包括具有兩次級繞組的兩變壓器的功率變換系統(tǒng)及驅(qū)動系的制作方法
【專利摘要】本申請涉及包括具有兩次級繞組的兩變壓器的功率變換系統(tǒng)及驅(qū)動系。一種功率變換系統(tǒng)(16)，包括：-適于連接到AC網(wǎng)絡(luò)(12)上的第一變壓器(18)，第一變壓器(18)包括第一初級繞組(20)和兩個第一次級繞組(22A，22B)；以及-兩個功率變換器(24A，24B)，每個功率變換器連接到相應(yīng)的第一次級繞組(22A，22B)上。系統(tǒng)(16)進(jìn)一步包括第二變壓器(26)和次級電器件(28)，第二變壓器(26)包括第二初級繞組(30)和兩個第二次級繞組(32A，32B)，每個第二次級繞組(32A，32B)連接到相應(yīng)的第一次級繞組(22A，22B)上，且次級電器件(28)連接到第二初級繞組(30)上。
【專利說明】包括具有兩次級繞組的兩變壓器的功率變換系統(tǒng)及驅(qū)動系
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種功率變換系統(tǒng)，包括:
[0002]適于連接到AC網(wǎng)絡(luò)上的第一變壓器，所述第一變壓器包括第一初級繞組和兩個第一次級繞組；以及
[0003]兩個功率變換器，每個功率變換器連接到相應(yīng)的第一次級繞組上。
[0004]本發(fā)明還涉及一種驅(qū)動系，包括:由AC網(wǎng)絡(luò)使用這種功率變換系統(tǒng)進(jìn)行供電的電機(jī)，所述變換系統(tǒng)連接在該AC網(wǎng)絡(luò)和該電機(jī)之間。
【背景技術(shù)】
[0005]上述類型的變換系統(tǒng)從2011年2月發(fā)表在ABB評論上的名為“Essaisconcluants”的文章中可知。連接在AC網(wǎng)絡(luò)和兩個功率變換器之間的變壓器包括一個初級繞組和三個次級繞組，該變壓器也稱為負(fù)載整流逆變器(LCI,load commutated inverter)變換器。兩個功率變換器的每一個均連接到相應(yīng)的次級繞組上，用于減小電流諧波的濾波器連接到第三次級繞組上。每個功率變換器具有IOMW到20MW之間的電功率。
[0006]然而，具有三個次級繞組的這種變壓器特別昂貴且難于生產(chǎn)，這就使得變換系統(tǒng)成本變高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，本發(fā)明的目的在于提出一種在提供同等的電性能水平的同時可降低成本的變換系統(tǒng)。
[0008]為此，本發(fā)明涉及一種上述類型的變換系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括第二變壓器和次級電器件，所述第二變壓器包括第二初級繞組和兩個第二次級繞組，每個所述第二次級繞組連接到相應(yīng)的第一次級繞組上，且所述次級器件連接到所述第二初級繞組上。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的其他有利方面，該變換系統(tǒng)包括一個或多個下述特征(單獨考慮或根據(jù)技術(shù)上的任何可能組合):
[0010]-第一變壓器和第二變壓器的次級繞組的數(shù)量分別等于2；
[0011]-次級器件包括針對可被再次注入AC網(wǎng)絡(luò)中的電流諧波的削減濾波器；
[0012]-AC網(wǎng)絡(luò)具有至少一個相，且所述削減濾波器包括針對該相或所述每個相的串聯(lián)連接有電容器的電磁繞組；
[0013]-每個變換器為負(fù)載換相逆變器；
[0014]-每個負(fù)載換相逆變器包括電壓整流器和電壓逆變器，所述電壓逆變器使用DC母線連接在該電壓整流器的輸出端處，所述DC母線包括電磁線圈；
[0015]-每個所述電壓整流器和所述電壓逆變器各自均包括晶閘管橋。
[0016]本發(fā)明還涉及一種驅(qū)動系，該驅(qū)動系包括由AC網(wǎng)絡(luò)通過功率變換系統(tǒng)供電的電機(jī)，所述變換系統(tǒng)連接在所述AC網(wǎng)絡(luò)和所述電機(jī)之間，其中，所述功率變換系統(tǒng)如上定義?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0017]本發(fā)明的這些特征和優(yōu)點通過讀取以下描述表現(xiàn)出來，該描述僅僅作為一非限制性示例提供，且參照示出本發(fā)明的驅(qū)動系電氣圖的單一附圖(其也稱作圖1)。
【具體實施方式】
[0018]在圖1中，連接到AC網(wǎng)絡(luò)12的驅(qū)動系10包括由AC網(wǎng)絡(luò)12通過功率變換系統(tǒng)16供電的電機(jī)14，變換系統(tǒng)16連接在AC網(wǎng)絡(luò)12和電機(jī)14之間。
[0019]網(wǎng)絡(luò)12具有至少一個相。例如，AC網(wǎng)絡(luò)12為三相網(wǎng)絡(luò)。
[0020]例如，電機(jī)14為同步馬達(dá)?；蛘撸姍C(jī)14為異步馬達(dá)。
[0021]變換系統(tǒng)16能夠?qū)碜訟C網(wǎng)絡(luò)12的AC輸入電壓變換為傳送至電機(jī)14的AC輸出電壓。
[0022]變換系統(tǒng)16包括連接到AC網(wǎng)絡(luò)12上的第一變壓器18，第一變壓器18包括第一初級繞組20、兩個第一次級繞組22A、22B和未示出的第一磁芯。
[0023]變換系統(tǒng)16進(jìn)一步包括兩個功率變換器24A、24B，每個功率變換器連接到相應(yīng)的第一次級繞組22A、22B上。
[0024]變換系統(tǒng)16進(jìn)一步包括第二變壓器26和次級電器件28，第二變壓器26包括第二初級繞組30、兩個第二次級繞組32A、32B和未示出的第二磁芯。每個第二次級繞組32A、32B連接到相應(yīng)的第一次級繞組22A、22B上，且次級電器件28連接到第二初級繞組30上。
[0025]第一變壓器18的每個繞組20、22A、22B包括圍繞所述第一磁芯纏繞的針對該相或針對每個相的繞組組件(未示出)。換言之，在圖1的示例性實施例中，第一變壓器18的每個繞組20、22A、22B包括三個不同的繞組組件。
[0026]類似地，第二變壓器26的每個繞組30、32A、32B包括圍繞所述第二磁芯纏繞的針對該相或針對每個相的繞組組件(未示出)。在圖1的示例性實施例中，第二變壓器26的每個繞組30、32A、32B包括三個不同的繞組組件。
[0027]第一變壓器18和第二變壓器26的次級繞組22A、22B、32A、32B的數(shù)量分別等于
2。換言之，各變壓器18、26不包括第三次級繞組，這點不同于當(dāng)前現(xiàn)有技術(shù)的變換系統(tǒng)的變壓器。
[0028]在圖1的示例性實施例中，每個功率變換器24A、24B為負(fù)載換相逆變器，也稱為LCI。每個負(fù)載換相逆變器24A、24B包括電壓整流器34A、34B和電壓逆變器36A、36B，所述電壓逆變器36A、36B通過DC母線38A、38B連接在電壓整流器34A、34B的輸出端處，DC母線38A、38B包括電磁線圈40A、40B。
[0029]優(yōu)選地，功率變換器24A、24B為相同的。優(yōu)選地，功率變換器24A、24B具有大于1麗的電功率；更為優(yōu)選地，功率變換器24A、24B具有大于10麗的電功率。
[0030]在圖1的示例性實施例中，次級電器件28包括用于減小可再次注入AC網(wǎng)絡(luò)12中的電流諧波的濾波器42。
[0031]每個電壓整流器34A、34B和每個電壓逆變器36A、36B就其本身而言是已知的。在圖1的示例性實施例中，各電壓整流器34A、34B和電壓逆變器36A、36B均包括晶閘管橋44。圖1所示的電壓整流器34A、34B和電壓逆變器36A、36B為六脈沖/六脈沖變換器。
[0032]一個變換器的DC母線38A連接到另一變換器的DC母線38B，以得到分別相當(dāng)于脈沖整流器12和脈沖逆變器12的電壓整流器和電壓逆變器。
[0033]削減濾波器42包括針對AC網(wǎng)絡(luò)12的該相或每個相的濾波分支46，該濾波分支46包括電磁濾波線圈48和串聯(lián)連接在濾波線圈48上的濾波電容器50。此外，削減濾波器42包括并聯(lián)連接于每個濾波線圈48的阻尼電阻51。
[0034]在圖1的示例性實施例中，三個濾波分支46以星形進(jìn)行連接，且該三個分支的三個電容器50通過公共點52相互連接。在未示出的替代例中，濾波分支46以三角形進(jìn)行連接，每個濾波分支46連接在兩個相應(yīng)的相之間。
[0035]因此，本發(fā)明的變換系統(tǒng)16可在無需提供用以連接到AC網(wǎng)絡(luò)12的第一變壓器18的第三次級繞組的情況下，對位于變換器24A、24B輸入端處的次級電器件28進(jìn)行連接。盡管具有次級繞組32A、32B的第二變壓器26是必不可少的，這也使得成本降低約30%。
[0036]實際上，當(dāng)?shù)谌渭壚@組加至第一變壓器18時，該第三次級繞組必須強(qiáng)磁耦合到其他兩個次級繞組上(均等地位于這些次級繞組之間)，而該第三次級繞組必須弱磁耦合到第一變壓器18的初級繞組上，這樣，次級裝置28才不會由網(wǎng)絡(luò)12中斷。因此，在第一變壓器18中增加第三次級繞組產(chǎn)生了極大的額外成本。
[0037]此外，通過當(dāng)前技術(shù)的變換系統(tǒng)，電流諧波(特別是五次諧波和七次諧波)經(jīng)過第一變壓器的次級繞組，且第一變壓器的次級繞組受到較低值的功率因數(shù)的影響。這就需要根據(jù)那些限制來確定第一變壓器的次級繞組的尺寸，這也會產(chǎn)生額外成本。
[0038]在示例性實施例中，削減濾波器42弱磁地耦合到第一初級繞組20上，以免于對網(wǎng)絡(luò)12進(jìn)行濾波，而只對可再次注入網(wǎng)絡(luò)12的電流諧波進(jìn)行濾波。該弱磁耦合通過使用第二變壓器26來獲得，削減濾波器42連接到第二變壓器26的初級繞組30上。
[0039]因此，由于電容器50的存在，連接到第二變壓器26的初級繞組30上的削減濾波器42可減小電流諧波(特別是十一次諧波和十三次諧波)，還可校正變換系統(tǒng)16的功率因數(shù)。
[0040]相對于現(xiàn)有技術(shù)的變換系統(tǒng)中包括三個次級繞組的變壓器而言，僅具有兩個次級繞組22B、22A的第一變壓器18還可改善變換系統(tǒng)16的功率因數(shù)。
[0041]像LCI逆變器一樣，變換器24A、24B的操作就其本身而言是已知的，且不對其進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0042]因此，可以看出本發(fā)明的變換系統(tǒng)16在提供良好的電性能的同時，還可降低制作成本，尤其是降低與變壓器18、26相關(guān)的器件的制作成本。
【權(quán)利要求】
1.一種功率變換系統(tǒng)(16)，包括: -適于連接到AC網(wǎng)絡(luò)(12)上的第一變壓器(18)，所述第一變壓器(18)包括第一初級繞組(20)和兩個第一次級繞組(22A，22B)；以及 -兩個功率變換器(24A，24B)，每個所述功率變換器連接到相應(yīng)的第一次級繞組(22A，22B)上， 其特征在于，所述系統(tǒng)(16)進(jìn)一步包括第二變壓器(26)和次級電器件(28)，所述第二變壓器(26)包括第二初級繞組(30)和兩個第二次級繞組(32A，32B)，每個所述第二次級繞組(32A，32B)連接到相應(yīng)的第一次級繞組(22A，22B)上，且所述次級電器件(28)連接到所述第二初級繞組(30)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(16)，其中，所述第一變壓器(18)和所述第二變壓器(26)的次級繞組(22A，22B，32A，32B)的數(shù)量分別等于2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)(16)，其中，所述次級電器件(28)包括針對可被再次注入AC網(wǎng)絡(luò)(12)中的電流諧波的削減濾波器(42)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)(16)，其中，所述AC網(wǎng)絡(luò)(12)具有至少一個相，且所述削減濾波器(42)包括針對該相或所述每個相的串聯(lián)連接有電容器(50)的電磁繞組(48)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)(16)，其中，每個功率變換器(24A，24B)為負(fù)載換相逆變器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)(16)，其中，每個負(fù)載換相逆變器(24A，24B)包括電壓整流器(34A，34B)和電壓逆變器(36A，36B)，所述電壓逆變器(36A，36B)使用DC母線(38A，38B)連接在所述電壓整流器(34A，34B)的輸出端處，所述DC母線包括電磁線圈(40A，40B)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)(16)，其中，所述電壓整流器(34A，34B)和所述電壓逆變器(36A，36B)各自均包括晶閘管橋(44)。
8.—種驅(qū)動系(10)，包括由AC網(wǎng)絡(luò)(12)通過功率變換系統(tǒng)(16)供電的電機(jī)(14)，所述功率變換系統(tǒng)(16)連接在所述AC網(wǎng)絡(luò)(12)和所述電機(jī)(14)之間， 其特征在于，所述功率變換系統(tǒng)(16)為根據(jù)上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的功率變換系統(tǒng)。
【文檔編號】H02M5/45GK103516227SQ201310244305
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月19日
【發(fā)明者】阿爾弗雷德·佩爾穆伊 申請人:Ge能源電力轉(zhuǎn)換技術(shù)有限公司