[發明專利]一種級聯型高壓變頻器

無效

• 申請號: 201210411239.9
• 申請日: 2012-10-25
• 公開（公告）號: CN102931854A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 彭勃;羅仁俊;曹洋;藍德邵;范偉;陳孟君;張志;李嘉;黃歡;肖偉;李黨盈;王龍;彭力;南永輝;黃迪;劉永豐
• 申請（專利權）人: 株洲變流技術國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458
• 代理公司: 上海碩力知識產權代理事務所 31251
• 代理人: 王法男

技術領域

本發明涉及一種高壓變頻器，特別是涉及一種多個電壓等級滿容量輸出的級聯型高壓變頻器。

背景技術

隨著電力電子器件的發展，高壓變頻器作為驅動各類型電機的電氣傳動設備，在國民經濟各領域得到了越來越廣泛的應用。在眾多拓撲結構的高壓變頻器中，采用H橋功率單元串聯的多電平高壓變頻器（級聯型高壓變頻器），由于可以較低耐壓器件實現高壓大容量輸出，對電網的諧波污染小，對電機輸出電壓的dv/dt小，成為目前高壓變頻器最主流和應用最廣的形式之一。

我國高壓電機的一般電壓等級為3kV、6kV和10kV。普通級聯型高壓變頻器輸出電壓降低時輸出容量也等比的減小。在需要驅動多種電壓等級電機的場合，受限于變頻器輸出容量，只能選擇多臺相應電壓等級的變頻器來實現，或通過增加次邊多繞組的輸出變壓器來實現，如此大大增加了設備的投資和場地使用面積。

目前在多電壓等級滿容量輸出的變頻器研究方面主要有以下兩篇文獻與本發明有關：

文獻一為榮信電力電子股份有限公司于2009年05月27日申請，并于2010年02月10日公開，公開號為CN101645646A的中國發明專利申請《一種可變電壓等級恒功率輸出的變流器實現方法》。該專利通過多個相同變頻功率單元的串聯和并聯相結合的多種變換形式，通過對開關的分合閘控制，實現A、B、C三相每相多個變頻功率單元組成的變流鏈的串聯和并聯，同時通過對各個變頻功率單元輸出的輸出的電流、電壓幅值、頻率等一致性進行控制，從而實現輸出電壓降低時輸出電流增加，達到恒功率輸出多個所需的電壓等級。即在一個變流器上實現可以變化的多電壓等級恒功率輸出。

文獻二為榮信電力電子股份有限公司于2009年05月27日申請，并于2010年02月24日公告，公告號為CN201414072A的中國實用新型專利《一種可變電壓等級恒功率輸出的變流器》。該專利涉及一種恒功率輸出多種電壓等級的變流器，通過多個相同變頻功率單元的串聯和并聯相結合的多種變換形式，通過對開關的分合閘控制，實現A、B、C三相每相多個變頻功率單元組成的變流鏈的串聯和并聯，同時通過對各個變頻功率單元輸出的電流、電壓幅值、頻率等一致性進行控制，從而實現輸出電壓降低時輸出電流增加，達到恒功率輸出多個所需的電壓等級。即在一個變流器上實現可以變化的多電壓等級恒功率輸出。

這些文獻通過多個相同變頻功率單元的串聯和并聯相結合的變換形式和對各個變頻功率單元輸出的電流、電壓峰值、頻率的一致性控制，實現恒功率輸出多種電壓等級。但是在上述文獻中，為實現多種電壓等級恒功率輸出，通過變流鏈路不斷對折來實現功率模塊的串、并聯組合，該拓撲結構開關數量較多，系統連線較復雜。同時，電路拓撲結構的并聯均流效果完全由系統本身一致性特性決定，由于變頻器功率模塊參數的差異或控制系統的固有特性問題，不同支路的輸出電壓不可能完全一致，并聯支路的電阻僅為導線電阻，其值很小，容易造成系統不同并聯支路之間產生環流，降低系統整體輸出容量。

發明內容

本發明的目的是提供一種級聯型高壓變頻器，該裝置將多個H橋功率單元串聯組成最小的變流鏈路單位，通過多檔位開關切換控制多個變流鏈路的串、并聯組合及星/三角變換，分別實現多種電壓等級變頻器的滿容量輸出。

為了實現上述發明目的，本發明具體提供了一種級聯型高壓變頻器的技術實現方案，一種級聯型高壓變頻器，包括：移相變壓器、變頻器和多檔位切換開關組合。變頻器與移相變壓器相連，多檔位切換開關組合與變頻器相連。變頻器的每相進一步包括兩個基礎變流鏈，基礎變流鏈包括H橋功率單元和均流電抗器。三相電壓輸入移相變壓器，經過移相變壓器降壓后為變頻器的H橋功率單元供電。H橋功率單元經過整流、濾波及逆變后輸出單相交流電壓，通過改變多檔位切換開關組合的開關狀態改變每個基礎變流鏈的串、并聯方式和輸出形式，實現了不同電壓等級額定容量的輸出。

作為本發明一種級聯型高壓變頻器技術方案的進一步改進，移相變壓器的一次繞組采用星型接法，移相變壓器的每個二次繞組均采用延邊三角型接法。

作為本發明一種級聯型高壓變頻器技術方案的進一步改進，基礎變流鏈包括五個H橋功率單元和一個電抗器，H橋功率單元和電抗器相互串聯。H橋功率單元采用單象限變流器或兩象限變流器或四象限變流器。

作為本發明一種級聯型高壓變頻器技術方案的進一步改進，H橋功率單元的數量由單個H橋功率單元的額定輸出電壓和級聯型高壓變頻器的最低輸出電壓等級決定。