專利名稱：一種四象限級(jí)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(jí)聯(lián)式高壓變頻裝置，更具體的說(shuō)，尤其涉及一種變壓器的次級(jí)為三相繞組、多個(gè)功率模塊相串聯(lián)且能量可以雙向流動(dòng)的四象限級(jí)聯(lián)式高壓變頻裝置。
背景技術(shù)：
目前，普通級(jí)聯(lián)式高壓變頻裝置由隔離移相變壓器、多個(gè)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(yùn)行，就是不具有能量雙向流動(dòng)的特點(diǎn)，功率模塊中輸入的整流一般采用不控整流形式。目前級(jí)聯(lián)式的高壓變頻能進(jìn)行能量雙向流動(dòng)的是采用輸入為三相PWM可控整流， 每個(gè)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(kāi)關(guān)管進(jìn)行的PWM可控整流，同時(shí)一般的每個(gè)功率模塊的輸入端需要一個(gè)三相的濾波電抗。因此,在每個(gè)功率模塊設(shè)計(jì)時(shí)，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較麻煩，因?yàn)橛须娍沟拇嬖?，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)困難，且結(jié)構(gòu)體積大，整個(gè)功率模塊重量大，制作、使用、搬運(yùn)不方便，且成本較高。上述的普通級(jí)聯(lián)式高壓變頻裝置和具有能量雙向流動(dòng)的變頻裝置，其輸入為一隔離的移相變壓器，變壓器的次級(jí)為多繞組的繞組，其特點(diǎn)是繞組多，移相角度多，要求條件比較嚴(yán)格，如各個(gè)繞組的阻抗要求基本一致，否則對(duì)輸入電流的諧波影響比較明顯，對(duì)變壓器的制作上也提出了難度等一系列問(wèn)題和缺點(diǎn)。而且，現(xiàn)有能進(jìn)行能量雙向流動(dòng)的PWM可控變頻電路中，還沒(méi)有采用“AC-AC”直接進(jìn)行變頻且可進(jìn)行能量流動(dòng)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(wèn)題的缺點(diǎn)，提供了一種變壓器的次級(jí)為三相繞組、多個(gè)功率模塊相串聯(lián)的且能量可以雙向流動(dòng)的四象限級(jí)聯(lián)式高壓變頻裝置。本發(fā)明的四象限級(jí)聯(lián)式高壓變頻裝置，包括I個(gè)變壓器、3個(gè)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(gè)單相繞組；每組功率模塊單元由N個(gè)依次級(jí)聯(lián)的功率模塊單元組成，每個(gè)功率模塊單元由2個(gè)相配的可控H橋電路組成；單個(gè)功率模塊單元中，第一 H橋電路的兩橋臂的中間節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(gè)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(gè)單相繞組的一端；中間功率模塊單元的第一輸入端、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(gè)單相繞組，每個(gè)繞組上設(shè)置一個(gè)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(gè)電抗器所帶來(lái)的制作困難、體積大、成本高的缺點(diǎn)。每組變頻單元由N個(gè)功率模塊單元級(jí)聯(lián)而成，有效地提高了變頻裝置的耐高壓性能能。每個(gè)功率模塊單元由兩個(gè)H橋電路組成，可分別實(shí)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(dòng)。每個(gè)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(jí)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(gè)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(jí)聯(lián)式高壓變頻裝置，所述變壓器二次側(cè)的為3個(gè)單相獨(dú)立繞組，3組功率模塊單元中的首個(gè)功率模塊單元的第一輸出端采用Y形接法。本發(fā)明的四象限級(jí)聯(lián)式高壓變頻裝置，所述每個(gè)功率模塊單元中均包括與2個(gè)H橋電路和濾波電容相并聯(lián)的。本發(fā)明的有益效果是(1)本實(shí)用新型通過(guò)采用兩個(gè)可控H橋電路組成功率模塊單元，H橋在控制信號(hào)的作用下，可實(shí)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(dòng)；(2)通過(guò)多個(gè)功率模塊單元級(jí)聯(lián)形形式有效地保證了整個(gè)裝置的耐高壓性能；(3)變壓器的二次側(cè)繞組采用三個(gè)單相繞組，且每個(gè)單相繞組線圈上設(shè)置一個(gè)電抗器，既避免了以往二次側(cè)繞組采用多個(gè)繞組給變壓器制作帶來(lái)的弊端，也大大減少了電抗器的使用，使得整個(gè)高壓變頻裝置的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、制作成本低、體積小、重量強(qiáng)，便于運(yùn)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；圖2為本發(fā)明中功率模塊單元的電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)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(gè)隔離變壓器T、三個(gè)單相電抗器(L1、L2、L3)、3XN個(gè)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(gè)單相繞組；3XN個(gè)功率模塊單元形成了整個(gè)變換裝置，每一組功率模塊單元由N個(gè)功率模塊形成。每個(gè)功率模塊單元由兩個(gè)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(gè)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(gè)單相全波雙向可控H橋電路；這兩個(gè)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(gè)H橋電路中兩功率半導(dǎo)體器件之間的節(jié)點(diǎn)就形成了第一輸入端VIII、第二輸入端VI12，第二個(gè)H橋電路中兩功率半導(dǎo)體器件之間的節(jié)點(diǎn)就形成了第一輸出端V011、第二輸出端V012。由于采用了兩個(gè)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(dòng)。圖I中，對(duì)于輸出端為Β1、Β2的單相輸出繞組來(lái)說(shuō)，Vl VN共N個(gè)功率模塊單元依次級(jí)聯(lián)形成了一組變頻單元，接于輸出端為BI、Β2的單相繞組上。所示首個(gè)功率模塊單兀的第一輸入端VIll經(jīng)過(guò)電抗器L2后接于單相繞組的BI端，中間功率模塊單兀的第一輸入端VInl、第一輸出端VOnl分別與上一功率模塊單元的第二輸入端VI (n_l)2、第二輸出端VO (n-l)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；末尾功率模塊單元的第二輸入端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(gè)功率模塊單元Vl、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-I) 2連VINl，然后VIN2連接到變壓器的二次繞組B2上，VI11經(jīng)過(guò)電抗器L2連接到變壓器的二次繞組的BI端；V相的N個(gè)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VO。同樣地，由Ul UN個(gè)功率模塊單元和Wl WN個(gè)功率模塊單元分別組成的變頻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(guò)單相電抗器L1、L2、L3就實(shí)現(xiàn)了與變壓器3個(gè)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W、W、W，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的供電。其中，變壓器T的二次側(cè)為三個(gè)獨(dú)立的單相繞組，功率模塊單元中的首個(gè)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(gè)變頻裝置中，由于功率模塊單元采用兩個(gè)可控H橋電路，在控制信號(hào)的作用下，可實(shí)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(dòng)；通過(guò)多個(gè)功率模塊電源級(jí)聯(lián)形成三相變頻輸出，有效地保證了整個(gè)變頻裝置的耐高壓性能；整個(gè)高壓變頻裝置的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、制作成本低、體積小、重量強(qiáng)，便于運(yùn)輸、安裝和維護(hù)。
權(quán)利要求1.一種四象限級(jí)聯(lián)式高壓變頻裝置，其特征在于包括I個(gè)變壓器、3個(gè)單相電抗器以及3組變頻單元，變壓器的一次側(cè)為三相繞組，二次側(cè)為3個(gè)單相繞組；每組變頻單元由N個(gè)依次級(jí)聯(lián)的功率模塊單元組成，每個(gè)功率模塊單元由2個(gè)相同的可控H橋電路組成；單個(gè)功率模塊單元中，第一 H橋電路的兩橋臂的中間節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(gè)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(gè)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(jí)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(jí)聯(lián)式高壓變頻裝置，其特征在于所述變壓器二次側(cè)的三相繞組三個(gè)單相繞組，3組變頻單元中的首個(gè)功率模塊單元的第一輸出端采用Y形接法。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的四象限級(jí)聯(lián)式高壓變頻裝置，其特征在于所述每個(gè)功率模塊單元中均包括與2個(gè)結(jié)構(gòu)相同的H橋電路和濾波電容相并聯(lián)。
專利摘要本實(shí)用新型的四象限級(jí)聯(lián)式高壓變頻裝置，包括1個(gè)變壓器、3個(gè)單相電抗器以及3組變頻單元，變壓器二次側(cè)為3個(gè)單相繞組；每組變頻單元由N個(gè)模塊單元組成，每個(gè)功率模塊單元由2個(gè)相同的可控H橋電路組成；兩個(gè)H橋電路分別形成了兩個(gè)輸入、輸出端；同一變頻單元中，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(gè)功率模塊與變壓器的單相二次繞組相連接。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了能量在電網(wǎng)與負(fù)載之間的雙向流動(dòng)、整個(gè)變頻裝置的耐高壓性能，既避免了以往采用多個(gè)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(gè)高壓變頻裝置的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、制作成本低、體積小、重量強(qiáng)，便于運(yùn)輸、安裝和維護(hù)。
文檔編號(hào)H02M5/458GK202679254SQ20122032609
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)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(qǐng)人:山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司