[发明专利]单相分压多电平单元串联高压变频器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于高压电源频率变换的高压变频器，属于高压大功率电力电子应用领域。

背景技术

据国家《电动机调速技术产业化途径与对策的研究》报告中，中国发电量总量的66％消耗在电动机上，而中国目前电动机总装机容量已超过40万兆瓦，高压电机约占一半。高压电动机由于设计余量、工况要求、负荷变化等因素，很多高压电动机存在着大马拉小车的现象，浪费了大量的电能，因此利用高压变频器进行调速节能已经是国家工业发展的方向。

高压变频器属于高技术、高复杂、高难度的电力电子产品，在国内成熟应用的高压变频器都是多电平单元串联结构，每个功率单元都是三相变单相的小型变频器，其结构复杂，体积庞大。目前，对于多电压单元串联电压源型原理的高压变频器中，对其拓朴结构都是从用三相变单相的功率单元组合而成，没有用单相换流功率单元所组合而成的多电平单元串联电压源型原理的高压变频器。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种能实现大容量、小体积的单相分压多电平单元串联高压变频器，其所采取的技术方案为：

该变频器包括单向分压输入隔离变压器、单向换流功率单元和集中控制单元，单向分压输入隔离变压器的输入侧接入三相高压电源，其输出侧连接单向换流功率单元，单向换流功率单元通过光纤连接集中控制单元，单向分压输入隔离变压器将三相高压电源变换为单相输入电源，单向换流功率单元在集中控制单元的控制下把单相输入电源进行逆变，输出频率可调的三相高压输出电压。

单向分压输入隔离变压器采用三相心式铁芯变压器结构，输入侧为星形三相高压绕组，输出侧为多个相同且相互隔离的单相绕组，每个单相绕组连接与其相对应的单向换流功率单元，每个单向换流功率单元按单元串联结构连接后接入用户端。

单向换流功率单元包括整流桥、扼流环、电容阵列、主控板、IGBT模块和旁路接触器，单向分压输入隔离变压器的单相绕组连接整流桥，经整流桥输出的直流电压通过扼流环平波后，输入至电容阵列，主控板控制IGBT模块输出相控制输出波形的电压，由主控板控制的旁路接触器与扼流环并联。

集中控制单元包括光纤端口、中央控制板、信号接口板、相控制输出板、电源板和总线板，电源板通过总线板对光纤端口、中央控制板、信号接口板和相控制输出板进行供电，中央控制板、信号接口板和相控制输出板间的信号通过总线板传输。

该变频器将三相输入高压电源转化为多个单相输入电源，采用标准单相换流功率单元进行逆变为单相相控制输出波，多个单相相控制输出波输出叠加为三相正弦高压输出电压，能够实现小体积、大容量的高压变频器结构。

本发明所具有的优点为：该变频器采用独创的三相心式铁芯输入变压器结构；利用单相变流功率单元组成多电平单元串联电压源型高压变频器的拓朴结构形式；单相变流功率单元为单相工频电压输出和单相相控制输出波电压输出；在多电平单元串联电压源型的高压变频器拓朴原理制作的高压变频器中，具有容量大、体积小、结构简单的优点。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2是本发明中单相分压输入隔离变压器绕组的分置图；

图3是本发明中单相换流功率单元的电路原理图；

图4是本发明中集中控制单元的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做详细描述：

如图1所示，单向分压输入隔离变压器1的输入侧接入三相高压电源，其输出侧连接单向换流功率单元2，单向换流功率单元2通过光纤4连接集中控制单元3，单向换流功率单元2按单元串联结构连接后接入用户端(高压电动机)。

如图2所示，单相分压输入隔离变压器1采用三相心式铁芯变压器结构，输入高压侧为星形三相高压绕组，该高压绕组位于靠近芯柱的内侧，输出低压侧为电压、功率均相同且相互完全隔离的单相绕组，在A相芯柱上是a1，a2，a3，a4，a5，a6六个单相绕组，在B相芯柱上是b1，b2，b3，b4，b5，b6六个单相绕组，在C相芯柱上是c1，c2，c3，c4，c5，c6六个单相绕组。a1，a2，a3，a4，a5，a6六个单相绕组接到如图1所示的A1，A2，A3，A4，A5，A6这六个标准单相换流功率单元，b1，b2，b3，b4，b5，b6六个单相绕组接到B1，B2，B3，B4，B5，B6这六个标准单相换流功率单元，c1，c2，c3，c4，c5，c6六个单相绕组接到C1，C2，C3，C4，C5，C6这六个标准单相换流功率单元。