五電平高壓變頻器的製作方法
2023-06-06 07:56:46 1
專利名稱：五電平高壓變頻器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種變頻器，特指一種五電平高壓變頻器。
背景技術：
隨著電力電子技術的發展，採用電力半導體器件構成的變頻調速裝置已得到廣泛的應用，用它來控制交流電動機的運轉，可有效減少電動機的起動衝擊，提高電動機的壽命。但變頻調速器發展至今仍主要應用於中、小容量和低壓電機上，而在礦山、治金、化工。古油、建材等工業部門大量使用的大功率、高壓電動機中，仍然大量採用恆速交流傳動，其流量調節是而採用以擋板或動葉的節流調節方式，造成大量節流損失，風機及電動機運行在低效率工作區，能源浪費嚴重。
目前，高壓變頻調速器主要有兩種1、「高、低、高」變頻調速系統，先將高壓降成電壓，變頻後再用升壓變壓器升壓，這種調速系統存在體積大、成本高、結構複雜、對電網汙染大的缺點。
2、採用GTO或SCR器件，其變頻調速器的主電路有兩種結構形式一種是採用單元串聯單相橋式逆變電路，這種結構由於使用的IGBT器件數量多而使得信號調製複雜，系統的整體可靠性差；另一種是採用二極體鉗位三電平逆變電路，由於高壓IGCT和IGBT器件的最高耐壓只有6500V，當逆變器輸出電壓達到6KV時，需要將IGCT或IGBT器件直接串聯運行，這樣增加了系統的成本，降低了系統的可靠性。
發明內容
本發明的目的在於提供一種功率器件數目少、功率器件不需直接串聯運行、功率因素高的五電平高壓變頻器。
為實現上述目的，本發明採取下述技術方案本發明包括主電路、控制電路，所述主電路包括主變壓器、整流電路、過電流保護電路、直流濾波電路、過電壓鉗位電路、逆變電路、濾波電路，其特徵在於所述主變壓器的次級有六組輸出繞組，每輸出繞組依次分別接有整流電路、過電流保護電路、直流濾波電路、過電壓鉗位電路、單相電壓型逆變電路，每兩個單相電壓型逆變電路的交流輸出相互串聯，構成一相交流輸出，每相交流輸出接有LC濾波電路。
上述主變壓器的次級每組繞組輸出線電壓相對於原邊繞組線電壓的相位依次為10度、20度、30度、40度、50度、60度，且各繞組滿足以下條件A1＝B1＝C1，a1＝b1＝c1＝a8＝b8＝c8，a2＝b2＝c2＝a9＝b9＝c9A3＝b3＝c3＝a6＝b6＝c6，a4＝b4＝c4＝a7＝b7＝c7，a5＝b5＝c5A1∶a1＝4.984∶1，A1∶a2＝16.97∶1，A1∶a3＝9.81∶1，A1∶a4＝8.635∶1A1∶a5＝5.906∶1，A1∶a10＝3.41∶1。
上述的過電壓鉗位電路各由一個電抗、一個電阻、一個二極體、一個電容組成，電抗串接於整流正輸出端與單相電壓型逆變橋的輸入端之間，電阻與二極體串接後與電抗並聯，二極體正極端接逆變電路的輸入端，電容一端接整流輸出負電源端，另一端與二極體、電阻相接。
本發明具有的優點1)、使用的功率器件少，降低了系統的成本，提高了系統的可靠性。
2)、主電路中採用單相逆變橋的串聯聯接，避免了以往高壓大功率變頻器大功率器件的直接串聯運行，提高了系統的穩定性。
3)、輸入採用六重化整流技術，使輸入功率因數達到0.95以上。
下面結合附圖詳細說明本發明的結構及工作原理。
圖1為交流輸入隔離、整流、濾波電路圖。
圖2為採用IGCT的正弦波輸出的五電平電壓型逆變電路圖。
圖3為A相第1級單相橋開關管門極驅動電壓波形。
具體實施例方式參見附圖1，隔離變壓器TR副邊輸出六組三相繞組，原邊輸入線電壓為6KV，副邊每組繞組輸出電壓為1760V，且如圖所示，每組繞組輸出線電壓相對於原邊繞組線電壓的相位依次為10度、20度、30度、40度、50度、60度。這樣可以保證變壓器原邊輸入功率因數達到0.95以上，輸入電流總諧波畸變率小於5％。整流後每組直流電壓源的電壓達到2500V，從而保證後五級電平逆變器輸出線電壓有效值能達到6KV，為了達到以上要求，變壓器副邊繞組匝數比還應滿足以下條件
A1＝B1＝C1 a1＝b1＝c1＝a8＝b8＝c8，a2＝b2＝c2＝a9＝b9＝c9，A3＝b3＝c3＝a6＝b6＝c6，a4＝b4＝c4＝a7＝b7＝c7，a5＝b5＝c5A1∶a1＝4.984∶1，A1∶a2＝16.97∶1，A1∶a3＝9.81∶1，A1∶a4＝8.635∶1，A1∶a5＝5.906∶1，A1∶a10＝3.41∶1，BRA1、BRA2、BRB1、BRC1、BRC2分別為三相全波整流橋。SA1、SA2、SB1、SB2均為4500V耐壓的IGCT器件，SA1、SA2、SB1、SB2、SC1、SC2構成過電流保護電子開關，在後級逆變電路發生過電流故障時迅速關斷，保護主電路器件的安全，RSTA1、RSTA2、RSTB1、RSTB2、RSTC1、RSTC2分別起到在輸入合閘時抑制電容EA1、EA2、EB1、EB2、EC1、EC2的充電電流的作用。
參見圖3，採用IGCT的正弦波輸出的五電平電壓型逆變電路中，6個單相電壓型逆變橋中的兩個單相逆變橋的交流輸出相互串聯，構成一相交流輸出，共構成三相交流輸出，三相交流輸出的一端接到一起作為中性點，另一端分別作為三相的輸出連接到輸出LC濾波電路。每個單相電壓型逆變橋由四隻IGCT器件組成，其電路連接是一個標準的兩電平單相電壓型逆變橋連接。
U、C、W是逆變器輸出三相交流電壓端，供負載電機使用，直流母線DCA1+、DCA1-、DCA2+、DCA2-、DCB1+、DCB2-、DCB1+、DCB2-、DCC1+、DCC1-、DCC2+、DCC2-分別來自圖1的直流電壓源，每組的額定直流電壓均為2500V，逆變所用功率開關器件SAL11-SAR22、SBL11-SBR22、SCL11-SCR22均為4500V耐壓的IGCT。電抗LAA1、LAA2、LBA1、LBA2、LCA1、LCA2用於抑制橋臂IGCT開通的電流上升速度。DAA1/CAA1/RAA1、分別構成各個橋臂IGCT的過電壓鉗位電路。LA/CA、LB/CB、LC/CC分別構成A、B、C相輸出電壓濾波電路，使三相輸出電壓接近正弦波。
為了保證逆變器輸出電壓滿足異步電動機對供電電源的要求，對使用IGCT器件的六電平電壓型逆變電路都採用特定諧波消除PWM算法所得到的脈衝進行調製，且每相串聯的兩個單相橋的驅動脈衝相位相差一個特定的角度，從而使得每相輸出電壓達到五個電平，保證輸出電壓的正弦度。圖1中給出了A相第1級單相橋各個開關管的門極驅動脈衝波形相位，A相第2級單相橋的各個開關管的門極驅動脈衝波形相位比第1級單相橋的各個開關管的門極驅動脈衝波形相位滯後一個特定的角度，以達到消除A相輸出電壓中特定次數諧波的目的。B相各個開關管門極驅動脈衝相位比A相中對應的各開關管門極驅動脈衝相位分別滯後120度，C相各個開關管門極驅動脈衝相位比B相中對應的各開關管門極驅動脈衝相位分別滯後120度。
權利要求
1.一種五電平高壓變頻器，包括主電路、控制電路，所述主電路包括主變壓器、整流電路、過電流保護電路、直流濾波電路、過電壓鉗位電路、逆變電路、濾波電路，其特徵在於所述主變壓器的次級有六組輸出繞組，每輸出繞組依次分別接有整流電路、過電流保護電路、直流濾波電路、過電壓鉗位電路、單相電壓型逆變電路，每兩個單相電壓型逆變電路的交流輸出相互串聯，構成一相交流輸出，每相交流輸出接有LC濾波電路。
2.根據權利要求1所述的的五電平高壓變頻器，其特徵在於所述主變壓器的次級每組繞組輸出線電壓相對於原邊繞組線電壓的相位依次為10度、20度、30度、40度、50度、60度，且各繞組滿足以下條件A1＝B1＝C1，a1＝b1＝c1＝a8＝b8＝c8，a2＝b2＝c2＝a9＝b9＝c9A3＝b3＝c3＝a6＝b6＝c6，a4＝b4＝c4＝a7＝b7＝c7，a5＝b5＝c5A1∶a1＝4.984∶1，A1∶a2＝16.97∶1，A1∶a3＝9.81∶1，A1∶a4＝8.635∶1A1∶a5＝5.906∶1，A1∶a10＝3.41∶1。
3.根據權利要求1所述的五電平高壓變頻器，其特徵在於所述的過電壓鉗位電路各由一個電抗、一個電阻、一個二極體、一個電容組成，電抗串接於整流正輸出端與單相電壓型逆變橋的輸入端之間，電阻與二極體串接後與電抗並聯，二極體正極端接逆變電路的輸入端，電容一端接整流輸出負電源端，另一端與二極體、電阻相接。
全文摘要
本發明公開了一種基於4500V及以上耐壓的IGCT或IGBT器件的五電平高壓變頻器，該變頻器的主變壓器次級有六組輸出繞組，每輸出繞組依次分別接有整流電路、過電流保護電路、直流濾波電路、過電壓鉗位電路、單相電壓型逆變電路，每兩個單相電壓型逆變電路的交流輸出相互串聯，構成一相交流輸出，每相交流輸出接有LC濾波電路。這種高壓變頻器使用的功率器件少、功率器件不直接串聯運行，並且輸入功率因素在0.95以上，可廣泛應用於6kV/10kV、1000kW－6000kW系列高壓變頻調速裝置中，為高壓大容量異步電動機的變頻調速裝置提供能量變換電路。
文檔編號H02M7/505GK1464631SQ0211422
公開日2003年12月31日 申請日期2002年6月28日 優先權日2002年6月28日
發明者劉韶林, 劉文輝, 韓平, 紀勇, 林烽 申請人:河南電力試驗研究所, 長沙市為爾自動化技術開發有限公司