包括具有兩次級繞組的兩變壓器的功率變換系統及驅動系的製作方法
2023-08-10 14:19:51
包括具有兩次級繞組的兩變壓器的功率變換系統及驅動系的製作方法
【專利摘要】本申請涉及包括具有兩次級繞組的兩變壓器的功率變換系統及驅動系。一種功率變換系統(16)，包括：-適於連接到AC網絡(12)上的第一變壓器(18)，第一變壓器(18)包括第一初級繞組(20)和兩個第一次級繞組(22A，22B)；以及-兩個功率變換器(24A，24B)，每個功率變換器連接到相應的第一次級繞組(22A，22B)上。系統(16)進一步包括第二變壓器(26)和次級電器件(28)，第二變壓器(26)包括第二初級繞組(30)和兩個第二次級繞組(32A，32B)，每個第二次級繞組(32A，32B)連接到相應的第一次級繞組(22A，22B)上，且次級電器件(28)連接到第二初級繞組(30)上。
【專利說明】包括具有兩次級繞組的兩變壓器的功率變換系統及驅動系
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種功率變換系統，包括:
[0002]適於連接到AC網絡上的第一變壓器，所述第一變壓器包括第一初級繞組和兩個第一次級繞組；以及
[0003]兩個功率變換器，每個功率變換器連接到相應的第一次級繞組上。
[0004]本發明還涉及一種驅動系，包括:由AC網絡使用這種功率變換系統進行供電的電機，所述變換系統連接在該AC網絡和該電機之間。
【背景技術】
[0005]上述類型的變換系統從2011年2月發表在ABB評論上的名為「Essaisconcluants」的文章中可知。連接在AC網絡和兩個功率變換器之間的變壓器包括一個初級繞組和三個次級繞組，該變壓器也稱為負載整流逆變器(LCI,load commutated inverter)變換器。兩個功率變換器的每一個均連接到相應的次級繞組上，用於減小電流諧波的濾波器連接到第三次級繞組上。每個功率變換器具有IOMW到20MW之間的電功率。
[0006]然而，具有三個次級繞組的這種變壓器特別昂貴且難於生產，這就使得變換系統成本變高。
【發明內容】
[0007]因此，本發明的目的在於提出一種在提供同等的電性能水平的同時可降低成本的變換系統。
[0008]為此，本發明涉及一種上述類型的變換系統，其中，該系統進一步包括第二變壓器和次級電器件，所述第二變壓器包括第二初級繞組和兩個第二次級繞組，每個所述第二次級繞組連接到相應的第一次級繞組上，且所述次級器件連接到所述第二初級繞組上。
[0009]根據本發明的其他有利方面，該變換系統包括一個或多個下述特徵(單獨考慮或根據技術上的任何可能組合):
[0010]-第一變壓器和第二變壓器的次級繞組的數量分別等於2；
[0011]-次級器件包括針對可被再次注入AC網絡中的電流諧波的削減濾波器；
[0012]-AC網絡具有至少一個相，且所述削減濾波器包括針對該相或所述每個相的串聯連接有電容器的電磁繞組；
[0013]-每個變換器為負載換相逆變器；
[0014]-每個負載換相逆變器包括電壓整流器和電壓逆變器，所述電壓逆變器使用DC母線連接在該電壓整流器的輸出端處，所述DC母線包括電磁線圈；
[0015]-每個所述電壓整流器和所述電壓逆變器各自均包括晶閘管橋。
[0016]本發明還涉及一種驅動系，該驅動系包括由AC網絡通過功率變換系統供電的電機，所述變換系統連接在所述AC網絡和所述電機之間，其中，所述功率變換系統如上定義。【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]本發明的這些特徵和優點通過讀取以下描述表現出來，該描述僅僅作為一非限制性示例提供，且參照示出本發明的驅動系電氣圖的單一附圖(其也稱作圖1)。
【具體實施方式】
[0018]在圖1中，連接到AC網絡12的驅動系10包括由AC網絡12通過功率變換系統16供電的電機14，變換系統16連接在AC網絡12和電機14之間。
[0019]網絡12具有至少一個相。例如，AC網絡12為三相網絡。
[0020]例如，電機14為同步馬達。或者，電機14為異步馬達。
[0021]變換系統16能夠將來自AC網絡12的AC輸入電壓變換為傳送至電機14的AC輸出電壓。
[0022]變換系統16包括連接到AC網絡12上的第一變壓器18，第一變壓器18包括第一初級繞組20、兩個第一次級繞組22A、22B和未示出的第一磁芯。
[0023]變換系統16進一步包括兩個功率變換器24A、24B，每個功率變換器連接到相應的第一次級繞組22A、22B上。
[0024]變換系統16進一步包括第二變壓器26和次級電器件28，第二變壓器26包括第二初級繞組30、兩個第二次級繞組32A、32B和未示出的第二磁芯。每個第二次級繞組32A、32B連接到相應的第一次級繞組22A、22B上，且次級電器件28連接到第二初級繞組30上。
[0025]第一變壓器18的每個繞組20、22A、22B包括圍繞所述第一磁芯纏繞的針對該相或針對每個相的繞組組件(未示出)。換言之，在圖1的示例性實施例中，第一變壓器18的每個繞組20、22A、22B包括三個不同的繞組組件。
[0026]類似地，第二變壓器26的每個繞組30、32A、32B包括圍繞所述第二磁芯纏繞的針對該相或針對每個相的繞組組件(未示出)。在圖1的示例性實施例中，第二變壓器26的每個繞組30、32A、32B包括三個不同的繞組組件。
[0027]第一變壓器18和第二變壓器26的次級繞組22A、22B、32A、32B的數量分別等於
2。換言之，各變壓器18、26不包括第三次級繞組，這點不同於當前現有技術的變換系統的變壓器。
[0028]在圖1的示例性實施例中，每個功率變換器24A、24B為負載換相逆變器，也稱為LCI。每個負載換相逆變器24A、24B包括電壓整流器34A、34B和電壓逆變器36A、36B，所述電壓逆變器36A、36B通過DC母線38A、38B連接在電壓整流器34A、34B的輸出端處，DC母線38A、38B包括電磁線圈40A、40B。
[0029]優選地，功率變換器24A、24B為相同的。優選地，功率變換器24A、24B具有大於1麗的電功率；更為優選地，功率變換器24A、24B具有大於10麗的電功率。
[0030]在圖1的示例性實施例中，次級電器件28包括用於減小可再次注入AC網絡12中的電流諧波的濾波器42。
[0031]每個電壓整流器34A、34B和每個電壓逆變器36A、36B就其本身而言是已知的。在圖1的示例性實施例中，各電壓整流器34A、34B和電壓逆變器36A、36B均包括晶閘管橋44。圖1所示的電壓整流器34A、34B和電壓逆變器36A、36B為六脈衝/六脈衝變換器。
[0032]一個變換器的DC母線38A連接到另一變換器的DC母線38B，以得到分別相當於脈衝整流器12和脈衝逆變器12的電壓整流器和電壓逆變器。
[0033]削減濾波器42包括針對AC網絡12的該相或每個相的濾波分支46，該濾波分支46包括電磁濾波線圈48和串聯連接在濾波線圈48上的濾波電容器50。此外，削減濾波器42包括並聯連接於每個濾波線圈48的阻尼電阻51。
[0034]在圖1的示例性實施例中，三個濾波分支46以星形進行連接，且該三個分支的三個電容器50通過公共點52相互連接。在未示出的替代例中，濾波分支46以三角形進行連接，每個濾波分支46連接在兩個相應的相之間。
[0035]因此，本發明的變換系統16可在無需提供用以連接到AC網絡12的第一變壓器18的第三次級繞組的情況下，對位於變換器24A、24B輸入端處的次級電器件28進行連接。儘管具有次級繞組32A、32B的第二變壓器26是必不可少的，這也使得成本降低約30%。
[0036]實際上，當第三次級繞組加至第一變壓器18時，該第三次級繞組必須強磁耦合到其他兩個次級繞組上(均等地位於這些次級繞組之間)，而該第三次級繞組必須弱磁耦合到第一變壓器18的初級繞組上，這樣，次級裝置28才不會由網絡12中斷。因此，在第一變壓器18中增加第三次級繞組產生了極大的額外成本。
[0037]此外，通過當前技術的變換系統，電流諧波(特別是五次諧波和七次諧波)經過第一變壓器的次級繞組，且第一變壓器的次級繞組受到較低值的功率因數的影響。這就需要根據那些限制來確定第一變壓器的次級繞組的尺寸，這也會產生額外成本。
[0038]在示例性實施例中，削減濾波器42弱磁地耦合到第一初級繞組20上，以免於對網絡12進行濾波，而只對可再次注入網絡12的電流諧波進行濾波。該弱磁耦合通過使用第二變壓器26來獲得，削減濾波器42連接到第二變壓器26的初級繞組30上。
[0039]因此，由於電容器50的存在，連接到第二變壓器26的初級繞組30上的削減濾波器42可減小電流諧波(特別是十一次諧波和十三次諧波)，還可校正變換系統16的功率因數。
[0040]相對於現有技術的變換系統中包括三個次級繞組的變壓器而言，僅具有兩個次級繞組22B、22A的第一變壓器18還可改善變換系統16的功率因數。
[0041]像LCI逆變器一樣，變換器24A、24B的操作就其本身而言是已知的，且不對其進行詳細描述。
[0042]因此，可以看出本發明的變換系統16在提供良好的電性能的同時，還可降低製作成本，尤其是降低與變壓器18、26相關的器件的製作成本。
【權利要求】
1.一種功率變換系統(16)，包括: -適於連接到AC網絡(12)上的第一變壓器(18)，所述第一變壓器(18)包括第一初級繞組(20)和兩個第一次級繞組(22A，22B)；以及 -兩個功率變換器(24A，24B)，每個所述功率變換器連接到相應的第一次級繞組(22A，22B)上， 其特徵在於，所述系統(16)進一步包括第二變壓器(26)和次級電器件(28)，所述第二變壓器(26)包括第二初級繞組(30)和兩個第二次級繞組(32A，32B)，每個所述第二次級繞組(32A，32B)連接到相應的第一次級繞組(22A，22B)上，且所述次級電器件(28)連接到所述第二初級繞組(30)上。
2.根據權利要求1所述的系統(16)，其中，所述第一變壓器(18)和所述第二變壓器(26)的次級繞組(22A，22B，32A，32B)的數量分別等於2。
3.根據權利要求1或2所述的系統(16)，其中，所述次級電器件(28)包括針對可被再次注入AC網絡(12)中的電流諧波的削減濾波器(42)。
4.根據權利要求3所述的系統(16)，其中，所述AC網絡(12)具有至少一個相，且所述削減濾波器(42)包括針對該相或所述每個相的串聯連接有電容器(50)的電磁繞組(48)。
5.根據上述權利要求中任一權利要求所述的系統(16)，其中，每個功率變換器(24A，24B)為負載換相逆變器。
6.根據權利要求5所述的系統(16)，其中，每個負載換相逆變器(24A，24B)包括電壓整流器(34A，34B)和電壓逆變器(36A，36B)，所述電壓逆變器(36A，36B)使用DC母線(38A，38B)連接在所述電壓整流器(34A，34B)的輸出端處，所述DC母線包括電磁線圈(40A，40B)。
7.根據權利要求6所述的系統(16)，其中，所述電壓整流器(34A，34B)和所述電壓逆變器(36A，36B)各自均包括晶閘管橋(44)。
8.—種驅動系(10)，包括由AC網絡(12)通過功率變換系統(16)供電的電機(14)，所述功率變換系統(16)連接在所述AC網絡(12)和所述電機(14)之間， 其特徵在於，所述功率變換系統(16)為根據上述權利要求中任一權利要求所述的功率變換系統。
【文檔編號】H02M5/45GK103516227SQ201310244305
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月19日 優先權日:2012年6月19日
【發明者】阿爾弗雷德·佩爾穆伊 申請人:Ge能源電力轉換技術有限公司