专利名称：一种功率单元串联的高压变频器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种功率单元串联的高压变频器，尤指一种对变压器副边绕组 与功率单元连接方式进行改进的功率单元串联的高压变频器。
背景技术：
随着电力电子技术的发展，变频器作为电力电子技术发展的产物，在国民经济 的各个领域如冶金、石化、自来水、电力等行业得到广泛的应用，并发挥着越来越 重要的作用，特别是，高压大功率变频器的应用日渐广泛。而由如图l所示的功率
单元1串联构成的高压大功率变频器(如图2所示)作为适合中国国情、性能优异 的高压变频器，受到众多变频器生产厂商、科研院所、工程技术人员、用户的青睐， 显示了其方兴未艾的前景。此高压变频器结构已经由中国专利97100477公开，它 主要由多副边绕组变压器2、多个功率单元1和控制系统构成。
这种由多个功率单元串联构成的高压变频器的结构特点是在电网侧有一个整 流变压器2，此整流变压器有N个副边绕组，每一个副边绕组与一个功率单元相逸 分别给各个串联的功率单元供电。为了抑制对电网的谐波，这些副边绕组采用曲折 绕法，达到移相的效果。在电路原理上，此整流变压器的作用起到了隔离的作用， 使各功率单元相互之间在输入侧隔离，这样，由于功率单元的逆变桥在输出侧相互 串联，功率单元的整体电位就会逐级提高。
以图2为例，相对于中点O，功率单元A1、 Bl、 Cl的输出电压并不高，假定 每个功率单元的输出电压为6卯V，那么A1的输出电压为6卯V，对于B1、 Cl也 如此。但是，由于A2、 B2、 C2与A1、 Bl、 Cl是串联的，那么，Al和A2串联 的输出电压就是690V的两倍，即1380V。当有5个功率单元串联时，Al到A5的 输出电压是3450V，同样的情况也会在Bl到B5、 Cl到C5上出现。最终到电机上 的U、 V、 W三个端子，对中点O的电压分别是3450V。
众所周知，变频器的负载一般是三相交流电机，对于交流电机而言，三相的电 压相位必须相差120度这在电机控制的PWM波形中可以实I见经过这样的处迅 上述U、 V、 W三个端子相互之间的电压为^x3450-5975F。即大致为6KV。
专利97100477以及各类文献中，并未提及构成上述高压变频器的整流变压器 副边绕组的排列方式，尤其是变压器副边多个绕组与每个功率单元的排列方式。在 一般的现有产品中，整流变压器的结构如图3所示。为了说明问题，图3仅以5级
串联的形式示例。变压器一般为常规的三相柱式变压器，由于变压器的副边绕组抽 头较多，因此一般将原边高压绕组置于内侧，副边绕组置于外侧，将三相功率单元 所需要的副边绕组分为三组，每组内有5个移相的三相绕组，如Wal、 Wa2 、……
Wa5， Wbl、 Wb2 、 ......Wb5， Wcl、 Wc2 、 ......We5，移相的角度分别为0、 ±
12Q、 ±24Q，这5个绕组在变压器外侧从上到下顺序排列的。为了工艺上的方便， 通常，变压器副边每组绕组与变频器功率单元都采取顺序连接的方式进行连接，以 A相的5个单元为例，副边绕组Wal接功率单元Al， Wa2接功率单元A2，…… Wa5接功率单元A5;或者反过来的顺序，即Wa5接功率单元Al， Wa4接功率单 元A2，……Wal接功率单元A5。对于B相和C相的功率单元也釆用相同的方式 与副边绕组顺序连接。从工艺上看，这样的副边绕组排列方式和副边绕组与功率单 元的连接方式相当整齐。
对于这种传统的变压器绕组排列方式，变压器副边绕组之间的隔离电压应 该如此考虑由于每一相内的功率单元的电压是逐级升高的，所以每组内相邻 两个功率单元之间的电压并不高，比如W1和W2之间，考虑690V的电压升 高就可以了；但是，随着串联级数的增多，比如5级串联的情况，Wal和Wa5 之间，则有3450V的电压升高；对于A相的Wa5和B相的Wbl绕组，虽然 物理上相邻，却要考虑至少3450V的绝缘需要。所以在制造变压器时，每组之 间至少要留出足够的绝缘距离，来保证这个工作电压的需要。这个绝缘距离， 增加了变压器的铁心高度，浪费了材料，并使变压器的特性变差。
发明内容
鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种通过改变变压器副边绕组与功率 单元之间的连接方式，提高变压器特性，降低变频器成本的功率单元串联的高 压变频器。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案 一种功率单元串联的高压变 频器，由电网侧的整流变压器、3XN个功率单元和控制系统构成；所述整流 变压器有3XN个副边绕组，每一个副边绕组与一个功率单元的输入端相连； 每个功率单元的最大输出电压为V;功率单元每N个串联构成一相，3相之间 为星型接法；其特征在于
所述整流变压器的副边绕组被分为3组，每组N个，分别为Wal，…WaN;
Wbl，…WbN; Wel，WeN;这些绕组顺序排列；其中有一组副边绕组与功
率单元的连接顺序，与其他两组副边绕组与功率单元的连接顺序相反。
所述变压器副边绕组中与靠近星型接法中性点的三个功率单元Al、 Bl、Cl相连的3个副边绕组，有两个是相邻的。
所述变压器3组副边绕组相邻两组之间的绝缘电压，有一个不小于V，另 外一个不小于NXV。
由于本发明整流变压器3组副边绕组中的一组副边绕组与功率单元的连接 顺序，与其他两组副边绕组与功率单元的连接顺序相反，所以，对于变压器3 组副边绕组相邻两组之间的绝缘电压，有一个按照工作电压不小于V来设计， 另外一个按照工作电压不小于NXV来设计即可。这样，按照本发明提出的方 案，变压器可以减小一部分绝缘距离，由于高压变频器的功率一般都较大，因 此配套的变压器功率也较大，目前，硅钢片和铜线的价格都在高位运行，而高 压变频器的市场需求量在不断增大，所以，由于这一部分绝缘距离的减小，可 以带来比较明显的变压器成本的下降，同时，还提高了变压器的特性。
图1为现有的功率单元结构示意图2为现有的功率单元串联的高压变频器结构示意图3为传统的多副边绕组整流变压器结构示意图4为本发明变压器副边绕组与功率单元连接关系示意图。
具体实施例方式
本发明公开的功率单元串联的高压变频器主要由电网侧的多副边绕组变 压器、3XN个功率单元和控制系统构成，每个功率单元的最大输出电压为V， 变压器的副边绕组分别连接功率单元；功率单元每N个串联构成一相，即功率 单元A1-AN顺序串联，功率单元B1-BN顺序串联，功率单元C1-CN顺序串联， 三相之间为星型接法，靠近星型接法中性点的三个功率单元A1、 Bl、 Cl的一 个输出端连接形成中点O，给交流电机或其他负载供电。
本发明与现有的功率单元串联高压变频器的区别在于本发明对变压器副 边绕组与功率单元之间的连接方式进行了改进。将变压器的副边绕组分为3组， 每组N个，分别为Wap…WaN; Wbl，…WbN; Wcl,…WcN;这些绕组顺 序排列，每一个副边绕组与一个功率单元的输入端相连；其中有一组副边绕组 与功率单元的连接顺序，与其他两组副边绕组与功率单元的连接顺序相反，使 与功率单元A1、 Bl、 Cl相连的3个变压器副边绕组，有两个是相邻的。
图4为本发明具体实施例副边绕组与功率单元连接关系示意图。如图所 示，本发明将变压器副边绕组分为a、 b、 c三组，每组N个，图中以N-5为 例，分别为Ww，…Wa5; Wbl，…Wb5; Wcl，…Wc5。将a组副边绕组中的 Wal与功率单元A5的输入端相连，Wa2接功率单元A4,…Wa5接功率单元Al;
而，将b组副边绕组中的Ww接功率单元Bl， Wb2接功率单元B2，…Wbs接 功率单元B5;将c组副边绕组中的Wel接功率单元Cl， Wc2接功率单元C2，… Wc5接功率单元C5，即，将a组副边绕组与功率单元的连接顺序，与其他两组 副边绕组与功率单元的连接顺序相反，这样，使功率单元Al和B1对应的变 压器副边绕组W^和Wbl相邻。
由于变压器副边的三组绕组是完全对称的，所以，可以将这种连接方式演 绎为不同的形式。例如，将b组副边绕组与功率单元的连接顺序，与其他a、 c 两组副边绕组与功率单元的连接顺序相反，这样，使功率单元B1和C1对应 的变压器副边绕组WbN和Wd相邻；同理，还可以将c组副边绕组与功率单元 的连接顺序，与其他a、 b两组副边绕组与功率单元的连接顺序相反，这样， 使功率单元Cl和Al对应的变压器副边绕组W^和Wal相邻。
假设变压器副边绕组每组内相邻两个绕组的工作电压为V，按照传统的变 压器每组副边绕组与功率单元之间都是顺序连接的设计方案，两组绕组之间的 绝缘电压(即a组副边绕组和b组副边绕组之间，b组副边绕组和c组副边绕 组之间)都必须按照工作电压不小于NXV来设计。而，本发明由于其中有一 组副边绕组与功率单元的连接顺序，与其他两组副边绕组与功率单元的连接顺 序相反，所以，对于相邻两组之间的绝缘电压，有一个按照工作电压不小于V 来设计，另外一个按照工作电压不小于NXV来设计。这样，按照本发明提出 的方案，变压器可以减小一部分绝缘距离，由于高压变频器的功率一般都较大， 因此配套的变压器功率也较大，目前，硅钢片和铜线的价格都在高位运行，而 高压变频器的市场需求量在不断增大，所以，由于这一部分绝缘距离的减小， 可以带来比较明显的变压器成本的下降，同时，还提供了变压器的特性。
由于变压器副边绕组之间要求相互绝缘，两组副边绕组之间的绝缘电压又 不同，所以，可以通过采用不同的绝缘材料；或采用相同的绝缘材料，材料的 厚度不同；或通过副边绕组之间绝缘间距不同，满足不同的绝缘需要。
构成本发明的整流变压器可以是干式变压器或油浸变压器；干式变压器可 以是开启式或环氧树脂浇注式变压器。
以上所述是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，任何基于本发明技 术方案基础上的等效变换，均属于本发明保护范围之内。
权利要求
1、一种功率单元串联的高压变频器，由电网侧的整流变压器、3×N个功率单元和控制系统构成；所述整流变压器有3×N个副边绕组，每一个副边绕组与一个功率单元的输入端相连；每个功率单元的最大输出电压为V；功率单元每N个串联构成一相，3相之间为星型接法；其特征在于所述整流变压器的副边绕组被分为3组，每组N个，分别为Wa1，…WaN；Wb1，…WbN；Wc1，…WcN；这些绕组顺序排列；其中有一组副边绕组与功率单元的连接顺序，与其他两组副边绕组与功率单元的连接顺序相反。
全文摘要
本发明公开了一种功率单元串联的高压变频器，由电网侧的整流变压器、3×N个功率单元和控制系统构成；所述整流变压器有3×N个副边绕组，每一个副边绕组与一个功率单元的输入端相连；每个功率单元的最大输出电压为V；其特征在于所述整流变压器的副边绕组被分为3组，每组N个，分别为W<sub>a1</sub>，…W<sub>aN</sub>；W<sub>b1</sub>，…W<sub>bN</sub>；W<sub>c1</sub>，…W<sub>cN</sub>；这些绕组顺序排列；其中有一组副边绕组与功率单元的连接顺序，与其他两组副边绕组与功率单元的连接顺序相反。变压器副边绕组中与功率单元A1、B1、C1相连的3个副边绕组，有两个是相邻的。变压器3组副边绕组相邻两组之间的绝缘电压，有一个不小于V，另外一个不小于N×V。
文档编号H02M5/00GK101098107SQ20061008947
公开日2008年1月2日 申请日期2006年6月28日 优先权日2006年6月28日
发明者鹏 倚 申请人:北京利德华福电气技术有限公司