專利名稱：基于具有多個(gè)分支繞組的交流電動(dòng)機(jī)的高壓變頻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種高壓變頻系統(tǒng)，是一種特殊的高壓變低壓類型的高壓變頻系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)高壓變頻器有兩種，交---交變頻器和交---直---交變頻器。交---直---交變頻又分電流源型和電壓源型。交---直---交電流源型變頻器分串聯(lián)二極管式、輸出濾波器換相式、負(fù)載換相式、GTO-PWM式。交---直---交電壓源型變頻器分多電平式、單元串聯(lián)多重化式、直接串聯(lián)式。這些形式的變頻器各有其優(yōu)缺點(diǎn)。
比起高壓變頻器，低壓變頻器簡單、技術(shù)成熟很多。
在交流電機(jī)領(lǐng)域，高壓、低壓是可以互相轉(zhuǎn)換的，把一個(gè)高壓電動(dòng)機(jī)的繞組按匝數(shù)等分成N個(gè)分繞組，按原來的首尾、原來的連接方式把這N個(gè)分繞組并聯(lián)起來，通上原來電壓的1/N，則這個(gè)新的低壓電動(dòng)機(jī)在性能上與原來的高壓電動(dòng)機(jī)是一樣的。反過來，也是一樣的，條件是耐壓要夠。例如，把一個(gè)10KV的高壓交流電動(dòng)機(jī)的繞組按匝數(shù)等分成10個(gè)繞組，并把這10個(gè)分繞組的端子都引出來，按原來的首尾、原來的連接方式并聯(lián)起來，通上1KV的電壓，則這個(gè)1KV電壓的電動(dòng)機(jī)在性能上與原來高壓電動(dòng)機(jī)是完全一樣的。
電力系統(tǒng)中，電壓升得這么高，主要是為了減少傳輸過程中的損耗。而對(duì)一個(gè)就在變壓器旁的大容量電動(dòng)機(jī)，因電纜線路很近，選用高壓電動(dòng)機(jī)和低壓電動(dòng)機(jī)是一樣，線路損耗、銅材消耗不會(huì)有很大差別。
實(shí)用新型的內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是利用在交流電機(jī)領(lǐng)域高壓、低壓互相轉(zhuǎn)換的原理，把高壓變頻器、高壓電動(dòng)機(jī)簡化為成熟的低壓問題處理。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用下述方案本實(shí)用新型包括主電路、控制電路，主電路包括高壓交流電源、高壓變壓器(有的系統(tǒng)可無)、整流電路、過電流保護(hù)電路、電容濾波器、逆變器和交流電動(dòng)機(jī)。其他與一般的高壓變頻器主要原理是一樣的，主要不同點(diǎn)在于本實(shí)用新型的交流電動(dòng)機(jī)為具有多個(gè)分支繞組的交流電動(dòng)機(jī)，是本人的實(shí)用新型專利“具有多種控制方式的電機(jī)”在交流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用，一臺(tái)這種具有多個(gè)分支繞組的交流電動(dòng)機(jī)可以和多個(gè)逆變器連接，一個(gè)逆變器的輸出連接一個(gè)分支繞組，一個(gè)逆變器并一個(gè)濾波電容，并有濾波電容的逆變器與直流電源的連接可分多種情況一、多個(gè)逆變器按正、負(fù)極相間依次串聯(lián)連接一個(gè)直流電源。二、多個(gè)逆變器的輸入并聯(lián)起來連到一個(gè)共同的直流電源。三、多個(gè)逆變器各自連接不同的直流電源。四、多個(gè)逆變器分成幾組連接幾種直流電源。具有多個(gè)分支繞組的交流電動(dòng)機(jī)同個(gè)分支繞組的繞線具有相同的截面積、匝數(shù)和纏繞方向，不同的分支繞組之間，其繞線的截面積、匝數(shù)和纏繞方向不相同或相同，這需要多種逆變器與這些分支繞組相適配，多種逆變器與多個(gè)直流電源又有多種不同的連接方式，加上整流器與變壓器連接方式的多樣化和交流電源的不同，形成了很多種基于具有多個(gè)分支繞組的交流電動(dòng)機(jī)的高壓變頻系統(tǒng)。
全部逆變器橋臂的開關(guān)可同時(shí)按同一個(gè)調(diào)制方式進(jìn)行，也可為達(dá)到整體效果最佳每個(gè)逆變器橋臂的開關(guān)按各自的調(diào)制方式進(jìn)行，可采用多重化和多電平移相式PWM技術(shù)。
根據(jù)需要可實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行以便能量回饋，也可實(shí)現(xiàn)直流放電制動(dòng)，達(dá)到快速制動(dòng)目的。
交流電動(dòng)機(jī)分支繞組達(dá)到十左右時(shí)，系統(tǒng)已有很高的可靠性，因?yàn)槿我唤M單元出故障，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)有大的影響。為進(jìn)一部提高系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)可易于采用模塊化和冗余化設(shè)計(jì)，每個(gè)模塊的輸出電源的頻率、相位、電壓、電流的自動(dòng)調(diào)整基于總交流電源的頻率、相位、電壓、電流進(jìn)行，以無“公共故障點(diǎn)”的方法實(shí)現(xiàn)每個(gè)模塊輸出電源同步并均分負(fù)載電流及將出故障的模塊快速退出的調(diào)控功能。
對(duì)一些滿負(fù)荷、輕負(fù)荷交替運(yùn)行的設(shè)備，為節(jié)約滿負(fù)荷時(shí)變頻器自身的損耗和降低變頻設(shè)備的投資，可選擇接觸器和變頻器同時(shí)拖動(dòng)具有多個(gè)分支繞組的交流電動(dòng)機(jī)，一些分支繞組由接觸器供電，一些分支繞組由變頻器供電，滿負(fù)荷時(shí)，接觸器和變頻器共同以市電頻率供電，輕負(fù)荷時(shí)，僅由變頻器單獨(dú)降頻供電。變頻器自動(dòng)追蹤市電同頻率、同相位和與接觸器按比例分配負(fù)荷電流。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。


圖一 本實(shí)用新型所述多個(gè)小容量高壓變壓器方案示意圖。
圖二 本實(shí)用新型所述單個(gè)大容量高壓變壓器方案示意圖。
圖三 本實(shí)用新型所述無高壓變壓器方案示意圖。
具體實(shí)施方式
以下僅就相同截面積、匝數(shù)、纏繞方向的多分支繞組且經(jīng)過簡單的連接高壓、低壓易于轉(zhuǎn)換的交流電動(dòng)機(jī)舉幾個(gè)例子。對(duì)新制造的大容量交流電動(dòng)機(jī)，把原來每相高壓繞組按同樣的匝數(shù)等分成多個(gè)分支繞組，每個(gè)分支繞組的兩端都引出交流電動(dòng)機(jī)外，經(jīng)過簡單的連接，這個(gè)交流電動(dòng)機(jī)可以選擇在高壓狀態(tài)下或低壓狀態(tài)下運(yùn)行，當(dāng)然，為了省錢也可只考慮在低壓狀態(tài)下運(yùn)行。對(duì)舊的大容量交流電動(dòng)機(jī)可在現(xiàn)場(chǎng)拆分繞組改成多分支繞組的交流電動(dòng)機(jī)。
有三個(gè)例子一、包括數(shù)個(gè)有移相輸出繞組的高壓變低壓的小容量變壓器(BY1、BY2---BYN)、數(shù)個(gè)變頻器(B1、B2---BN)和一個(gè)具有數(shù)個(gè)分支繞組(R1、R2---RN)的大容量電動(dòng)機(jī)，其中，變壓器、變頻器、分支繞組的數(shù)量是相同的，變壓器、變頻器、分支繞組各一個(gè)構(gòu)成一組。變壓器移相繞組的角度(Y1、Y2---YN)沒有特殊要求，只要能均勻移相，達(dá)到輸入功率因素高、諧波含量少就行。如圖一示，稱多個(gè)小容量高壓變壓器方案。這個(gè)方案非常適合模塊化和冗余化設(shè)計(jì)，能大大提高系統(tǒng)可靠性。這個(gè)方案若高壓交流電源為高頻電源，則變壓器體積可大大縮小，變壓器可裝入變頻器中。二、包括一個(gè)具有兩個(gè)移相輸出繞組的高壓變低壓的大容量變壓器、兩個(gè)整流器、數(shù)個(gè)濾波電容(D1、D2---DN)、數(shù)個(gè)逆變器(NB1、NB2---NBN)、一個(gè)具有數(shù)個(gè)分支繞組(R1、R2---RN)的大容量交流電動(dòng)機(jī)，其中，濾波電容的數(shù)量與逆變器的數(shù)量與分支繞組數(shù)量相同，一個(gè)濾波電容并一個(gè)逆變器，一個(gè)逆變器連接一個(gè)分支繞組。若進(jìn)一步提高輸入功率因素和降低諧波含量，可增加變壓器的移相輸出繞組數(shù)量和整流器數(shù)量，并且變壓器的輸出繞組的移相角度也要改變。如圖二示，稱單個(gè)大容量高壓變壓器方案。這個(gè)方案，也可按例子一更改，改成包括一個(gè)具有數(shù)個(gè)移相輸出繞組的高壓變低壓的大容量變壓器、數(shù)個(gè)變頻器和一個(gè)具有數(shù)個(gè)分支繞組的大容量電動(dòng)機(jī)。其中，變頻器、分支繞組數(shù)量相同，一個(gè)變頻器輸出連接一個(gè)分支繞組。三、包括一個(gè)具有兩個(gè)移相輸出繞組的超高壓變高壓的大容量變壓器、兩個(gè)整流器、多個(gè)濾波電容(D1、D2---DN)、多個(gè)按正、負(fù)極相間依次串聯(lián)連接的逆變器(NB1、NB2---NBN)、一個(gè)具有數(shù)個(gè)分支繞組(R1、R2---RN)的大容量交流電動(dòng)機(jī)，其中，濾波電容的數(shù)量與逆變器的數(shù)量與分支繞組的數(shù)量相同，一個(gè)濾波電容并一個(gè)逆變器，一個(gè)逆變器連接一個(gè)分支繞組。如圖三示，稱無高壓變壓器方案。
本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)1、在距電動(dòng)機(jī)就近的地方，把原來的高壓變頻器和高壓電動(dòng)機(jī)改成低壓的變頻器和低壓的電動(dòng)機(jī)，價(jià)格大大降低和系統(tǒng)變得簡單、成熟。
2、有利于模塊化和冗余設(shè)計(jì)，給制造、裝配、運(yùn)行帶來方便，可靠性高。
3、有利于實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行和能量回饋，有利于采用直流放電制動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)快速制動(dòng)。
4、輸入諧波含量小和輸入功率因素高，輸出波形好，輸出諧
5、波含量小，無需功率因素補(bǔ)償和諧波抑制器。和加上有多個(gè)逆變器可用較低的頻率運(yùn)行，系統(tǒng)效率高。輸出du/dt很低。
權(quán)利要求1.一種高壓變頻系統(tǒng)，包括主電路、控制電路，主電路包括高壓交流電源、高壓變壓器(有的系統(tǒng)可無)、整流電路、過電流保護(hù)電路、電容濾波器、逆變器和交流電動(dòng)機(jī)，其特征是所述的基于具有多個(gè)分支繞組的交流電動(dòng)機(jī)的高壓變頻系統(tǒng)的交流電動(dòng)機(jī)為具有多個(gè)分支繞組的交流電動(dòng)機(jī)，是本人的實(shí)用新型專利“具有多種控制方式的電機(jī)”在交流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用，一臺(tái)這種具有多個(gè)分支繞組的交流電動(dòng)機(jī)可以和多個(gè)逆變器連接，一個(gè)逆變器的輸出連接一個(gè)分支繞組，一個(gè)逆變器并一個(gè)濾波電容，并有濾波電容的逆變器與直流電源的連接可分多種情況一、多個(gè)逆變器按正、負(fù)極相間依次串聯(lián)連接一個(gè)直流電源；二、多個(gè)逆變器的輸入并聯(lián)起來連到一個(gè)共同的直流電源；三、多個(gè)逆變器各自連接不同的直流電源；四、多個(gè)逆變器分成幾組連接幾種直流電源；具有多個(gè)分支繞組的交流電動(dòng)機(jī)同個(gè)分支繞組的繞線具有相同的截面積、匝數(shù)和纏繞方向，不同的分支繞組之間，其繞線的截面積、匝數(shù)和纏繞方向不相同或相同，這需要多種逆變器與這些分支繞組相適配，多種逆變器與多個(gè)直流電源又有多種不同的連接方式，加上直流電源整流器與變壓器連接方式的多樣化和交流電源的不同，形成了很多種基于具有多個(gè)分支繞組的交流電動(dòng)機(jī)的高壓變頻系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于具有多個(gè)分支繞組的交流電動(dòng)機(jī)的高壓變頻系統(tǒng)，其特征是全部逆變器橋臂的開關(guān)可同時(shí)按同一個(gè)調(diào)制方式進(jìn)行，也可為達(dá)到整體效果最佳每個(gè)逆變器橋臂的開關(guān)按各自的調(diào)制方式進(jìn)行，可采用多重化和多電平移相式PWM技術(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的基于具有多個(gè)分支繞組的交流電動(dòng)機(jī)的高壓變頻系統(tǒng)，其特征是根據(jù)需要可實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行以便能量回饋，也可實(shí)現(xiàn)直流放電制動(dòng)，達(dá)到快速制動(dòng)目的。
4.如權(quán)利要求1所述的基于具有多個(gè)分支繞組的交流電動(dòng)機(jī)的高壓變頻系統(tǒng)，其特征是系統(tǒng)可易于采用模塊化和冗余化設(shè)計(jì)，每個(gè)模塊的輸出電源的頻率、相位、電壓、電流的自動(dòng)調(diào)整基于總交流電源的頻率、相位、電壓、電流進(jìn)行，以無“公共故障點(diǎn)”的方法實(shí)現(xiàn)每個(gè)模塊輸出電源同步并均分負(fù)載電流及將出故障的模塊快速退出的調(diào)控功能。
5.如權(quán)利要求1所述的基于具有多個(gè)分支繞組的交流電動(dòng)機(jī)的高壓變頻系統(tǒng)，其特征是對(duì)一些滿負(fù)荷、輕負(fù)荷交替運(yùn)行的設(shè)備，可選擇接觸器和變頻器同時(shí)拖動(dòng)具有多個(gè)分支繞組的交流電動(dòng)機(jī)，一些分支繞組由接觸器供電，一些分支繞組由變頻器供電，滿負(fù)荷時(shí)，接觸器和變頻器共同以市電頻率供電，輕負(fù)荷時(shí)，僅由變頻器單獨(dú)降頻供電。
6.如權(quán)利要求5所述的基于具有多個(gè)分支繞組的交流電動(dòng)機(jī)的高壓變頻系統(tǒng)，其特征是變頻器自動(dòng)追蹤市電同頻率、同相位和與接觸器按比例分配負(fù)荷電流。
7.如權(quán)利要求1所述的基于具有多個(gè)分支繞組的交流電動(dòng)機(jī)的高壓變頻系統(tǒng)，其特征是包括數(shù)個(gè)高壓變低壓的小容量變壓器(BY1、BY2---BYN)、數(shù)個(gè)變頻器(B1、B2---BN)和一個(gè)具有數(shù)個(gè)分支繞組(R1、R2---RN)的大容量交流電動(dòng)機(jī)，其中，變壓器、變頻器、分支繞組的數(shù)量是相同的，變壓器、變頻器、分支繞組各一個(gè)構(gòu)成一組，稱多個(gè)小容量高壓變壓器方案。
8.如權(quán)利要求7所述的基于具有多個(gè)分支繞組的交流電動(dòng)機(jī)的高壓變頻系統(tǒng)，其特征是變壓器移相繞組的角度(Y1、Y2---YN)，能均勻移相，達(dá)到輸入功率因素高、諧波含量少。
9.如權(quán)利要求7所述的基于具有多個(gè)分支繞組的交流電動(dòng)機(jī)的高壓變頻系統(tǒng)，其特征是若高壓交流電源為高頻電源，則變壓器體積可大大縮小，變壓器可裝入變頻器中。
10.如權(quán)利要求1所述的基于具有多個(gè)分支繞組的交流電動(dòng)機(jī)的高壓變頻系統(tǒng)，其特征是包括一個(gè)具有兩個(gè)移相輸出繞組的高壓變低壓的大容量變壓器、兩個(gè)整流器、數(shù)個(gè)濾波電容(D1、D2---DN)、數(shù)個(gè)逆變器(NB1、NB2---NBN)、一個(gè)具有數(shù)個(gè)分支繞組(R1、R2---RN)的大容量交流電動(dòng)機(jī)，其中，濾波電容的數(shù)量與逆變器的數(shù)量與分支繞組數(shù)量相同，一個(gè)濾波電容并一個(gè)逆變器，一個(gè)逆變器連接一個(gè)分支繞組，稱單個(gè)大容量高壓變壓器方案。
11.如權(quán)利要求10所述的基于具有多個(gè)分支繞組的交流電動(dòng)機(jī)的高壓變頻系統(tǒng)，其特征是若進(jìn)一步提高輸入功率因素和降低諧波含量，可增加變壓器的移相輸出繞組數(shù)量和整流器數(shù)量，并且變壓器的輸出繞組的移相角度也要改變。
12.如權(quán)利要求1所述的基于具有多個(gè)分支繞組的交流電動(dòng)機(jī)的高壓變頻系統(tǒng)，其特征是包括一個(gè)具有數(shù)個(gè)移相輸出繞組的高壓變低壓的大容量變壓器、數(shù)個(gè)變頻(B1、B2---BN)和一個(gè)具有數(shù)個(gè)分支繞組(R1、R2---RN)的大容量交流電動(dòng)機(jī)，其中，變頻器、分支繞組數(shù)量相同，一個(gè)變頻器連結(jié)一個(gè)分支繞組。
13.如權(quán)利要求1所述的基于具有多個(gè)分支繞組的交流電動(dòng)機(jī)的高壓變頻系統(tǒng)，其特征是包括一個(gè)具有兩個(gè)移相輸出繞組的超高壓變高壓的大容量變壓器、兩個(gè)整流器、多個(gè)濾波電容(D1、D2---DN)、多個(gè)按正、負(fù)極相間依次串聯(lián)連接的逆變(NB1、NB2---NBN)、一個(gè)具有數(shù)個(gè)分支繞組(R1、R2---RN)的大容量交流電動(dòng)機(jī)，其中，濾波電容的數(shù)量與逆變器的數(shù)量與分支繞組的數(shù)量相同，一個(gè)逆變器并一個(gè)濾波電容，一個(gè)逆變器連接一個(gè)分支繞組，稱無高壓變壓器方案。
14.如權(quán)利要求13所述的基于具有多個(gè)分支繞組的交流電動(dòng)機(jī)的高壓變頻系統(tǒng)，其特征是若進(jìn)一步提高輸入功率因素和降低諧波含量，可增加變壓器的移相輸出繞組數(shù)量和整流器數(shù)量，并且變壓器的輸出繞組的移相角度也要改變。
專利摘要一種高壓變頻系統(tǒng)，是一種特殊的高壓變低壓類型的高壓變頻系統(tǒng)。主要包括一臺(tái)具有多個(gè)分支繞組的交流電動(dòng)機(jī)和多個(gè)逆變器，一個(gè)逆變器的輸出連接一個(gè)分支繞組，一個(gè)逆變器并一個(gè)濾波電容，并有濾波電容的逆變器與直流電源的連接可分多種情況一、多個(gè)逆變器按正、負(fù)極相間依次串聯(lián)連接一個(gè)直流電源。二、多個(gè)逆變器的輸入并聯(lián)起來連到一個(gè)共同的直流電源。三、多個(gè)逆變器各自連接不同的直流電源。四、多個(gè)逆變器分成幾組連接幾種直流電源。加上整流器與變壓器連接方式的多樣化和交流電源的不同，形成了很多種基于具有多個(gè)分支繞組的交流電動(dòng)機(jī)的高壓變頻系統(tǒng)?？梢园迅邏鹤冾l器、高壓電動(dòng)機(jī)簡化為成熟的低壓問題處理。
文檔編號(hào)H02M5/02GK2684460SQ20042001521
公開日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2004年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月1日
發(fā)明者丁振榮 申請(qǐng)人:丁振榮