專利名稱：獨(dú)立饋電的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器及其饋電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種級(jí)聯(lián)型高壓變頻器及其饋電方法，具體地說，是一種獨(dú)立于級(jí)聯(lián)型主高壓變頻器的高壓饋電單元，其饋電功率范圍小于主電機(jī)額定功率30%的饋電高壓變頻器及其饋電方法。
背景技術(shù)：
級(jí)聯(lián)方式是目前高壓變頻器采用較多，也是對(duì)電網(wǎng)諧波干擾小、最實(shí)用化的控制方式，它是先通過移相變壓器，將高壓交流電降壓為多組并聯(lián)的低壓交流電，一般為690伏電壓，每一組低壓抽頭都設(shè)置整流和逆變單元，并將逆變后的各單元串聯(lián)連接為3組高壓交流電，控制高壓電機(jī)的轉(zhuǎn)速。對(duì)于大型礦用提升機(jī)等大功率的高速運(yùn)行系統(tǒng)，當(dāng)下放重物或者在減速制動(dòng)過程中，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電運(yùn)行工況，為了節(jié)能，目前采用的是向電網(wǎng)饋電的 技術(shù)方式，將電動(dòng)機(jī)所發(fā)電能虧送到主電網(wǎng)，存在的不足是由于級(jí)聯(lián)方式的整流器和逆變器都是由多個(gè)并聯(lián)整流回路和串聯(lián)的逆變器組成，饋電方式要求每一級(jí)的整流回路都具有可控整流的功能,且能夠饋電的功率與電機(jī)的額定功率一致,增加了整流器的成本和電路及控制算法的復(fù)雜性。2010年2月10日國(guó)家專利局授權(quán)公告的一項(xiàng)發(fā)明專利，名稱“無網(wǎng)側(cè)電抗器的具有能量回饋功能的高壓變頻器”，公開(公告)號(hào)CN101267163的專利，就公開了這樣一種結(jié)構(gòu)形式。另外，在實(shí)際的使用中，并不要求饋電的功率和電機(jī)的額定功率大小一致，往往只是額定功率的30%以下，這樣采用和主電機(jī)額定功率一樣的全功率可控整流方式，就更不合理。因此本發(fā)明提出一種新的獨(dú)立于主變頻器的饋電方式，用以克服上述不足。

發(fā)明內(nèi)容
基于現(xiàn)有級(jí)聯(lián)型的高壓變頻器實(shí)現(xiàn)饋電，需要將全部的整流單元都改為可逆的有源整流單元，成本高、控制電路復(fù)雜的問題；本發(fā)明提供一種不受主電機(jī)功率限制，使用方便的獨(dú)立饋電的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器及其饋電方法。為解決上述技術(shù)難點(diǎn)，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種獨(dú)立饋電的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器及其饋電方法。一種獨(dú)立饋電的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器包括有移相變壓器，級(jí)聯(lián)型高壓變頻器和高壓電動(dòng)機(jī)；其特征是進(jìn)一步增設(shè)有降壓變壓器，低壓變頻器，升壓變壓器和直流電壓傳感器；移相變壓器的原邊與高壓交流電網(wǎng)連接，移相變壓器的副邊分為A、B和C三組，每一組由多個(gè)相同的低壓整流及H橋式逆變單元串聯(lián)組成，整流及逆變單元的個(gè)數(shù)與電網(wǎng)電壓和整流及逆變單元功率器件的耐壓有關(guān)，級(jí)聯(lián)型高壓變頻器的輸出端連接到高壓電動(dòng)機(jī)的輸入端，降壓變壓器的原邊繞組與高壓電動(dòng)機(jī)的輸入端連接，降壓變壓器的副邊繞組與低壓變頻器的輸入端連接，低壓變頻器的輸出端與升壓變壓器的輸入端連接，升壓變壓器的輸出端與高壓交流電網(wǎng)連接，直流電壓傳感器連接在低壓變頻器的直流母線上，檢測(cè)該母線的電壓值。
在上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步的附加技術(shù)特征在于
所述升壓變壓器是獨(dú)立變壓器，或是將移相變壓器原邊繞組作為其副邊繞組構(gòu)成。所述低壓變頻器是獨(dú)立的變頻器，或是由獨(dú)立整流單元與級(jí)聯(lián)型高壓變頻器中相移為零的低壓整流及H橋式逆變單元構(gòu)成。所述級(jí)聯(lián)型高壓變頻器中，相移為零的一組低壓整流及H橋式逆變單元為雙向有源控制結(jié)構(gòu)。所述低壓變頻器是二電平結(jié)構(gòu)、三電平結(jié)構(gòu)和多電平結(jié)構(gòu)中的一種。 一種用于上述的獨(dú)立饋電的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器的饋電方法，其特征是高壓電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，直流電壓傳感器檢測(cè)低壓變頻器中直流母線上的電壓高于某個(gè)閾值后，通過控制計(jì)算機(jī)給出控制信號(hào)，使低壓變頻器中的低壓逆變器處于工作狀態(tài)，并通過升壓變壓器向高壓電網(wǎng)饋電；在高壓電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)運(yùn)行工況時(shí)，直流母線上的電壓較低，使 低壓變頻器中的低壓逆變器處于關(guān)閉狀態(tài)，低壓變頻器與升壓變壓器之間的電路被關(guān)斷。本發(fā)明所描述的一種獨(dú)立饋電的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器及其饋電方法，與現(xiàn)有技術(shù)相t匕，所具有的優(yōu)點(diǎn)在于能夠根據(jù)實(shí)際需求靈活調(diào)整饋電單元的功率大小及結(jié)構(gòu)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)低成本、模塊化；由于饋電部分的功率相對(duì)于主電機(jī)功率較小，對(duì)電網(wǎng)的沖擊也??；由于功率小，可以采用靈活的電路拓?fù)浞绞剑绺叩透叻绞?，選耐壓高的功率器件，采用三電平方式直接向電網(wǎng)饋電等。


圖I是本發(fā)明獨(dú)立升壓變壓器的饋電控制原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明升壓變壓器與移相變壓器共用原邊的控制原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明低壓變頻器與級(jí)聯(lián)型高壓變頻器相移為零功率單元共用的控制原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1 :移相變壓器；2 :級(jí)聯(lián)型高壓變頻器；3 :高壓電動(dòng)機(jī)；4 :降壓變壓器；5 ；低壓變頻器；6 :升壓變壓器；7 :直流電壓傳感器；8 :直流母線；9 :低壓整流及H橋式逆變單元；10:獨(dú)立整流單元；11:低壓逆變器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做出進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實(shí)施例I
如附圖I所示，實(shí)施本發(fā)明所述的一種獨(dú)立饋的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器，包括有移相變壓器I，級(jí)聯(lián)型高壓變頻器2，高壓電動(dòng)機(jī)3，其結(jié)構(gòu)特征是進(jìn)一步增設(shè)了降壓變壓器4，低壓變頻器5，升壓變壓器6和直流電壓傳感器7 ;移相變壓器I的原邊與高壓交流電網(wǎng)連接，移相變壓器I的副邊分為A、B和C三組，每一組由多個(gè)相同的低壓整流及H橋式逆變單元9串聯(lián)組成，整流及逆變單元的個(gè)數(shù)與電網(wǎng)電壓和整流及逆變單元功率器件的耐壓有關(guān)，級(jí)聯(lián)型高壓變頻器2的輸出端連接到高壓電動(dòng)機(jī)3的輸入端，降壓變壓器4的原邊繞組與高壓電動(dòng)機(jī)3的輸入端連接，降壓變壓器4的副邊繞組與低壓變頻器5的輸入端連接，低壓變頻器5的輸出端與升壓變壓器6的輸入端連接，升壓變壓器6的輸出端與高壓交流電網(wǎng)連接，直流電壓傳感器7連接在低壓變頻器5的直流母線8上，檢測(cè)該母線的電壓值。
所述的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器的獨(dú)立饋電方法，升壓變壓器6采用具有獨(dú)立原邊和副邊繞組的變壓器。如附圖1，實(shí)施本發(fā)明上述的一種獨(dú)立饋電的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器的饋電方法，其系統(tǒng)的工作過程是，當(dāng)高壓電動(dòng)機(jī)3處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)直流電壓傳感器7檢測(cè)到低壓變頻器5中直流母線8上的電壓高于某個(gè)閾值后，就通過控制計(jì)算機(jī)給出控制信號(hào)，使低壓大變頻器5中的低壓逆變器11處于工作狀態(tài)，通過升壓變壓器6向高壓電網(wǎng)饋電。在高壓電動(dòng)機(jī)3處于電動(dòng)運(yùn)行工況時(shí)，直流母線8上的電壓較低，使低壓變頻器5中的低壓逆變器11處于關(guān)閉狀態(tài)，低壓變頻器5與升壓變壓器6之間的電路被關(guān)斷。實(shí)施例2
實(shí)施例2的組成及工作原理與實(shí)施例I基本相同，區(qū)別之處是所采用的升壓變壓器6的副邊就是移相變壓器2的原邊，而非獨(dú)立組成。實(shí)施例3
實(shí)施例3的組成及工作原理與實(shí)施例I基本相同，區(qū)別之處是所采用的低壓變頻器5不是一個(gè)通用的獨(dú)立變頻器，而是由獨(dú)立的整流單元10與級(jí)聯(lián)型高壓變頻器2中相移為零的低壓整流及H橋式逆變單元9組成，而且這3個(gè)單元中的整流部分采用雙向有源控制方式，同時(shí)省掉了獨(dú)立的升壓變頻器6。工作原理是，當(dāng)高壓電動(dòng)機(jī)3處于發(fā)電工況時(shí)，由于有相移的低壓整流機(jī)H橋逆變單元采用的都是無無源的單相整流，將處于關(guān)閉狀態(tài)，只有相移為零的三個(gè)低壓整流機(jī) H橋逆變單元采用的是有源整流，通過直流電壓傳感器檢測(cè)的電壓值，可使其處于反向工作狀態(tài)，通過移相變壓器直接向電網(wǎng)饋電。
權(quán)利要求
1.一種獨(dú)立饋電的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器，包括有移相變壓器[I]，級(jí)聯(lián)型高壓變頻器[2]和高壓電動(dòng)機(jī)[3];其特征是 進(jìn)一步增設(shè)有降壓變壓器[4]，低壓變頻器[5]，升壓變壓器[6]和直流電壓傳感器[7]； 所述移相變壓器[I]是其原邊與高壓交流電網(wǎng)連接，副邊分為A、B和C三組，每一組由多個(gè)相同的低壓整流及H橋式逆變單元[9]串聯(lián)組成； 所述級(jí)聯(lián)型高壓變頻器[2]是其輸出端連接有高壓電動(dòng)機(jī)[3]的輸入端； 所述降壓變壓器[4]是其原邊繞組與高壓電動(dòng)機(jī)[3]的輸入端連接，副邊繞組與低壓變頻器[5]的輸入端連接；低壓變頻器[5]的輸出端與升壓變壓器[6]的輸入端連接，升壓變壓器[6]的輸出端與高壓交流電網(wǎng)連接，直流電壓傳感器[7]連接在低壓變頻器[5]的直流母線[8]上，檢測(cè)該母線的電壓值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的獨(dú)立饋電的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器，其特征是 升壓變壓器[6]是獨(dú)立變壓器，或是將移相變壓器[I]原邊繞組作為其副邊繞組構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的獨(dú)立饋電的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器，其特征是 低壓變頻器[5]是獨(dú)立的變頻器，或是由獨(dú)立整流單元[10]與級(jí)聯(lián)型高壓變頻器[2]中相移為零的低壓整流及H橋式逆變單元[9]構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的獨(dú)立饋電的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器，其特征是 級(jí)聯(lián)型高壓變頻器[2]中，相移為零所對(duì)應(yīng)的一組低壓整流及H橋式逆變單元[9]為雙向有源控制結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的獨(dú)立饋電的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器，其特征是 低壓變頻器[5]是二電平結(jié)構(gòu)、三電平結(jié)構(gòu)和多電平結(jié)構(gòu)中的一種。
6.一種用于權(quán)利要求I所述的獨(dú)立饋電的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器的饋電方法，其特征是 高壓電動(dòng)機(jī)[3]處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，直流電壓傳感器[7]檢測(cè)低壓變頻器[5]中直流母線[8]上的電壓高于某個(gè)閾值后，通過控制計(jì)算機(jī)給出控制信號(hào)，使低壓變頻器[5]中的低壓逆變器[11]處于工作狀態(tài)，并通過升壓變壓器[6]向高壓電網(wǎng)饋電；高壓電動(dòng)機(jī)[3]處于電動(dòng)運(yùn)行工況時(shí)，直流母線[8]上的電壓較低，使低壓變頻器[5]中的低壓逆變器[11]處于關(guān)閉狀態(tài)，低壓變頻器[5]與升壓變壓器[6]之間的電路被關(guān)斷。
全文摘要
一種獨(dú)立饋電的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器及其饋電方法，其變頻器是含有移相變壓器、級(jí)聯(lián)型高壓變頻器和高壓電動(dòng)機(jī)；其特征是進(jìn)一步增設(shè)有降壓變壓器、低壓變頻器、升壓變壓器和直流電壓傳感器；其饋電方法是電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，直流電壓傳感器檢測(cè)低壓變頻器中直流母線上的電壓值，由計(jì)算機(jī)控制使其低壓逆變器處于工作狀態(tài)，并通過升壓變壓器向高壓電網(wǎng)饋電；在電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)工況時(shí)，直流母線上的電壓較低，使低壓變頻器中的低壓逆變器處于關(guān)閉狀態(tài)，低壓變頻器與升壓變壓器的電路被關(guān)斷。本發(fā)明具有靈活調(diào)整饋電單元功率大小和結(jié)構(gòu)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了低成本和模塊化，直接向電網(wǎng)饋電。
文檔編號(hào)H02J3/38GK102969906SQ20121047579
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月22日
發(fā)明者權(quán)仲翊, 權(quán)龍 , 馮克溫, 張紅娟, 李斌 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)