[發(fā)明專利]無網(wǎng)側(cè)電抗器的具有能量回饋功能的高壓變頻器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710179556.1
• 申請日: 2007-12-14
• 公開（公告）號: CN101267163A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬永健
• 申請（專利權(quán)）人: 北京利德華福電氣技術(shù)有限公司
• 主分類號: H02M5/44
• 分類號: H02M5/44;H02M5/458;H02M5/10
• 代理公司: 北京北新智誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 趙郁軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有能量回饋功能的高壓變頻器，具體地說，本發(fā)明涉及一種不需要額外增加網(wǎng)側(cè)電抗器(即無網(wǎng)側(cè)電抗器)的具有能量回饋功能的功率單元串聯(lián)多電平型高壓變頻器，其工作電壓范圍為1KV至35KV。

背景技術(shù)

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，高壓變頻器作為節(jié)能降耗的主要手段，在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，如冶金、石化、供水、電力等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，并發(fā)揮著越來越重要的作用。

在諸多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的高壓變頻器中，圖1所示的功率單元串聯(lián)多電平型高壓變頻器，由于電壓輸出能力強(qiáng)，對電網(wǎng)的諧波污染小，對電機(jī)輸出電壓的dv/dt小，成為高壓變頻器的最主流和最優(yōu)的形式之一。

在高壓變頻器的實(shí)際應(yīng)用中，對于需要電氣制動的負(fù)載，如大慣量風(fēng)機(jī)、礦井提升機(jī)、軋鋼機(jī)等，在被控電機(jī)制動時(shí)需要將其制動能量從負(fù)載側(cè)反饋至電網(wǎng)側(cè)，因此需要高壓變頻器具有能量回饋功能。

為了使功率單元串聯(lián)多電平型高壓變頻器具有能量回饋功能，首先，構(gòu)成高壓變頻器的每個(gè)功率單元1的整流橋部分2必須是由可精確控制的可控開關(guān)器件(如IGBT)構(gòu)成，如圖2B所示；而不能是由不可控的開關(guān)器件(如二極管)構(gòu)成，如圖2A所示。其次，每個(gè)功率單元的控制芯片必須要能夠精確地檢測其網(wǎng)側(cè)電壓的相位，控制其網(wǎng)側(cè)電流。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，如圖3所示，通常在每個(gè)功率單元1的網(wǎng)側(cè)與三相多副邊繞組變壓器3的副邊繞組之間增設(shè)一個(gè)三相低壓網(wǎng)側(cè)電抗器4。

在每個(gè)功率單元1的網(wǎng)側(cè)與三相多副邊繞組變壓器3的副邊繞組之間增設(shè)三相低壓網(wǎng)側(cè)電抗器4還可以將高壓變頻器的網(wǎng)側(cè)電壓與功率單元1可控整流橋部分的輸出電壓有效地隔離，使每個(gè)功率單元的網(wǎng)側(cè)電感值相同且已知，提高各個(gè)功率單元控制程序的一致性，降低其網(wǎng)側(cè)電流的差別。

為了抑制功率單元串聯(lián)多電平型高壓變頻器能量回饋時(shí)網(wǎng)側(cè)電流的脈動值，有時(shí)需要將這些低壓網(wǎng)側(cè)電抗器電感量的取值增大。低壓網(wǎng)側(cè)電抗器電感量越大，功率單元整流橋部分輸出的電壓與電網(wǎng)電壓之間形成的電壓差造成的電流的高頻脈動量就越小，系統(tǒng)損耗就越小。為了抑制功率單元串聯(lián)多電平型高壓變頻器能量回饋時(shí)網(wǎng)側(cè)電流的脈動值，如圖3所示，還可以在三相多副邊繞組變壓器3的原邊與三相電網(wǎng)之間另外增設(shè)一個(gè)三相高壓網(wǎng)側(cè)電抗器5。

在高壓變頻器內(nèi)安裝如此多的低壓網(wǎng)側(cè)電抗器和高壓網(wǎng)側(cè)電抗器將顯著地增加變頻器的體積、重量和成本。

發(fā)明內(nèi)容

為了顯著地降低具有能量回饋功能的高壓變頻器的體積、重量和制造成本，本發(fā)明的目的是提供一種無網(wǎng)側(cè)電抗器的具有能量回饋功能的功率單元串聯(lián)多電平型高壓變頻器。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的設(shè)計(jì)方案：一種無網(wǎng)側(cè)電抗器的具有能量回饋功能的高壓變頻器，其特征在于：它由三相多副邊繞組變壓器、若干個(gè)功率單元、主控制系統(tǒng)構(gòu)成；

三相多副邊繞組變壓器的原邊直接與三相電網(wǎng)的電壓輸出端相連；三相多副邊繞組變壓器副邊的每一個(gè)繞組與一個(gè)功率單元直接相連；同相的功率單元串聯(lián)；

主控制系統(tǒng)的信號輸入端通過導(dǎo)線與三相電網(wǎng)的電壓輸出端相連，由主控制系統(tǒng)對變頻器高壓輸入側(cè)電網(wǎng)電壓統(tǒng)一進(jìn)行檢測；主控制系統(tǒng)的控制信號輸出端通過光纖分別與每個(gè)功率單元控制芯片的控制信號輸入端相連，將包含電網(wǎng)電壓相位信息的信號通過光纖傳輸給每個(gè)功率單元的控制芯片。

本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)是：取消了傳統(tǒng)的具有能量回饋功能的功率單元串聯(lián)多電平型高壓變頻器中的若干個(gè)低壓網(wǎng)側(cè)電抗器和高壓網(wǎng)側(cè)電抗器。

由于本發(fā)明取消了網(wǎng)側(cè)電抗器，所以，顯著地降低了變頻器的成本、體積和重量。

附圖說明

圖1為功率單元串聯(lián)多電平型高壓變頻器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖2A為不可控功率單元的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖2B為可控功率單元的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖3為裝有網(wǎng)側(cè)電抗器的具有能量回饋功能的功率單元串聯(lián)多電平型高壓變頻器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

圖4為本發(fā)明無網(wǎng)側(cè)電抗器的具有能量回饋功能的高壓變頻器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明主控制系統(tǒng)采用軟件鎖相環(huán)鎖相電網(wǎng)電壓相位的原理框圖；

圖6為本發(fā)明主控制系統(tǒng)采用的軟件鎖相環(huán)算法框圖；

圖7為本發(fā)明主控制系統(tǒng)采用軟件鎖相環(huán)鎖相功率單元解碼光纖信號的原理框圖；

圖8為本發(fā)明采用硬件鎖相環(huán)鎖相電網(wǎng)電壓相位的原理框圖；

圖9為本發(fā)明變壓器原邊繞組分段繞制的截面示意圖；

圖10為本發(fā)明變壓器副邊繞組端部留空的截面示意圖。

具體實(shí)施方式