專利名稱：改進(jìn)型高壓大功率變頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓大功率變頻器，更具體地說，涉及一種可減少電網(wǎng)上電沖擊的改進(jìn)型高壓大功率變頻器。
背景技術(shù)：
變頻調(diào)速技術(shù)作為一種高效的節(jié)能手段，正在我國(guó)電力、冶金、石化、市政供水等各個(gè)方面得到越來越廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速技術(shù)有各種不同的電路拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)方式，但是交-直-交型變頻器以其調(diào)速范圍寬、適應(yīng)性廣、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)成為市場(chǎng)的主流。
低壓交-直-交型變頻器主要由整流、濾波、逆變?nèi)糠忠来未?lián)構(gòu)成，根據(jù)濾波部分儲(chǔ)能元件的不同，交-直-交型變頻器可分為電流源型和電壓源型兩種。電流源型變頻器以電感為儲(chǔ)能元件，電壓源型變頻器以電容為儲(chǔ)能元件；電壓源型變頻器對(duì)電網(wǎng)的諧波污染少，功率因數(shù)高，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，控制簡(jiǎn)單，因此有逐步取代電流源型變頻器的趨勢(shì)。
如圖1所示，低壓電壓源型交-直-交變頻器一般采用二極管整流橋1作為整流器件，電解電容2作為儲(chǔ)能元件。在實(shí)際使用過程中，人們發(fā)現(xiàn)在變頻器系統(tǒng)剛上電時(shí)，如果不限制電解電容2的充電電流，將會(huì)燒毀整流橋1或者其前面的熔斷器。
為此，在低壓電壓源型交-直-交變頻器中，一般采用電阻器3限制充電電流，等充電完成后，再用旁路繼電器或接觸器4將電阻3旁路出系統(tǒng)，以避免電壓源型變頻器的整流橋或其前面的熔斷器被燒毀。
但是，在高壓變頻器中(電網(wǎng)電壓690V以上)，由于受到器件耐壓的限制和電機(jī)絕緣所能耐受的共模電壓和dv/dt上升率的限制，以及考慮到電網(wǎng)對(duì)諧波的忍受程度，如果仍然采用上述方法限制充電電流很難作到。
高壓電壓源型大功率變頻器一般有兩種形式三電平電壓源型變頻器(圖2)和功率模塊單元串聯(lián)構(gòu)成的電壓源型變頻器(圖3)。在這兩種變頻器中，仍然存在如上所述的充電電流問題，但是，如果采用如上所述的方法限制充電電流，則存在很多問題。在三電平電壓源型變頻器中，每個(gè)整流和濾波電路部分電壓都比較高，而且不是標(biāo)準(zhǔn)電壓，因此旁路接觸器要選用高壓器件，造成體積和成本的增加；如果采用完全可控的功率器件和共模電感器解決這個(gè)問題，又會(huì)造成控制上的復(fù)雜。
在功率模塊單元串聯(lián)構(gòu)成的電壓源型變頻器中，每個(gè)功率單元內(nèi)部的電壓不高，如果采用現(xiàn)有技術(shù)，可以在每個(gè)功率單元的整流橋后采用電阻器限流，充電完成后，用接觸器旁路；這種處理方法，有很多缺點(diǎn)。由于功率單元個(gè)數(shù)較多，每個(gè)功率單元都要附加一個(gè)電阻器和接觸器，控制上非常復(fù)雜；如果接觸器選用帶延時(shí)自動(dòng)閉合的，則會(huì)造成本來可靠性就低的接觸器更加不可靠；這樣的處理方法還將造成體積和成本的上升。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述原因，本發(fā)明的目的是提供一種可減少電網(wǎng)對(duì)變頻器上電沖擊的改進(jìn)型高壓大功率變頻器。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計(jì)方案一種改進(jìn)型高壓大功率變頻器，它包括多副邊繞組整流變壓器、整流部分、濾波部分、逆變部分，其特征在于在所述多副邊繞組整流變壓器上增設(shè)有一緩沖電路。
在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述緩沖電路串聯(lián)在所述多副邊繞組整流變壓器的原邊與電網(wǎng)高壓開關(guān)之間；所述緩沖電路由限流電阻和旁路開關(guān)構(gòu)成；所述限流電阻串聯(lián)在整流變壓器原邊每一相繞組與電網(wǎng)高壓開關(guān)之間；在每一個(gè)限流電阻旁邊還并聯(lián)一旁路開關(guān)。
在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述緩沖電路還可以由增設(shè)在所述多副邊繞組整流變壓器副邊的交流繞組和調(diào)壓電路構(gòu)成，所述交流繞組通過調(diào)壓電路與變頻器的低壓控制電源相連。
所述調(diào)壓電路可以由一交流開關(guān)和一普通調(diào)壓器串聯(lián)構(gòu)成；所述調(diào)壓電路還可以為一可控硅橋；還可以為由整流橋、濾波電容、逆變橋構(gòu)成的電路。
由于本發(fā)明在變頻器整流變壓器的原邊與電網(wǎng)高壓開關(guān)之間串聯(lián)了緩沖電路，在變頻器系統(tǒng)上電之初，通過該緩沖電路限制流過整流變壓器的激磁和充電電流，待跨接在整流部分和逆變部分之間的濾波電容充電過程完成后，閉合旁路開關(guān)，將該緩沖電路旁路掉，使系統(tǒng)進(jìn)入正常的工作狀態(tài)；從而達(dá)到減少電網(wǎng)對(duì)變頻器上電沖擊的目的，降低變頻器的故障率，降低變頻器的維修成本。本發(fā)明與傳統(tǒng)的限流方法相比，既實(shí)現(xiàn)了限制充電電流、減少上電沖擊的目的，又減小了元器件的數(shù)目，提高了系統(tǒng)的可靠性，體積小，成本低。另外，緩沖電路可以單獨(dú)放置，不受地點(diǎn)的限制，控制更靈活。
由于本發(fā)明還可以在變頻器整流變壓器的副邊增設(shè)了一個(gè)與控制電源相連的交流繞組，在變頻器高壓動(dòng)力電源上電之前，先通過該交流繞組使變壓器副邊各繞組的電壓由零逐步上升到額定電壓，利用這一過程，使跨接在整流部分和逆變部分之間的濾波電容完成充電過程后，再閉合變頻器高壓動(dòng)力電源開關(guān)，使系統(tǒng)正常上電，從而減少電網(wǎng)對(duì)變頻器的上電沖擊，與傳統(tǒng)的限流方法相比，既實(shí)現(xiàn)了限制充電電流、減少上電沖擊的目的，又減小了元器件的數(shù)目，提高了系統(tǒng)的可靠性，體積小，成本低。而且，在變頻器完成安全上電后，還可以利用該交流繞組為風(fēng)機(jī)、控制電路供電，使變頻器的運(yùn)行不受工廠低壓控制電源中斷的影響。


圖1為傳統(tǒng)的帶有限流電阻的低壓交-直-交電壓源型變頻器結(jié)構(gòu)示意2為三電平高壓電壓源型交-直-交變頻器結(jié)構(gòu)示意3為功率模塊單元串聯(lián)構(gòu)成的高壓電壓源型交-直-交變頻器結(jié)構(gòu)示意4為本發(fā)明改進(jìn)后高壓大功率變頻器多副邊繞組變壓器局部結(jié)構(gòu)示意圖(一)圖5為本發(fā)明改進(jìn)后高壓大功率變頻器多副邊繞組變壓器局部結(jié)構(gòu)示意圖(二)圖6為本發(fā)明改進(jìn)后多副邊繞組變壓器局部結(jié)構(gòu)示意圖(三)圖7為本發(fā)明改進(jìn)后多副邊繞組變壓器局部結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
由圖1～圖3可知，高壓電壓源型大功率變壓器與低壓電壓源型變頻器的區(qū)別在于高壓大功率變頻器除了包括有整流1、濾波2、逆變5三部分外，在整流部分和電網(wǎng)之間還設(shè)有一具有多副邊繞組的整流變壓器6。
本發(fā)明根據(jù)高壓大功率變壓器的這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為了限制充電電流，減少電網(wǎng)對(duì)高壓大功率變頻器的上電沖擊，如圖4所示，本發(fā)明在變頻器整流變壓器6的原邊和電網(wǎng)高壓開關(guān)之間串聯(lián)一可以限制充電電流的緩沖電路7。
如圖4所示，該緩沖電路7由限流電阻71和旁路開關(guān)72構(gòu)成。限流電阻71串聯(lián)在整流變壓器6原邊每一相繞組與電網(wǎng)高壓開關(guān)之間；在每一個(gè)限流電阻71旁邊還并聯(lián)一旁路開關(guān)72。在上電之前，旁路開關(guān)72處于斷開狀態(tài)，當(dāng)變頻器系統(tǒng)開關(guān)閉合后，限流電阻71將限制流過整流變壓器6的激磁和充電電流，一定時(shí)間以后，即跨接在整流部分1和逆變部分5之間的濾波電容2充電過程完成后，閉合旁路開關(guān)72，將限流電阻71旁路掉，使系統(tǒng)進(jìn)入正常的工作狀態(tài)。
由于整流變壓器的原邊側(cè)為高壓部分，所以，構(gòu)成緩沖電路7的限流電阻器1和旁路開關(guān)2均為高壓器件。
圖4中，限流電阻71也可以用限流電感代替，一般來講，限流電感的體積要稍大一些，才能達(dá)到與限流電阻相同的效果，但是不消耗有功功率；還有，在使用限流電感的場(chǎng)合，如果系統(tǒng)對(duì)電壓降落和功率因數(shù)要求不高，可以省掉旁路開關(guān)72。
為了限制充電電流，減少電網(wǎng)對(duì)高壓大功率變頻器的上電沖擊，如圖5所示，還可以將緩沖電路7設(shè)置在在變頻器整流變壓器6的副邊，該緩沖電路7由增設(shè)在多副邊繞組變壓器6副邊的交流繞組73和調(diào)壓電路74構(gòu)成。
一般的高壓大功率變頻器均有兩個(gè)供電電源，一個(gè)是低壓控制電源，其電壓等級(jí)與工廠的控制電源一致，一般為380V；另一個(gè)為高壓動(dòng)力電源。本發(fā)明所述的交流繞組73通過調(diào)壓電路74與低壓控制電源相連。當(dāng)變頻器系統(tǒng)未上電時(shí)，即變壓器6的原邊未與高壓動(dòng)力電源相連時(shí)，先在交流繞組73上施加一低壓控制電源，使整流變壓器6的其它繞組上感應(yīng)出正常的工作電壓，從而使變頻器整流部分1和逆變部分5之間的濾波電容2先行充電；待電容2充電完成后，再使變壓器6的原邊與高壓動(dòng)力電源相連，使電容2再進(jìn)一步充電；從而限制充電電流，減少電網(wǎng)對(duì)高壓大功率變頻器的上電沖擊。
所述調(diào)壓電路74由一個(gè)交流開關(guān)741和一個(gè)普通調(diào)壓器742構(gòu)成。在變頻器高壓動(dòng)力電源上電之前，先閉合交流開關(guān)741，調(diào)節(jié)調(diào)壓器742，使變壓器6副邊各繞組的電壓由零逐步上升到額定電壓，此過程完成后，跨接在整流部分和逆變部分之間的濾波電容已經(jīng)完成了充電過程，此時(shí)，斷開交流開關(guān)741，再閉合變頻器高壓動(dòng)力電源開關(guān)，使系統(tǒng)正常上電，從而減少變頻器的上電沖擊。
調(diào)壓器742可以由普通的手動(dòng)自耦調(diào)壓器構(gòu)成，上電之前由人工手動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)充電過程；也可以由電動(dòng)調(diào)壓器構(gòu)成。當(dāng)變頻器控制系統(tǒng)上電之后，由變頻器的控制部分發(fā)出一個(gè)指令信號(hào)，自動(dòng)完成充電過程，待充電過程完成之后，再發(fā)出一個(gè)指令斷開交流開關(guān)741，允許系統(tǒng)高壓動(dòng)力電源閉合。
上述調(diào)壓電路74也可由目前較先進(jìn)的功率電子電源構(gòu)成，圖6和圖7分別給出一個(gè)實(shí)例，圖6所示的調(diào)壓電路74由可控硅組成的可控橋構(gòu)成，它可以平滑地調(diào)節(jié)施加到交流繞組73上的電壓，實(shí)現(xiàn)與調(diào)壓器相同的功能。
圖7則是另外一種較為先進(jìn)的形式，可以使用通用的變頻調(diào)速技術(shù)，實(shí)現(xiàn)交流繞組73電壓的平滑調(diào)節(jié)。
在變壓器副邊附加一個(gè)與控制電源電壓相同的交流繞組，在變頻器系統(tǒng)接通高壓電源前，可以減少系統(tǒng)上電沖擊，完成對(duì)儲(chǔ)能元件的充電；在變頻器系統(tǒng)接通高壓電源后，該交流繞組還可以給風(fēng)機(jī)、控制電路供電，增加變頻器的可靠性。因?yàn)?，變頻器的控制電源是與工廠內(nèi)的其它許多用電設(shè)備連在一起的，由于設(shè)備的維修或者切換，常常會(huì)造成供電的中斷，從而威脅變頻器的運(yùn)行安全，所以，當(dāng)變頻器系統(tǒng)接通高壓電源后，利用變頻器自身變壓器的該交流繞組給風(fēng)機(jī)、控制電路供電，可以確保當(dāng)其他操作人員誤操作，使工廠的控制電源掉電后，變頻器的控制電路、風(fēng)機(jī)仍然可以正常工作，使變頻器的運(yùn)行不受工廠控制電源中斷的影響。
以上所述是本發(fā)明的具體實(shí)施例及所運(yùn)用的技術(shù)原理，任何基于本發(fā)明技術(shù)方案基礎(chǔ)上的等效變換，均屬于本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)型高壓大功率變頻器，它包括多副邊繞組整流變壓器、整流部分、濾波部分、逆變部分，其特征在于在所述多副邊繞組整流變壓器上增設(shè)一緩沖電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)型高壓大功率變頻器，其特征在于所述緩沖電路串聯(lián)在所述多副邊繞組整流變壓器的原邊與電網(wǎng)高壓開關(guān)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的改進(jìn)型高壓大功率變頻器，其特征在于所述緩沖電路由限流電阻和旁路開關(guān)構(gòu)成；所述限流電阻串聯(lián)在整流變壓器原邊每一相繞組與電網(wǎng)高壓開關(guān)之間；在每一個(gè)限流電阻旁邊還并聯(lián)一旁路開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的改進(jìn)型高壓大功率變頻器，其特征在于所述緩沖電路由限流電感和旁路開關(guān)構(gòu)成；所述限流電感串聯(lián)在整流變壓器原邊每一相繞組與電網(wǎng)高壓開關(guān)之間；在每一個(gè)限流電感旁邊還并聯(lián)一旁路開關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的改進(jìn)型高壓大功率變頻器，其特征在于所述緩沖電路由限流電感構(gòu)成；所述限流電感串聯(lián)在整流變壓器原邊每一相繞組與電網(wǎng)高壓開關(guān)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)型高壓大功率變頻器，其特征在于所述緩沖電路由增設(shè)在所述多副邊繞組整流變壓器副邊的交流繞組和調(diào)壓電路構(gòu)成，所述交流繞組通過調(diào)壓電路與變頻器的低壓控制電源相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的改進(jìn)型高壓大功率變頻器，其特征在于所述調(diào)壓電路由一交流開關(guān)和一普通調(diào)壓器串聯(lián)構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的改進(jìn)型高壓大功率變頻器，其特征在于所述調(diào)壓電路為一可控硅橋。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的改進(jìn)型高壓大功率變頻器，其特征在于所述調(diào)壓電路由整流橋、濾波電容、逆變橋構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改進(jìn)型高壓大功率變頻器，其特征在于在所述多副邊繞組整流變壓器的原邊與電網(wǎng)高壓開關(guān)之間串聯(lián)有一緩沖電路；或在變頻器多副邊繞組整流變壓器的副邊增設(shè)有一個(gè)交流繞組，該交流繞組與變頻器的低壓控制電源相連。在變頻器高壓動(dòng)力電源上電之初，可以通過所述緩沖電路限制充電電流，減少電網(wǎng)對(duì)變頻器的上電沖擊?；蛘?，在變頻器接通高壓動(dòng)力電源之前，通過所述交流繞組減少電網(wǎng)對(duì)變頻器的上電沖擊。本發(fā)明與傳統(tǒng)的限流方法相比，既實(shí)現(xiàn)了限制充電電流、減少電網(wǎng)對(duì)變頻器的上電沖擊，又減小了元器件的數(shù)目，提高了系統(tǒng)的可靠性，體積小，成本低。
文檔編號(hào)H02M5/44GK1545198SQ0312647
公開日2004年11月10日 申請(qǐng)日期2003年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月28日
發(fā)明者倚鵬, 鵬 倚 申請(qǐng)人:北京利德華福電氣技術(shù)有限公司