专利名称：6kv异步机变频调速装置的三电平电压源逆变式主电路的制作方法
技术领域：
一种6KV异步机变频调速装置的三电平电压源逆变式主电路属于大容量、中高压异步电动机变频调速装置领域。
国内见诸报导的高压变频调速装置均采用基于1200～1800V IGBT(DIM800FSS门)器件的单元串联单相桥式主电路结构，其缺点是器件数量多，信号调制复杂，整体可靠差。三电平电压源逆变式主电路结构具有结构简单，单个功率器件承受电压低，等效开关频率高、输出谐波小等优点，而且采用高电压、大功率、快速的集成门极换相晶闸管(IGCT)来作为主要开关器件构成三电平电压源逆变器已成为高中压交流变频调速装置的主要发展方向。国外许多跨国公司已经推出高中压变频调速系统初期产品，但其主电路结构与参数等核心技术对外保密，未见请于公开发表的论文及相关专利。
本发明的特征在于，它含有四重化输入整流滤波电路，集成门极换相晶闸管(IGCT)串联运行式三电平电压源逆变电路和输出LC滤波电路；其中，所述的四重化输入整流滤波电路包含原边接电网而副边为四组电压相等但相隔离的三相绕组的输入隔离变压器，输入端与上述变压器输出端相连而各整流桥的直流正负端相串接的三相二极管全桥整流电路以及整流输出端的两个滤波电容器；三电平电压源逆变电路包含各由四组IGCT开关器件和二组二极管组成的三电平电压源逆变式桥接电路以及并接于每组开关器件和每组二极管上的均压电路；其中，所述输入隔离变压器副边每组绕组的输出电压相对于参考电压的相位依次为0度、15度、30度和45度，副边绕组的匝数比为A1∶a1＝3.43∶1，a1＝b1＝c1；A1∶a2＝7.26∶1，a2＝b2＝c2；A1∶a3＝19.88∶1，a3＝b3＝c3；A1∶a4＝5.94∶1，a4＝b4＝c4；A1∶a5＝7.26∶1，a5＝b5＝c5；A1∶a6＝19.88∶1，a6＝b6＝c6。
所述的均压电路由电阻串联式静态均压电路和阻容串联式动态均压电路相并联而成。所述的四重化输入整流滤波电路的正、负电压输出端分别连接到一个由两个各自并联着一个上述均压电路的IGCT串联而成的高压电子开关，上述开关的另一端分别连接到都与上述下部两个整流桥正端相连的两个滤波电容器的另一端。所述的四重化输入整流滤波电路的两个相串接的输出滤波电容和三电平电压源逆变电路间的正、负母线组上串接着一个由分别串接在正、负母线组上的阳极电抗、并联于上述阳极电抗上用阳极电阻和共同并联着一个均压电路的两个反向二极管串联组成的均压支路以及并接在上述均压支路中点之间且其另一端连在一起并接到上述四重化整流滤波电路下部两个整流桥正端的两个箝位电容三者共同构成的逆变开关器件IGCT开通电流上升速度抑制及关断过电压用的箝位电路。在所述的两个正、负高压电子开关和四重化输入滤波整流电路的两个输出滤波电容间串接着一个由共模电抗和电阻并联组成的输入共模电压抑制电路。所述的输出LC滤波电路是一个每相由电抗器和电容器串联而成的三相LC滤波电路。在所述的三电平电压源逆变式桥接电路中，每组开关器件或每组二极管分别由两个IGCT或两个二极管串接而成。
使用证明它达到了预期目的。
图2采用IGCT串联运行的正弦波输出三电平电压源式逆变电路原理图。
图3均压电路原理图。
在图2中，逆变开关器件SA11～SA42、SB11～SB42、SC11～SC42均为4500V耐压的IGCT。每相桥臂的8个IGCT器件各构成串联运行关系，共同承担开断时应承受的5KV直流高压。L3、L4分别为正、负母线阳级电抗，用于抑制挤臂IGCT开通时的电流上升速度di/dt，使其小于每只IGCT能承受的最大开通电流上升速度。RA+、C3、DA1+/DA2+以及RA-、C4、DA1-/DA2-分别构成桥臂正、负端电压箝位电路。二极管DA11/DA12、DA21/DA22、DB11/DB12、DB21/DB22、DC11/DC12、DC21/DC22各自构成串联运行关系，每只二极管为耐压4500V的快恢复二极管。LA/CA、LB/CB、LC/CC分别构成A、B、C三相输出电压滤波电路，使三相输出成为正弦波。上述各器件的型号各为IGCT为5SHX08F4502，二极管为5SDF03D4502。
在图3中，R1、R2构成静态均压电路，R3/C1、R4/C2构成IGCT或二极管关断时的动态均压电路。通过选择合适电阻电容参数可以保证IGCT或二极管的均压误差小于10％，从而保证它们能安全运行。
在额定输入电压为6KV(+5％、-10％)而频率为45Hz～55Hz下，额定输出功率为1000kw。输入侧功率因数当大于50％额定负载时为大于0.95，此时，输入侧电流谐波总畸变率为小于5％。在额定负载下，装置效率大于0.96。适用输出电压频率范围为(1～60)Hz。其过载能力120％时为1分钟，130％时为立即保护。
权利要求
1.一种6KV异步机变频调速装置的三电平电压源逆变式主电路，含有三电平电压源逆变器，其特征在于它含有四重化输入整流滤波电路，集成门极换相晶闸管(IGCT)串联运行式三电平电压源逆变电路和输出LC滤波电路；其中，所述的四重化输入整流滤波电路包含原边接电网而副边为四组电压相等但相隔离的三相绕组的输入隔离变压器，输入端与上述变压器输出端相连而各整流桥的直流正负端相串接的三相二极管全桥整流电路以及整流输出端的两个滤波电容器；三电平电压源逆变电路包含各由四组IGCT开关器件和二组二极管组成的三电平电压源逆变式桥接电路以及并接于每组开关器件和每组二极管上的均压电路；其中，所述输入隔离变压器副边每组绕组的输出电压相对于参考电压的相位依次为0度、15度、30度和45度，副边绕组的匝数比为A1∶a1＝3.43∶1，a1＝b1＝c1；A1∶a2＝7.26∶1，a2＝b2＝c2；A1∶a3＝19.88∶1，a3＝b3＝c3；A1∶a4＝5.94∶1，a4＝b4＝c4；A1∶a5＝7.26∶1，a5＝b5＝c5；A1∶a6＝19.88∶1，a6＝b6＝c6。
2.根据权利要求1所述的6KV异步机变频调速装置的三电平电压源逆变式主电路，其特征在于所述的均压电路由电阻串联式静态均压电路和阻容串联式动态均压电路相并联而成。
3.根据权利要求1所述的6KV异步机变频调速装置的三电平电压源逆变式主电路，其特征在于所述的四重化输入整流滤波电路的正、负电压输出端分别连接到一个由两个各自并联着一个上述均压电路的IGCT串联而成的高压电子开关，上述开关的另一端分别连接到都与上述下部两个整流桥正端相连的两个滤波电容器的另一端。
4.根据权利要求1所述的6KV异步机变频调速装置的三电平电压源逆变式主电路，其特征在于所述的四重化输入整流滤波电路的两个相串接的输出滤波电容和三电平电压源逆变电路间的正、负母线组上串接着一个由分别串接在正、负母线组上的阳极电抗、并联于上述阳极电抗上用阳极电阻和共同并联着一个均压电路的两个反向二极管串联组成的均压支路以及并接在上述均压支路中点之间且其另一端连在一起并接到上述四重化整流滤波电路下部两个整流桥正端的两个箝位电容三者共同构成的逆变开关器件IGCT开通电流上升速度抑制及关断过电压用的箝位电路。
5.根据权利要求1或3所述的6KV异步机变频调速装置的三电平电压源逆变式主电路，其特征在于在所述的两个正、负高压电子开关和四重化输入滤波整流电路的两个输出滤波电容间串接着一个由共模电抗和电阻并联组成的输入共模电压抑制电路。
6.根据权利要求1所述的6KV异步机变频调速装置的电压源逆变式主电路，其特征在于所述的输出LC滤波电路是一个每相由电抗器和电容器串联而成的三相LC滤波电路。
7.根据权利要求1所述的6KV异步机变频调速装置的电压源逆变式主电路，其特征在于在所述的三电平电压源逆变式桥接电路中，每组开关器件或每组二极管分别由两个IGCT或两个二极管串接而成。
全文摘要
6KV异步机变频调速装置的三电平电压源逆变式主电路属于大容量、高压异步机变频调速装置领域,其特征在于它含有:依次串接的内设有高压电子开关和输入共模电压抑制电路的四重化输入整流滤电路,输入端设有逆变开关器件开通电流上升速度抑制和关断过电压用箝位电路的集成门极换相晶体管(IGCT)串联运行式三电平电压源逆变电路以及输出三相LC滤波电路。上述输入整流滤波电路中输入隔离变压器副边每组绕组的输出电压相对参考电压的相位依次为0、15、30和45度,副边绕组的匝数比也有特殊的比值。它具有变压器原边6KV、输入功率因数为0.95,输入电流总谐波畸变率小于5%,过载130%立即保护等优点,另外,在额定负载下,变频调速装置的效率可大于96%。
文档编号H02M7/505GK1384598SQ0212111
公开日2002年12月11日 申请日期2002年6月7日 优先权日2002年6月7日
发明者刘文华, 吴步宁, 宋强, 王曙兵 申请人:清华大学, 中山市明阳电器有限公司