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一種直接串聯三相矩陣式中高壓變頻器的制造方法

文檔序號:7382995閱讀:144來源:國知局
一種直接串聯三相矩陣式中高壓變頻器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種直接串聯三相矩陣式中高壓變頻器,降壓變壓器T1有n個副邊,并且副繞組相位相同,無相位差;三相—三相矩陣陣列A1-An由n個三相—三相矩陣變換器單元組成1列n行的陣列,陣列中每一行與降壓變壓器的每組副邊對應連接,每一個三相—三相矩陣的每相輸出均經過RC濾波和電阻R平衡,然后直接串聯在一起,從而形成交流三相輸出??刂破髫撠熆刂普{節(jié)整個系統(tǒng)的工作。本發(fā)明可以由低壓小功率的三相—三相矩陣變換器或是高壓IGBT組成的三相—三相矩陣變換器經過RC濾波和平衡電阻網絡R11-R1n,R21-R2n,R31-R3n直接串聯得到幅值、頻率可調的高壓電源,實現輸出電壓和輸入電流均為正弦波,輸入功率因數接近1,且能量可雙向流動,具備四象限運行能力等優(yōu)點,適用于中、高壓交流電動機傳動領域。
【專利說明】一種直接串聯三相矩陣式中高壓變頻器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種變頻器,尤其涉及一種直接串聯三相矩陣式中高壓變頻器,屬于電力電子設備【技術領域】。
【背景技術】
[0002]中高壓大功率交流電力傳動領域,目前已經應用的電力電子變換器方案主要包括:1、功率開關或功率單元直接串聯的交直交高壓變頻器;2、二極管鉗位的三電平交直交逆變器及電容飛跨的多電平交直交變頻器;3、兩電平電流型交直交變頻器。但在實際應用中,這三類中高壓變頻器都不可避免的存在缺陷:1類變頻器存在功率器件數量眾多、設備龐大、能量雙向流動困難;2類變頻器存在諧波大、功率因數低、效率低下;3類變頻器du/dt沖擊大、諧波及無功影響大、對電機絕緣影響大?;谝陨锨闆r,需要一種新型的中高壓電力電子變換器出現,其必備以下特征:無需電解電容或自愈式電容的使用;電網和變換器之間能夠實現四象限運行能力;單個變換器單元的容量包括耐壓能力和電流能力能適合目前的主流器件要求。這樣的變頻器不僅輸出電壓幅值可以調節(jié),輸入電流呈現正弦波,功率因數接近1,其高壓供電的降壓變壓器副邊繞組結構簡單,可以設計相同。因此,整個系統(tǒng)成本低、壽命長、可靠性高、性能優(yōu)良,適合未來中高壓電力電子變頻器的發(fā)展方向。能夠滿足以上條件的中高壓變頻器為高壓一低壓一高壓類型的級聯多重化交交變頻器,直接串聯三相矩陣式中高壓變頻器就是其中一種,目前,尚未有相關技術公開報道。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對現有技術的不足,提出了一種直接串聯三相矩陣式中高壓變頻器,其具有四象限運行能力,輸出交流電壓和頻率連續(xù)可調,輸入電流和輸出電壓為正弦波,輸入功率因數基本為1,諧波影響可以忽略不計,其結構簡單,維護成本低、系統(tǒng)通用性強、可靠性高、性能好、節(jié)能,具有廣闊的應用前景。
[0004]本發(fā)明解采用以下技術方案來解決現有的技術問題。
[0005]一種直接串聯三相矩陣式中高壓變頻器,包括:進線濾波器LC、降壓變壓器Tl、三相——三相變換器陣列Al-An、平衡電阻網絡Rll-Rln、R21_R2n及R31_R3n和總控制器;
[0006]所述進線濾波器LC)由三只電感L1-L3和三只濾波電容(C1-C3)構成,三只濾波電感分別串接在三相輸入線路中,其輸入端與電網相連,輸出端與降壓變壓器的輸入端相連,三只濾波電容的一端分別連接到三只濾波電感的輸出端,電容的另一端相互連接形成一個公共端,公共端接地;
[0007]所述的降壓變壓器Tl具有η個副邊,當采用高壓IGBT做為矩陣陣列的雙向開關,降壓變壓器只要3個副邊,當采用低壓IGBT做為矩陣陣列的雙向開關,降壓變壓器需要5到8個副邊,降壓變壓器所有副邊的相位相同,無相位差;
[0008]所述三相一三相矩陣陣列Al-An是由η個三相——三相矩陣變換器組成的I列η行的矩陣陣列,其中每一個三相一三相矩陣變換器對應于降壓變壓器的一個副邊,每一個三相——三相矩陣變換器的三相輸出經過RC濾波和平衡電阻網絡Rll-Rln、R21_R2n及R31-R3n平衡后,直接串聯在一起,形成三相高壓電壓輸出,每個矩陣變換器與控制器連接,由控制器統(tǒng)一控制調節(jié);
[0009]所述的三相一三相矩陣變換器是由輸入濾波器LCl、三相一三相矩陣、濾波RC回路R1C1-R3C3組成,所述輸入濾波器LCl由3只電感和3只電容分別串聯,同時電感的另一端連接在降壓變壓器副邊,電容的另一端短接在一起,并且接地;
[0010]所述三相——三相矩陣由9組雙向開關器件Sll、S12、S13 ;S21、S22、S23 ;S31、S32、S33組成,形成3*3的矩陣,所述雙向開關器件S11、S12、S13 ;S21、S22、S23 ;S31、S32、S33有共4種結構;
[0011]所述RC濾波回路直接并聯在三相一三相矩陣變換單元的U-V, V-W, W-U之間分別為RlCl、R2C2、R3C3,他們和平衡電阻網絡Rl 1-Rln、R21_R2n、R31_R3n配合使用。
[0012]所述的總控制器,包含同步電壓檢測控制板、CPU運算控制板、脈沖驅動隔離板、電流電壓檢測板、速度檢測板和邏輯電路,同步電壓檢測控制板通過降壓變壓器網端采集同步電壓信號;電流電壓檢測板通過每個矩陣單元的進出線側的霍爾元件檢測電流、電壓實時信號;速度檢測板通過電動機上的光電編碼器檢測電動機的速度信號;所有信號匯集到(PU運算控制板,控制板通過計算,經過脈沖驅動隔離板驅動矩陣整列中的雙向開關。從而保證變頻器最終輸出電壓為負載需要的幅值和頻率可調的三相正弦交流電,保證輸入電流為三相交流正弦波。同時,保證能量能夠雙向流動。
[0013]進一步,降壓變壓器輸入高壓三相交流電壓,輸出隔離的低壓或對應于功率器件的次高壓三相交流電壓,每組副邊三相交流電壓對應于一個副邊三相次級繞組,三相副邊繞組的連接組別或相位完全相同,三相一一三相變換器單元的輸入分別對應于降壓變壓器的副邊,其輸入為三相交流電壓,輸出為電壓和頻率可調的三相交流電壓。降壓變壓器副邊繞組的數量和矩陣變換器陣列中的三相一三相變換器單元的數量一一對應,所有變換器單元組成I列η行的變換器陣列,每個矩陣變換器單元都是三相矩陣變換器,每個矩陣變換器單元的三相輸出通過RC濾波和平衡電阻網絡Rll-Rln, R21-R2n, R31_R3n直接串聯,電阻網絡中第一個電阻的一邊連接在一起,它的另一端和其他電阻依次串聯起來,這樣,最終輸出電壓和頻率可調的三相交流電壓,獲得倍增的輸出電壓能力,同時不影響輸出電壓波形,變換器單元數量越多,輸出的交流電壓幅值也就越大。
[0014]進一步,輸入濾波器為常規(guī)高壓LC濾波器,在網側和降壓變壓器之間,對輸入電壓和電流進行濾波,每個三相矩陣變換單元包括一個低壓濾波器、一個3*3的三相矩陣,低壓濾波器主要是對矩陣調制時的進線電壓進行濾波,同時它和進線濾波器共地,進一步提高抗干擾能力,所有三相矩陣變換單元的調制矩陣完全相同,這樣系統(tǒng)控制極大的簡化,每相每個矩陣單元輸出電壓幅值、相位相同,經過RC濾波和平衡電阻R并聯在一起,平衡電阻為高壓無感電阻,他們依次串聯,整體上接成三相星型的平衡電阻網絡,這樣,輸出電壓串聯沖擊小,輸出電壓波形為可調的正弦波。
[0015]進一步,控制器采集同步電壓,每個矩陣單元變換器的進、出線電壓電流,同時檢測電動機的速度和電流,通過控制運算,通過脈沖驅動隔離板,驅動矩陣單元中的雙向功率開關,這樣,根據負載高壓交流電動機傳動的需要,三相矩陣變換器陣列能夠輸出三相對稱的基波幅值和頻率連續(xù)可調的高壓SPWM(正弦脈寬調制)電壓,滿足負載電動機系統(tǒng)的傳動需要,同時在電網輸入端獲得正弦波形的輸入電流波形。系統(tǒng)對電網無諧波電流污染,在平衡電阻網絡與變換器陣列、變換器陣列與降壓變壓器、降壓變壓器與電網之間均實現了電能雙向流動的能力。
[0016]進一步,所述的三相矩陣變換器陣列Al-An中所有的三相矩陣變換器單元組成I列η行的陣列結構,降壓變壓器的副邊繞組分別與三相矩陣變換器單元相連,每一個變換器單元的功率輸出端經過RC濾波后,并聯在平衡電阻R上,平衡電阻再依次串聯在一起,整體上接成星型的平衡電阻網絡Rll-Rln, R21-R2n, R31_R3n,平衡電阻網絡中星型的公共點形成輸出三相交流電壓的中性點,平衡電阻網絡中依次串聯,最終三個輸出接線形成三相交流電壓輸出,使用時與高壓電動機的三相輸入端相連,每個矩陣變換器單元分別通過光纖與驅動控制板相連,然后通過電纜接到控制器上。
[0017]進一步,所述的矩陣變換器是三相一三相矩陣變換器,輸入三相交流電壓,同時輸出也是三相交流電壓,9組雙向開關器件Sll、S12、S13 ;S21、S22、S23 ;S31、S32、S33形成3*3的矩陣,三相輸入電壓為Ua、Ub、Uc,三相輸出電壓為Uiu Uv、Uw,那么有如下公式:那么有如下公式:
[0018]
【權利要求】
1.一種直接串聯三相矩陣式中高壓變頻器,其特征在于:包括:進線濾波器LC、降壓變壓器T1、三相——三相變換器陣列A1-An、平衡電阻網絡R11-RI η、R21 -R2n及R31 -R3n和總控制器; 所述進線濾波器LC由三只電感L1-L3和三只濾波電容(C1-C3)構成,三只濾波電感分別串接在三相輸入線路中,其輸入端與電網相連,輸出端與降壓變壓器的輸入端相連,三只濾波電容的一端分別連接到三只濾波電感的輸出端,電容的另一端相互連接形成一個公共端,公共端接地; 所述的降壓變壓器Tl具有η個副邊,當采用高壓IGBT做為矩陣陣列的雙向開關,降壓變壓器只要3個副邊,當采用低壓IGBT做為矩陣陣列的雙向開關,降壓變壓器需要5到8個副邊,降壓變壓器所有副邊的相位相同,無相位差; 所述三相一三相矩陣陣列Al-An是由η個三相——三相矩陣變換器組成的I列η行的矩陣陣列,其中每一個三相一三相矩陣對應于降壓變壓器的一個副邊,每一個三相——三相矩陣變換器的三相輸出經過RC濾波和平衡電阻網絡Rll-Rln、R21_R2n及R31-R3n平衡后,直接串聯在一起,形成三相高壓電壓輸出,每個矩陣變換器與控制器連接,由控制器統(tǒng)一控制調節(jié); 所述的三相一三相矩陣變換器是由輸入濾波器LC1、三相一一三相矩陣、濾波RC回路R1C1-R3C3組成,所述輸入濾波器LCl由3只電感和3只電容分別串聯,同時電感的另一端連接在降壓變壓器副邊,電容的另一端短接在一起,并且接地; 所述三相——三相矩陣由9組雙向開關器件Sll、S12、S13 ;S21、S22、S23 ;S31、S32、S33組成,形成3*3的矩陣,所述雙向開關器件S11、S12、S13 ;S21、 S22、S23 ;S31、S32、S33 有共 4 種結構; 所述RC濾波回路直接并聯在三相——三相矩陣變換單元的U-V,V-ff, W-U之間,其分別為R1C1、R2C2、R3C3,并且和平衡電阻網絡Rll-Rln、R21_R2n、R31_R3n配合使用; 所述的總控制器,包含同步電壓檢測控制板、CPU運算控制板、脈沖驅動隔離板、電流電壓檢測板、速度檢測板和邏輯電路。
2.根據權利要求1的一種直接串聯三相矩陣式中高壓變頻器,其特征在于:所述的平衡電阻網絡Rll-Rln、R21-R2n及R31-R3n分別并聯在三相——三相矩陣變換器單元的三相輸出接線端,平衡電阻Rll-Rln、R21-R2n及R31-R3n阻值完全相同,電阻為高壓無感大電阻,它與每個三相一三相矩陣變換器單元的RC濾波回路配合。
3.根據權利要求1的一種直接串聯三相矩陣式中高壓變頻器,其特征在于:所述平衡電阻網絡Rll-Rln, R21-R2n, R31_R3n中,每個平衡電阻分別并聯在三相——三相矩陣變換器單元的三相電壓輸出接線端上,和RC濾波器并聯在一起,三相平衡電阻中,每相平衡電阻依次串聯在一起,三相中第一個平衡電阻的非串聯端相互連接在一起,形成公共端,所有的電阻均是高壓無感電阻,電阻阻值完全相同。
【文檔編號】H02M5/458GK103956912SQ201410203075
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月15日 優(yōu)先權日:2014年5月15日
【發(fā)明者】周雨松, 康英, 楊小江, 張澤, 王安兵, 焦渭戰(zhàn) 申請人:西安利雅得電氣股份有限公司
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