變頻器負載對地耐壓水平降低一半。

本發明提供的雙三電平移相型高壓大功率變頻器，其特征在于：它包括整流單元、直流單元、第一三電平逆變單元、第二三電平逆變單元、第一LC三相濾波單元和第二LC三相濾波單元；其中，整流單元的正、負母線排分別與直流單元的正、負端相聯接；第一三電平逆變單元與第二三電平逆變單元并聯，第一、第二三電平逆變單元的正母線、負母線及中性點分別與直流單元的二組正母線、負母線及中性點對應聯接；第一、第二三電平逆變單元的三相輸出端分別與第一、第二LC三相濾波單元的三相濾波輸入端對應聯接，第一、第二LC三相濾波單元的三相輸出端分別與電動機的二組三相繞組抽頭對應聯接。

本發明中的直流單元作用是為三電平逆變單元提供穩定的直流電壓、調節三電平逆變單元開關過程中流過開關器件的di/dt值及限制開關過程中正負直流母線尖峰過電壓。本發明中的兩組并聯的三電平逆變單元均通過各自的LC三相輸出濾波器輸出三相交流電壓，并分別聯接在電動機三相繞組的兩端(也可以是其它三相能獨立接線的負載)，LC三相輸出濾波器的設置有效地降低了變頻器加在電動機繞組上的電壓應力，限制了電動機輸入電壓的諧波含量。通過調整兩組并聯的三電平逆變單元脈沖寬度調制(PWM)參考波的相位角，在不增加開關損耗的前提下使得等效開關頻率上升了一倍，從而能夠進一步降低變頻器的輸出諧波；通過調整PWM參考波的相位角，保證了變頻器三相額定輸出電壓。本發明有助于6kV及以上高壓變頻器的發展。

附圖說明

圖1是雙三電平移相型高壓大功率變頻器拓撲結構方框圖。

圖2是整流單元的一種具體實施方式的結構示意圖；

圖3是直流單元的一種具體實施方式的結構示意圖；

圖4是三電平逆變單元的一種具體實施方式的結構示意圖；