專利名稱：一種四象限級聯(lián)式高壓變頻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種四象限級聯(lián)式高壓變頻裝置，更具體的說，尤其涉及一種變壓器的次級為三相繞組、多個功率模塊相串聯(lián)且能量可以雙向流動的四象限級聯(lián)式高壓變頻裝置。
背景技術(shù)：
目前，普通級聯(lián)式高壓變頻裝置由隔離移相變壓器、多個功率模塊組成，主要用于風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載，不需要四象限運行，就是不具有能量雙向流動的特點，功率模塊中輸入的整流一般采用不控整流形式。目前級聯(lián)式的高壓變頻能進(jìn)行能量雙向流動的是采用輸入為三相PWM可控整流，每個功率模塊中的整流形式從普通的二極管不控整流換為由電子開關(guān)管進(jìn)行的PWM可控整流，同時一般的每個功率模塊的輸入端需要一個三相的濾波電抗。因此,在每個功率模塊設(shè)計時，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計比較麻煩，因為有電抗的存在，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計困難，且結(jié)構(gòu)體積大，整個功率模塊重量大，制作、使用、搬運不方便，且成本較高。上述的普通級聯(lián)式高壓變頻裝置和具有能量雙向流動的變頻裝置，其輸入為一隔離的移相變壓器，變壓器的次級為多繞組的繞組，其特點是繞組多，移相角度多，要求條件比較嚴(yán)格，如各個繞組的阻抗要求基本一致，否則對輸入電流的諧波影響比較明顯，對變壓器的制作上也提出了難度等一系列問題和缺點。而且，現(xiàn)有能進(jìn)行能量雙向流動的PWM可控變頻電路中，還沒有采用“AC-AC”直接進(jìn)行變頻且可進(jìn)行能量流動的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服上述技術(shù)問題的缺點，提供了一種變壓器的次級為三相繞組、多個功率模塊相串聯(lián)的且能量可以雙向流動的四象限級聯(lián)式高壓變頻裝置。本發(fā)明的四象限級聯(lián)式高壓變頻裝置，包括I個變壓器、3個單相電抗器以及3組功率模塊單元，變壓器的一次側(cè)為三相繞組，二次側(cè)為3個單相繞組；每組功率模塊單元由N個依次級聯(lián)的功率模塊單元組成，每個功率模塊單元由2個相配的可控H橋電路組成；單個功率模塊單元中，第一 H橋電路的兩橋臂的中間節(jié)點分別形成第一輸入端、第二輸入端，第二 H橋電路的兩橋臂的中間節(jié)點分別形成第一輸出端、第二輸出端；
每組功率模塊單元中，首個功率模塊單元的第一輸入端與單相電抗器相串聯(lián)后接于變壓器一個單相繞組的一端；中間功率模塊單兀的第一輸入端、第一輸出端分別與上一功率模塊單元的第二輸入端、第二輸出端相連接，第二輸入端、第二輸出端分別與下一功率模塊單元的第一輸入端、第一輸出端相連接；末尾功率模塊單元的第二輸入端與變壓器單相繞組的另一端相連接，第二輸出端形成三相輸出的一相。變壓器的一次側(cè)為三相繞組，與高壓供電線路連接；二次側(cè)采用3個單相繞組，每個繞組上設(shè)置一個單相電抗器即可，避免了以往二次側(cè)設(shè)置多繞組、采用多個電抗器所帶來的制作困難、體積大、成本高的缺點。每組功率模塊單元由N個功率模塊單元級聯(lián)而成，有效地提高了變頻裝置的耐高壓性能能。每個功率模塊單元由兩個H橋電路組成，可分別實現(xiàn)整流、變頻功能，保證了能量在電網(wǎng)與負(fù)載之間的雙向流動。每個H橋電路均有可控功率半導(dǎo)體器件組成。本發(fā)明的四象限級聯(lián)式高壓變頻裝置，所述可控H橋電路為單相全波雙向可控H橋電路。在H橋電路為全波雙向可控電路的情形下，每個H橋電路上的4器件均為可控功率器件。本發(fā)明的四象限級聯(lián)式高壓變頻裝置，所述變壓器二次側(cè)繞組為獨立的三個單相繞組，3組功率模塊單元中的首個功率模塊單元的第一輸出端也采用Y形接法。本發(fā)明的四象限級聯(lián)式高壓變頻裝置，所述每個功率模塊單元中均包括與2個H橋電路相并聯(lián)的濾波電容?！?br> 本發(fā)明的有益效果是(I)本發(fā)明通過采用兩個可控H橋電路組成功率模塊單元，H橋在控制信號的作用下，可實現(xiàn)整流、變頻功能，保證了能量在電網(wǎng)與負(fù)載之間的雙向流動；(2)通過多個功率模塊單元的級聯(lián)形式有效地保證了整個變頻裝置的耐高壓性能；(3)變壓器的二次側(cè)繞組采用三個單相繞組，且每個單相繞組線圈上設(shè)置一個電抗器，既避免了以往二次側(cè)繞組采用多個繞組給變壓器制作帶來的弊端，也大大減少了電抗器的使用，使得整個高壓變頻裝置的結(jié)構(gòu)更加簡單、制作成本低、體積小、重量強(qiáng)，便于運輸、安裝和維護(hù)。


圖I為本發(fā)明的高壓變頻裝置的電路原理 圖2為本發(fā)明中功率模塊單元的電路圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖I和圖2所示，分別給出了高壓變頻裝置的電路原理圖、功率模塊單元的電路圖，所示的高壓變頻裝置包括I個隔離變壓器T、三個單相電抗器(L1、L2、L3)、3XN個電路結(jié)構(gòu)相同的功率模塊單元。變壓器的一次側(cè)為三相繞組，用于與高壓電網(wǎng)相連接，二次側(cè)為三個單相繞組；3XN個功率模塊單元形成了整個變換裝置，每一組功率模塊單元由N個功率模塊形成。每個功率模塊單元由兩個單相全波雙向可控H橋電路組成，如圖2所示，可控功率半導(dǎo)體器件K1、K2、K3、K4形成了第一個單相全波雙向可控H橋電路，可控功率半導(dǎo)體器件Κ5、Κ6、Κ7、Κ8形成了第二個單相全波雙向可控H橋電路；這兩個可控H橋電路按照正極與正極、負(fù)極與負(fù)極的形式相連接。這樣，第一個H橋電路中兩功率半導(dǎo)體器件之間的節(jié)點就形成了第一輸入端VIII、第二輸入端VI12，第二個H橋電路中兩功率半導(dǎo)體器件之間的節(jié)點就形成了第一輸出端V011、第二輸出端V012。由于采用了兩個單相全波雙向可控H橋電路，使得能量在電網(wǎng)與負(fù)載之間可進(jìn)行雙向流動。圖I中，對于輸出端為Β1、Β2的單相輸出繞組來說，Vl VN共N個功率模塊單元依次級聯(lián)形成了一組功率模塊單元，接于輸出端為BI、Β2的單相繞組上。所示首個功率模塊單元的第一輸入端VIll經(jīng)過電抗器L2后接于單相繞組的BI端，中間功率模塊單元的第一輸入端VInl、第一輸出端VOnl分別與上一功率模塊單兀的第二輸入端VI (n_l) 2、第二輸出端VO (n-1) 2相連接，第二輸入端VIn2、第二輸出端V0n2分別與下一功率模塊單元的第一輸入端VI (n+1) I、第一輸出端VO (n+1) I相連接；末尾功率模塊單兀的第二輸入端VIN2與單相繞組的B2端相連接，第二輸出端V0N2形成三相輸出的一相V0。即V相的N個功率模塊單元VI、功率模塊單元V2至功率模塊單元VN的輸入依次串聯(lián)，就是VI12連
VI21、VI22連VI31、......、VI (N-1) 2連VIN1，然后VIN2連接到變壓器的二次繞組B2上，
VIll經(jīng)過電抗器L2連接到變壓器的二次繞組的BI端；V相的N個功率模塊單元VI、功率模塊單元V2至功率模塊單元VN的輸出依次串聯(lián)，就是V012連V021、V022連VI01、……、VO (N-I) 2連VONl，然后V0N2做為V相的輸出W。同樣地，由Ul UN個功率模塊單元和Wl WN個功率模塊單元分別組成的功率模塊單元的電路連接形式，與上述的電路連接是相同的。這樣3組功率模塊單元分別通過單相電抗器LI、L2、L3就實現(xiàn)了與變壓器3個單相二次側(cè)繞組的連接；功率模塊單元UN、VN、WN的輸出端U0N2、V0N2、W0N2就形成了三相輸出端U0、VO、W0，實現(xiàn)對負(fù)載的供電。其中，變壓器T的二次側(cè)為三個獨立的單相繞組，功率模塊單元中的首個功率模塊單元的第一輸出端U011、V011、W011采用Y形接法相連接。功率模塊單元中，還設(shè)置有與兩H橋電路相并聯(lián)的濾波電容。整個變頻裝置中，由于功率模塊單元采用兩個可控H橋電路，在控制信號的作用下，可實現(xiàn)整流、變頻功能，保證了能量在電網(wǎng)與負(fù)載之間的雙向流動；通過多個功率模塊電源級聯(lián)形成三相變頻輸出，有效地保證了整個變頻裝置的耐高壓性能；整個高壓變頻裝置的結(jié)構(gòu)更加簡單、制作成本低、體積小、重量強(qiáng)，便于運輸、安裝和維護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種四象限級聯(lián)式高壓變頻裝置，其特征在于包括I個變壓器、3個單相電抗器以及3組功率模塊單元，變壓器的一次側(cè)為三相繞組，二次側(cè)為3個單相繞組；每組功率模塊單元由N個依次級聯(lián)的功率模塊單元組成，每個功率模塊單元由2個相同的可控H橋電路組成；單個功率模塊單元中，第一 H橋電路的兩橋臂的中間節(jié)點分別形成第一輸入端、第二輸入端，第二 H橋電路的兩橋臂的中間節(jié)點分別形成第一輸出端、第二輸出端； 每組功率模塊單元中，首個功率模塊單元的第一輸入端與單相電抗器相串聯(lián)后接于變壓器一個單相繞組的一端；中間功率模塊單兀的第一輸入端、第一輸出端分別與上一功率模塊單元的第二輸入端、第二輸出端相連接，第二輸入端、第二輸出端分別與下一功率模塊單元的第一輸入端、第一輸出端相連接；末尾功率模塊單元的第二輸入端與變壓器單相繞組的另一端相連接，第二輸出端形成三相輸出的一相。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四象限級聯(lián)式高壓變頻裝置，其特征在于所述可控H橋電路為單相全波雙向可控H橋電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的四象限級聯(lián)式高壓變頻裝置，其特征在于所述變壓器二次側(cè)繞組為獨立的三個單相繞組，3組功率模塊單元中的首個功率模塊單元的第一輸出端也采用Y形接法。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的四象限級聯(lián)式高壓變頻裝置，其特征在于所述每個功率模塊單元中均包括與2個H橋電路相并聯(lián)的濾波電容。
全文摘要
本發(fā)明的四象限級聯(lián)式高壓變頻裝置，包括1個變壓器、3個單相電抗器以及3組功率模塊單元，變壓器二次側(cè)為3個單相繞組；每組功率模塊單元由N個模塊單元組成，每個功率模塊單元由2個相同的可控H橋電路組成；兩個H橋電路分別形成了兩個輸入、輸出端；同一功率模塊單元中，功率模塊單元的輸入端依次相連接，輸出端依次相連接，且首尾兩個功率模塊與變壓器的單相二次繞組相連接。本發(fā)明實現(xiàn)了能量在電網(wǎng)與負(fù)載之間的雙向流動、整個變頻裝置的耐高壓性能，既避免了以往采用多個二次側(cè)繞組的弊端，也大大減少了電抗器的使用，使得整個高壓變頻裝置的結(jié)構(gòu)更加簡單、制作成本低、體積小、重量強(qiáng)，便于運輸、安裝和維護(hù)。
文檔編號H02M5/458GK102710141SQ20121023325
公開日2012年10月3日 申請日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月6日
發(fā)明者尹彭飛, 陳敏 申請人:山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司