專利名稱：一種功率單元串聯(lián)的高壓變頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功率單元串聯(lián)的高壓變頻器，尤指一種對變壓器副邊繞組 與功率單元連接方式進行改進的功率單元串聯(lián)的高壓變頻器。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器作為電力電子技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，在國民經(jīng)濟 的各個領(lǐng)域如冶金、石化、自來水、電力等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，并發(fā)揮著越來越 重要的作用，特別是，高壓大功率變頻器的應(yīng)用日漸廣泛。而由如圖l所示的功率
單元1串聯(lián)構(gòu)成的高壓大功率變頻器(如圖2所示)作為適合中國國情、性能優(yōu)異 的高壓變頻器，受到眾多變頻器生產(chǎn)廠商、科研院所、工程技術(shù)人員、用戶的青睞， 顯示了其方興未艾的前景。此高壓變頻器結(jié)構(gòu)已經(jīng)由中國專利97100477公開，它 主要由多副邊繞組變壓器2、多個功率單元1和控制系統(tǒng)構(gòu)成。
這種由多個功率單元串聯(lián)構(gòu)成的高壓變頻器的結(jié)構(gòu)特點是在電網(wǎng)側(cè)有一個整 流變壓器2，此整流變壓器有N個副邊繞組，每一個副邊繞組與一個功率單元相逸 分別給各個串聯(lián)的功率單元供電。為了抑制對電網(wǎng)的諧波，這些副邊繞組采用曲折 繞法，達到移相的效果。在電路原理上，此整流變壓器的作用起到了隔離的作用， 使各功率單元相互之間在輸入側(cè)隔離，這樣，由于功率單元的逆變橋在輸出側(cè)相互 串聯(lián)，功率單元的整體電位就會逐級提高。
以圖2為例，相對于中點O，功率單元A1、 Bl、 Cl的輸出電壓并不高，假定 每個功率單元的輸出電壓為6卯V，那么A1的輸出電壓為6卯V，對于B1、 Cl也 如此。但是，由于A2、 B2、 C2與A1、 Bl、 Cl是串聯(lián)的，那么，Al和A2串聯(lián) 的輸出電壓就是690V的兩倍，即1380V。當有5個功率單元串聯(lián)時，Al到A5的 輸出電壓是3450V，同樣的情況也會在Bl到B5、 Cl到C5上出現(xiàn)。最終到電機上 的U、 V、 W三個端子，對中點O的電壓分別是3450V。
眾所周知，變頻器的負載一般是三相交流電機，對于交流電機而言，三相的電 壓相位必須相差120度這在電機控制的PWM波形中可以實I見經(jīng)過這樣的處迅 上述U、 V、 W三個端子相互之間的電壓為^x3450-5975F。即大致為6KV。
專利97100477以及各類文獻中，并未提及構(gòu)成上述高壓變頻器的整流變壓器 副邊繞組的排列方式，尤其是變壓器副邊多個繞組與每個功率單元的排列方式。在 一般的現(xiàn)有產(chǎn)品中，整流變壓器的結(jié)構(gòu)如圖3所示。為了說明問題，圖3僅以5級
串聯(lián)的形式示例。變壓器一般為常規(guī)的三相柱式變壓器，由于變壓器的副邊繞組抽 頭較多，因此一般將原邊高壓繞組置于內(nèi)側(cè)，副邊繞組置于外側(cè)，將三相功率單元 所需要的副邊繞組分為三組，每組內(nèi)有5個移相的三相繞組，如Wal、 Wa2 、……
Wa5， Wbl、 Wb2 、 ......Wb5， Wcl、 Wc2 、 ......We5，移相的角度分別為0、 ±
12Q、 ±24Q，這5個繞組在變壓器外側(cè)從上到下順序排列的。為了工藝上的方便， 通常，變壓器副邊每組繞組與變頻器功率單元都采取順序連接的方式進行連接，以 A相的5個單元為例，副邊繞組Wal接功率單元Al， Wa2接功率單元A2，…… Wa5接功率單元A5;或者反過來的順序，即Wa5接功率單元Al， Wa4接功率單 元A2，……Wal接功率單元A5。對于B相和C相的功率單元也釆用相同的方式 與副邊繞組順序連接。從工藝上看，這樣的副邊繞組排列方式和副邊繞組與功率單 元的連接方式相當整齊。
對于這種傳統(tǒng)的變壓器繞組排列方式，變壓器副邊繞組之間的隔離電壓應(yīng) 該如此考慮由于每一相內(nèi)的功率單元的電壓是逐級升高的，所以每組內(nèi)相鄰 兩個功率單元之間的電壓并不高，比如W1和W2之間，考慮690V的電壓升 高就可以了；但是，隨著串聯(lián)級數(shù)的增多，比如5級串聯(lián)的情況，Wal和Wa5 之間，則有3450V的電壓升高；對于A相的Wa5和B相的Wbl繞組，雖然 物理上相鄰，卻要考慮至少3450V的絕緣需要。所以在制造變壓器時，每組之 間至少要留出足夠的絕緣距離，來保證這個工作電壓的需要。這個絕緣距離， 增加了變壓器的鐵心高度，浪費了材料，并使變壓器的特性變差。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述原因，本發(fā)明的目的是提供一種通過改變變壓器副邊繞組與功率 單元之間的連接方式，提高變壓器特性，降低變頻器成本的功率單元串聯(lián)的高 壓變頻器。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案 一種功率單元串聯(lián)的高壓變 頻器，由電網(wǎng)側(cè)的整流變壓器、3XN個功率單元和控制系統(tǒng)構(gòu)成；所述整流 變壓器有3XN個副邊繞組，每一個副邊繞組與一個功率單元的輸入端相連； 每個功率單元的最大輸出電壓為V;功率單元每N個串聯(lián)構(gòu)成一相，3相之間 為星型接法；其特征在于
所述整流變壓器的副邊繞組被分為3組，每組N個，分別為Wal，…WaN;
Wbl，…WbN; Wel，WeN;這些繞組順序排列；其中有一組副邊繞組與功
率單元的連接順序，與其他兩組副邊繞組與功率單元的連接順序相反。
所述變壓器副邊繞組中與靠近星型接法中性點的三個功率單元Al、 Bl、Cl相連的3個副邊繞組，有兩個是相鄰的。
所述變壓器3組副邊繞組相鄰兩組之間的絕緣電壓，有一個不小于V，另 外一個不小于NXV。
由于本發(fā)明整流變壓器3組副邊繞組中的一組副邊繞組與功率單元的連接 順序，與其他兩組副邊繞組與功率單元的連接順序相反，所以，對于變壓器3 組副邊繞組相鄰兩組之間的絕緣電壓，有一個按照工作電壓不小于V來設(shè)計， 另外一個按照工作電壓不小于NXV來設(shè)計即可。這樣，按照本發(fā)明提出的方 案，變壓器可以減小一部分絕緣距離，由于高壓變頻器的功率一般都較大，因 此配套的變壓器功率也較大，目前，硅鋼片和銅線的價格都在高位運行，而高 壓變頻器的市場需求量在不斷增大，所以，由于這一部分絕緣距離的減小，可 以帶來比較明顯的變壓器成本的下降，同時，還提高了變壓器的特性。


圖1為現(xiàn)有的功率單元結(jié)構(gòu)示意圖2為現(xiàn)有的功率單元串聯(lián)的高壓變頻器結(jié)構(gòu)示意圖3為傳統(tǒng)的多副邊繞組整流變壓器結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明變壓器副邊繞組與功率單元連接關(guān)系示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明公開的功率單元串聯(lián)的高壓變頻器主要由電網(wǎng)側(cè)的多副邊繞組變 壓器、3XN個功率單元和控制系統(tǒng)構(gòu)成，每個功率單元的最大輸出電壓為V， 變壓器的副邊繞組分別連接功率單元；功率單元每N個串聯(lián)構(gòu)成一相，即功率 單元A1-AN順序串聯(lián)，功率單元B1-BN順序串聯(lián)，功率單元C1-CN順序串聯(lián)， 三相之間為星型接法，靠近星型接法中性點的三個功率單元A1、 Bl、 Cl的一 個輸出端連接形成中點O，給交流電機或其他負載供電。
本發(fā)明與現(xiàn)有的功率單元串聯(lián)高壓變頻器的區(qū)別在于本發(fā)明對變壓器副 邊繞組與功率單元之間的連接方式進行了改進。將變壓器的副邊繞組分為3組， 每組N個，分別為Wap…WaN; Wbl，…WbN; Wcl,…WcN;這些繞組順 序排列，每一個副邊繞組與一個功率單元的輸入端相連；其中有一組副邊繞組 與功率單元的連接順序，與其他兩組副邊繞組與功率單元的連接順序相反，使 與功率單元A1、 Bl、 Cl相連的3個變壓器副邊繞組，有兩個是相鄰的。
圖4為本發(fā)明具體實施例副邊繞組與功率單元連接關(guān)系示意圖。如圖所 示，本發(fā)明將變壓器副邊繞組分為a、 b、 c三組，每組N個，圖中以N-5為 例，分別為Ww，…Wa5; Wbl，…Wb5; Wcl，…Wc5。將a組副邊繞組中的 Wal與功率單元A5的輸入端相連，Wa2接功率單元A4,…Wa5接功率單元Al;
而，將b組副邊繞組中的Ww接功率單元Bl， Wb2接功率單元B2，…Wbs接 功率單元B5;將c組副邊繞組中的Wel接功率單元Cl， Wc2接功率單元C2，… Wc5接功率單元C5，即，將a組副邊繞組與功率單元的連接順序，與其他兩組 副邊繞組與功率單元的連接順序相反，這樣，使功率單元Al和B1對應(yīng)的變 壓器副邊繞組W^和Wbl相鄰。
由于變壓器副邊的三組繞組是完全對稱的，所以，可以將這種連接方式演 繹為不同的形式。例如，將b組副邊繞組與功率單元的連接順序，與其他a、 c 兩組副邊繞組與功率單元的連接順序相反，這樣，使功率單元B1和C1對應(yīng) 的變壓器副邊繞組WbN和Wd相鄰；同理，還可以將c組副邊繞組與功率單元 的連接順序，與其他a、 b兩組副邊繞組與功率單元的連接順序相反，這樣， 使功率單元Cl和Al對應(yīng)的變壓器副邊繞組W^和Wal相鄰。
假設(shè)變壓器副邊繞組每組內(nèi)相鄰兩個繞組的工作電壓為V，按照傳統(tǒng)的變 壓器每組副邊繞組與功率單元之間都是順序連接的設(shè)計方案，兩組繞組之間的 絕緣電壓(即a組副邊繞組和b組副邊繞組之間，b組副邊繞組和c組副邊繞 組之間)都必須按照工作電壓不小于NXV來設(shè)計。而，本發(fā)明由于其中有一 組副邊繞組與功率單元的連接順序，與其他兩組副邊繞組與功率單元的連接順 序相反，所以，對于相鄰兩組之間的絕緣電壓，有一個按照工作電壓不小于V 來設(shè)計，另外一個按照工作電壓不小于NXV來設(shè)計。這樣，按照本發(fā)明提出 的方案，變壓器可以減小一部分絕緣距離，由于高壓變頻器的功率一般都較大， 因此配套的變壓器功率也較大，目前，硅鋼片和銅線的價格都在高位運行，而 高壓變頻器的市場需求量在不斷增大，所以，由于這一部分絕緣距離的減小， 可以帶來比較明顯的變壓器成本的下降，同時，還提供了變壓器的特性。
由于變壓器副邊繞組之間要求相互絕緣，兩組副邊繞組之間的絕緣電壓又 不同，所以，可以通過采用不同的絕緣材料；或采用相同的絕緣材料，材料的 厚度不同；或通過副邊繞組之間絕緣間距不同，滿足不同的絕緣需要。
構(gòu)成本發(fā)明的整流變壓器可以是干式變壓器或油浸變壓器；干式變壓器可 以是開啟式或環(huán)氧樹脂澆注式變壓器。
以上所述是本發(fā)明的具體實施例及所運用的技術(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)明保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種功率單元串聯(lián)的高壓變頻器，由電網(wǎng)側(cè)的整流變壓器、3×N個功率單元和控制系統(tǒng)構(gòu)成；所述整流變壓器有3×N個副邊繞組，每一個副邊繞組與一個功率單元的輸入端相連；每個功率單元的最大輸出電壓為V；功率單元每N個串聯(lián)構(gòu)成一相，3相之間為星型接法；其特征在于所述整流變壓器的副邊繞組被分為3組，每組N個，分別為Wa1，…WaN；Wb1，…WbN；Wc1，…WcN；這些繞組順序排列；其中有一組副邊繞組與功率單元的連接順序，與其他兩組副邊繞組與功率單元的連接順序相反。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種功率單元串聯(lián)的高壓變頻器，由電網(wǎng)側(cè)的整流變壓器、3×N個功率單元和控制系統(tǒng)構(gòu)成；所述整流變壓器有3×N個副邊繞組，每一個副邊繞組與一個功率單元的輸入端相連；每個功率單元的最大輸出電壓為V；其特征在于所述整流變壓器的副邊繞組被分為3組，每組N個，分別為W_a1，…W_aN；W_b1，…W_bN；W_c1，…W_cN；這些繞組順序排列；其中有一組副邊繞組與功率單元的連接順序，與其他兩組副邊繞組與功率單元的連接順序相反。變壓器副邊繞組中與功率單元A1、B1、C1相連的3個副邊繞組，有兩個是相鄰的。變壓器3組副邊繞組相鄰兩組之間的絕緣電壓，有一個不小于V，另外一個不小于N×V。
文檔編號H02M5/00GK101098107SQ20061008947
公開日2008年1月2日 申請日期2006年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月28日
發(fā)明者鵬 倚 申請人:北京利德華福電氣技術(shù)有限公司