一種間接串聯(lián)三相矩陣式中高壓變頻器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種間接串聯(lián)三相矩陣式中高壓變頻器，降壓變壓器T1有n個(gè)副邊，并且副繞組相位相同，無(wú)相位差；三相——三相矩陣陣列A1-An由n個(gè)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(duì)應(yīng)連接，每一個(gè)三相——三相矩陣的每相輸出均經(jīng)過(guò)隔離變壓器耦合串聯(lián)在一起，從而形成交流三相輸出，控制器負(fù)責(zé)控制調(diào)節(jié)整個(gè)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(jīng)過(guò)隔離變壓器耦合串聯(lián)得到幅值、頻率可調(diào)的高壓電源，實(shí)現(xiàn)輸出電壓和輸入電流均為正弦波，輸入功率因數(shù)接近1，且能量可雙向流動(dòng)，具備四象限運(yùn)行能力等優(yōu)點(diǎn)，適用于中、高壓交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】一種間接串聯(lián)三相矩陣式中高壓變頻器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種變頻器，尤其涉及一種間接串聯(lián)三相矩陣式中高壓變頻器，屬于電力電子設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]中高壓大功率交流電力傳動(dòng)領(lǐng)域，目前已經(jīng)應(yīng)用的電力電子變換器方案主要包括:1、功率開關(guān)或功率單元直接串聯(lián)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(shí)際應(yīng)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(shù)量眾多、設(shè)備龐大、能量雙向流動(dòng)困難；2類變頻器存在諧波大、功率因數(shù)低、效率低下；3類變頻器du/dt沖擊大、諧波及無(wú)功影響大、對(duì)電機(jī)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(xiàn)，其必備以下特征:無(wú)需電解電容或自愈式電容的使用；電網(wǎng)和變換器之間能夠?qū)崿F(xiàn)四象限運(yùn)行能力；單個(gè)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(diào)節(jié)，輸入電流呈現(xiàn)正弦波，功率因數(shù)接近1，其高壓供電的降壓變壓器副邊繞組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以設(shè)計(jì)相同。因此，整個(gè)系統(tǒng)成本低、壽命長(zhǎng)、可靠性高、性能優(yōu)良，適合未來(lái)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(jí)聯(lián)多重化交交變頻器，間接串聯(lián)三相矩陣式中高壓變頻器就是其中一種，目前，尚未有相關(guān)技術(shù)公開報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種間接串聯(lián)三相矩陣式中高壓變頻器，其具有四象限運(yùn)行能力，輸出交流電壓和頻率連續(xù)可調(diào)，輸入電流和輸出電壓為正弦波，輸入功率因數(shù)基本為1，諧波影響可以忽略不計(jì)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)成本低、系統(tǒng)通用性強(qiáng)、可靠性高、性能好、節(jié)能，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0004]本發(fā)明解采用以下技術(shù)方案來(lái)解決現(xiàn)有的技術(shù)問(wèn)題。
[0005]一種間接串聯(lián)三相矩陣式中高壓變頻器，包括:進(jìn)線濾波器LC，、降壓變壓器Tl、三相一三相變換器陣列Al-An、串聯(lián)隔離變壓器T1-T3和總控制器。
[0006]所述進(jìn)線濾波器LC由三只電感L1-L3和三只濾波電容C1-C3構(gòu)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(wǎng)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(gè)公共端，公共端接地；
[0007]所述降壓變壓器Tl包括I個(gè)初級(jí)繞組和η個(gè)次級(jí)繞組，其具有η個(gè)副邊，當(dāng)采用高壓IGBT做為矩陣陣列的雙向開關(guān)，降壓變壓器只要3個(gè)副邊；當(dāng)采用低壓IGBT做為矩陣陣列的雙向開關(guān)，降壓變壓器需要5到8個(gè)副邊，降壓變壓器所有副邊的相位相同，無(wú)相位差;
[0008]所述的三相一三相矩陣陣列Al-An是由η個(gè)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(gè)三相一三相矩陣對(duì)應(yīng)于降壓變壓器的一個(gè)副邊，每一個(gè)三相一三相矩陣變換器的三相輸出經(jīng)過(guò)三相隔離變壓器隔離變換后，其副邊串聯(lián)在一起，形成三相高壓電壓輸出，每個(gè)矩陣變換器與控制器連接，由控制器統(tǒng)一控制調(diào)節(jié)，所述的三相一三相矩陣變換器是由輸入濾波器LC1、三相一三相矩陣組成，所述的輸入濾波器LCl的3只電感和3只電容分別串聯(lián)，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，所述三相一三相矩陣由9組雙向開關(guān)器件S11、S12、S13 ;S21、S22、S23 ；S31、S32、S33組成，其形成3*3的矩陣，所述雙向開關(guān)器件SlU S12、S13 ;S21、S22、S23 ；S31、S32、S33 有 4 種結(jié)構(gòu)；
[0009]所述的串聯(lián)隔離變壓器的原邊都是三角形接法，其中Tl副邊為星型接法，其他的副邊為三相獨(dú)立出線，所有隔離變壓器原副邊電壓均相同，沒(méi)有相位差。
[0010]所述的總控制器，包含同步電壓檢測(cè)控制板、CPU運(yùn)算控制板、脈沖驅(qū)動(dòng)隔離板、電流電壓檢測(cè)板、速度檢測(cè)板和邏輯電路，同步電壓檢測(cè)控制板通過(guò)降壓變壓器網(wǎng)端采集同步電壓信號(hào)；電流電壓檢測(cè)板通過(guò)每個(gè)矩陣單元的進(jìn)出線側(cè)的霍爾元件檢測(cè)電流、電壓實(shí)時(shí)信號(hào)；速度檢測(cè)板通過(guò)電動(dòng)機(jī)上的光電編碼器檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的速度信號(hào)；所有信號(hào)匯集到(PU運(yùn)算控制板，控制板通過(guò)計(jì)算，經(jīng)過(guò)脈沖驅(qū)動(dòng)隔離板驅(qū)動(dòng)矩陣整列中的雙向開關(guān)。從而保證變頻器最終輸出電壓為負(fù)載需要的幅值和頻率可調(diào)的三相正弦交流電，保證輸入電流為三相交流正弦波。同時(shí)，保證能量能夠雙向流動(dòng)。
[0011]進(jìn)一步，所述的降壓變壓器輸入高壓三相交流電壓，輸出隔離的低壓對(duì)應(yīng)于功率器件的次高壓三相交流電壓，所述的每組副邊三相交流電壓對(duì)應(yīng)于一個(gè)副邊三相次級(jí)繞組，三相副邊繞組的連接組別(或相位)完全相同，所述的三相一三相變換器單元的輸入分別對(duì)應(yīng)于降壓變壓器的副邊，輸入為三相交流電壓，輸出為電壓和頻率可調(diào)的三相交流電壓，所述的降壓變壓器副邊繞組的數(shù)量和矩陣變換器陣列中的三相一三相變換器單元的數(shù)量一一對(duì)應(yīng)，所有變換器單元組成I列η行的變換器陣列，每個(gè)矩陣變換器單元都是三相矩陣變換器。每個(gè)矩陣變換器單元的三相輸出通過(guò)三相隔離變壓器耦合輸出，變壓器的三相副邊分別相互串聯(lián)，同時(shí)第一個(gè)變壓器副邊星型連接。
[0012]進(jìn)一步，每個(gè)三相矩陣變換單元包括一個(gè)低壓濾波器、一個(gè)3*3的三相矩陣，所有三相矩陣變換單元的調(diào)制矩陣完全相同，控制器采集同步電壓，檢測(cè)每個(gè)矩陣單元變換器的進(jìn)、出線電壓電流，同時(shí)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的速度和電流，通過(guò)控制運(yùn)算，通過(guò)脈沖驅(qū)動(dòng)隔離板，驅(qū)動(dòng)矩陣單元中的雙向功率開關(guān)，這樣，根據(jù)負(fù)載高壓交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的需要，三相矩陣變換器陣列能夠輸出三相對(duì)稱的基波幅值和頻率連續(xù)可調(diào)的高壓SPWM(正弦脈寬調(diào)制)電壓，滿足負(fù)載電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的傳動(dòng)需要，同時(shí)在電網(wǎng)輸入端獲得正弦波形的輸入電流波形。系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)無(wú)諧波電流污染，在隔離變壓器與變換器陣列、變換器陣列與降壓變壓器、降壓變壓器與電網(wǎng)之間均實(shí)現(xiàn)了電能雙向流動(dòng)的能力。
[0013]進(jìn)一步，所述的降壓變壓器其中三相高壓初級(jí)繞組分別與輸入三相濾波器的電感輸出端相連，每個(gè)三相次級(jí)繞組分別與矩陣變換器整列中的一個(gè)三相一三相矩陣變換器單元相連。
[0014]進(jìn)一步，所述的三相矩陣變換器陣列Al-An與降壓變壓器副邊的數(shù)量相同，其中所有的三相矩陣變換器單元組成I列η行的陣列結(jié)構(gòu)，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(gè)變換器單元的功率輸出端經(jīng)過(guò)三相隔離變壓器耦合后第一個(gè)三相隔離變壓器二次繞組的一端連接在一起，形成輸出三相交流電壓的中性點(diǎn)，第一個(gè)三相隔離變壓器的另一端分別與其他隔離變壓器二次繞組各相的一次串聯(lián)，從而形成三相交流電壓輸出，每個(gè)矩陣變換器單元分別通過(guò)光纖與驅(qū)動(dòng)控制板相連，然后通過(guò)電纜接到控制器上。
[0015]本發(fā)明所述矩陣變換器單元由低壓濾波器、三相一三相矩陣組成，低壓濾波器LCl由常規(guī)低壓LC濾波器構(gòu)成，三只濾波電感和三只濾波電容分別串聯(lián)，同時(shí)電感的一端分別與三相——三相矩陣的輸入端相連，電容的另一端短接在一起，并且接地。
[0016]本發(fā)明所述矩陣變換器是三相一三相矩陣變換器，輸入是三相交流電壓，輸出也是三相交流電壓，9組雙向開關(guān)器件S11、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Uu、Uv、Uw，那么有如下公式:
[0017]
【權(quán)利要求】
1.一種間接串聯(lián)三相矩陣式中高壓變頻器，其特征在于:結(jié)構(gòu)包括進(jìn)線濾波器LC、降壓變壓器Tl、三相一三相變換器陣列Al-An、串聯(lián)隔離變壓器T1-T3和總控制器；所述進(jìn)線濾波器LC由三只電感L1-L3和三只濾波電容C1-C3構(gòu)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(wǎng)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(gè)公共端，公共端接地； 所述降壓變壓器Tl具有η個(gè)副邊，當(dāng)采用高壓IGBT做為矩陣陣列的雙向開關(guān)，降壓變壓器只要3個(gè)副邊；當(dāng)采用低壓IGBT做為矩陣陣列的雙向開關(guān)，降壓變壓器需要5到8個(gè)副邊，降壓變壓器所有副邊的相位相同，無(wú)相位差； 所述的三相一三相矩陣陣列Al-An是由η個(gè)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(gè)三相一三相矩陣對(duì)應(yīng)于降壓變壓器的一個(gè)副邊，每一個(gè)三相一三相矩陣變換器的三相輸出經(jīng)過(guò)三相隔離變壓器隔離變換后，其副邊串聯(lián)在一起，形成三相高壓電壓輸出，每個(gè)矩陣變換器與控制器連接，由控制器統(tǒng)一控制調(diào)節(jié)，所述的三相一三相矩陣變換器是由輸入濾波器LC1、三相一三相矩陣組成，所述的輸入濾波器LCl的3只電感和3只電容分別串聯(lián)，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，所述三相一三相矩陣由9組雙向開關(guān)器件S11、S12、S13 ;S21、S22、S23 ；S31、S32、S33組成，其形成3*3的矩陣，所述雙向開關(guān)器件SlU S12、S13 ;S21、S22、S23 ；S31、S32、S33 有 4 種結(jié)構(gòu)； 所述的串聯(lián)隔離變壓器的原邊都是三角形接法，其中Tl副邊為星型接法，其他的副邊為三相獨(dú)立出線，所有隔離變壓器原副邊電壓均相同，沒(méi)有相位差； 所述的總控制器，包含同步電壓檢測(cè)控制板、CPU運(yùn)算控制板、脈沖驅(qū)動(dòng)隔離板、電流電壓檢測(cè)板、速度檢測(cè)板和邏輯電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種間接串聯(lián)三相矩陣式中高壓變頻器，其特征在于:所述的降壓變壓器輸入高壓三相交流電壓，輸出隔離的低壓對(duì)應(yīng)于功率器件的次高壓三相交流電壓，所述的每組副邊三相交流電壓對(duì)應(yīng)于一個(gè)副邊三相次級(jí)繞組，三相副邊繞組的連接組別(或相位)完全相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種間接串聯(lián)三相矩陣式中高壓變頻器，其特征在于:所述的降壓變壓器其中三相高壓初級(jí)繞組分別與輸入三相濾波器的電感輸出端相連，每個(gè)三相次級(jí)繞組分別與矩陣變換器整列中的一個(gè)三相一三相矩陣變換器單元相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種間接串聯(lián)三相矩陣式中高壓變頻器，其特征在于:所述的每個(gè)三相矩陣變換單元包括一個(gè)低壓濾波器、一個(gè)3*3的三相矩陣，所有三相矩陣變換單元的調(diào)制矩陣完全相同，控制器采集同步電壓，檢測(cè)每個(gè)矩陣單元變換器的進(jìn)、出線電壓電流，同時(shí)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的速度和電流。
【文檔編號(hào)】H02M5/275GK103956910SQ201410203918
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】周雨松, 李天平, 趙志強(qiáng), 董穎, 孫凱, 郭博 申請(qǐng)人:西安利雅得電氣股份有限公司