[发明专利]一种高电压功率变换装置

说明书

技术领域

本发明涉及功率变换，更具体地说，涉及一种高电压功率变换装置。

背景技术

在世界能源危机的大背景下，能节约大量能源的变频调速装置越来越受到 关注，尤其是占能源消耗较大比例的高电压等级的风机、泵类等负载，需要匹 配高电压等级的交直流功率变换装置来节能。

传统的高压功率变换装置大多采用级联方案，如图1所示，移相变压器2 的原边绕组1接电压输入，每个副边绕组和一个功率单元12～20相连，将这些 功率单元的输出串联起来产生一个三相的交流输出。如图2所示，每个功率单 元包括一个AC-DC整流器、一个直流滤波器、一个输出的单相DC-AC逆变 器，功率单元的作用是将移相变压器副边绕组提供的电压经过变换后输出，其 中AC-DC整流器是由二极管组成，直流滤波器由电容组成，DC-AC逆变器由 全控型器件组成。

这种多功率单元串联输出的方法具有谐波小、电压等级高等特点，但由于 功率单元中的AC-DC整流器是由二极管组成，输入功率因数很低，因此必须 采用移相变压器，这样就增加了系统的成本和体积。其次，功率变换装置只能 在电机的转速-转矩坐标系下二象限运行，即第一象限运行时电机转速和转矩 都为正，第三象限运行时电机转速和转矩都为负，此时能量从电源流向电机负 载，电机运行于电动状态。

当电机运行于发电机状态时，能量由电机流向功率变换装置，需要功率变 换装置能四象限运行，即除了第一象限和第三象限运行外，还需要运行于第二 象限和第四象限，第二象限运行即电机转速为负、转矩为正，第四象限运行即 电机转速为正、转矩为负。图1所示功率变换装置是没有办法将能量回馈到电 源的，只能通过其它装置进行泄放或回馈。

为了解决能量回馈的问题，有文献提出了一种高压功率变换装置进行改进 的方法，其特点在于：外加一套能量回馈装置200，可以是IGBT组成的PWM 整流电路，如图3所示，能量回馈装置200的直流输入端接到功率单元的直流 端，交流输出端接到功率单元的整流器输出端，这样能量回馈装置实际上是和 功率单元的整流器是并联在一起的。当功率变换装置所带的电机负载运行于电 动状态时，能量回馈装置200不工作，功率单元70中的整流器和传统级联方 案功率单元中整流器的功能一样，将变压器副边的交流输出转化为直流；当电 机负载运行于发电状态时，电机的能量反灌入功率单元70，使直流端电压即 电容76a、76b两端电压升高，此时能量回馈装置200开始工作，将电机灌入 的能量回馈到变压器，最终回馈到电源上，这样就达到了能量回馈的目的。但 是这种方案的缺点是在传统的功率单元70上都必须外加一个能量回馈装置 200，增加了功率单元的体积，增加了系统的成本和复杂程度。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述功率变换装置增加能 量回馈装置会增加功率单元的体积以及增加系统成本和复杂度的缺陷，提供一 种高电压功率变换装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种高电压功率变换装 置，包括至少一组的原边绕组连接到电源输入且激励出多组副边绕组的变压器 以及与多组副边绕组分别连接的多个功率单元，所述变压器的多组副边绕组分 别为多个功率单元提供相互独立的电源，其特征在于，所述功率单元的各相输 出串联起来构成所述高电压功率变换装置的各相输出，所述功率单元包括至少 一个二象限功率单元和至少一个四象限功率单元。

在本发明所述的高电压功率变换装置中，所述功率变换装置连接的电机运 行于电动状态时，能量从电源输入通过所述变压器和所有功率单元流向电机， 此时四象限功率单元用于谐波补偿和/或功率因数校正；所述电机运行于发电 状态时，能量能且仅能从四象限功率单元回馈到电源输入。

在本发明所述的高电压功率变换装置中，可以根据用户的需求，调整四象 限功率单元和二象限功率单元的数量，来满足能量回馈及谐波补偿和/或功率 因数校正的不同要求。