专利名称：一种可变电压等级恒功率输出的变流器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种变流器，特别是一种可变电压等级恒功率输出的变流器。
背景技术：
随着电力电子器件的发展，变流器广泛应用于电信、能源、交通运输、军事装备、材 料工程、电力系统和电气传动领域，以驱动电气传动机构或作为变频电源使用。目前，比 较先进的高压电机变频调速装置采用IGBT功率单元串联(H桥串联)多电平技术、数字控 制技术、SPWM脉宽调制技术，具有高效节能、高功率因数及高可靠性等特点，结束了传统 方法造成的能源和人力浪费，延长了电机、风机、水泵等使用寿命，改善了生产工艺，提 高了生产效率。
H桥串联多电平技术的发展为变流器的大容量化开辟了新的途径，电平数量越多，输 出波形谐波失真越小，越接近于正弦输出，更适合大容量、高电压的场合。
目前，变频装置在输出电压降低时输出功率也等比的减小，在需要多电压等级恒功率 输出的场合，只能选择多个变频调速装置来实现，通过一个变流器能够实现多电压等级恒 功率输出的变流器还未见报道。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种可变电压等级恒功率输出的变流器，该装置通过多个功 率单元的串联和并联相结合的多种变换形式，达到恒功率输出多种电压等级的目的。
为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现-
一种可变电压等级恒功率输出的变流器，该装置通过多个相同变频功率单元的串联和 并联相结合的变换方式，实现恒功率输出多种电压等级。
额定输出电压为全电压时，由n个变流功率单元串联组成一个变流链，每相由一个变 流链组成，实现三相交流恒功率输出，其中n为偶数。
额定输出电压为全电压的二分之一时，由n/2个变频功率单元串联组成一个变流链， 每相由这样的两个变流链相并联，实现三相交流恒功率输出，其中n为偶数。
额定输出电压为全电压的四分之一时，由n/4个变频功率单元串联组成一个变流链，每相由这样的四个变流链相并联，实现三相交流恒功率输出，其中n为偶数。
额定输出电压为全电压的八分之一时，由n/8个变频功率单元串联组成一个变流链，
每相由这样的八个变流链相并联，实现三相交流恒功率输出，其中n为偶数。
额定输出电压为全电压的n分之一时，每相由n个变频功率单元并联组成，实现三相
交流恒功率输出。
将所有变频功率单元并联，可实现直流输出或单相交流恒功率输出。 将所有变频功率单元串联，可实现单相交流恒功率输出。 该方法需要满足的控制条件是
1) 各变频功率单元的串、并联通过控制相应开关的分、合闸来实现，控制原则是所 需恒功率输出的电压等级；
2) 同一个变流链中的各变频功率单元输出同相位、同频率，而且电压幅值相等；
3) 并联的各个变流链输出电流相等。
与现有技术相比，.本实用新型的新颖性和创造性体现在通过多个变频功率单元的 串、并联多种变换形式，实现多种电压输出等级均恒功率输出。
图1是变流器的接线原理示意图2是n个变频功率单元串联的拓扑图3是n/2个变频功率单元串联组成一个变流链，每相由两个变流链相并联的拓扑图； 图4是n/4个变频功率单元串联组成一个变流链，每相由四个变流链相并联的拓扑图； 图5是n/8个变频功率单元串联组成一个变流链,每相由八个变流链相并联的拓扑图； 图6是每相由n个变频功率单元并联的拓扑图7是每相n个变频功率单元并联，再将三相所述变流并联单元再进行并联的拓扑图； 图8是8个变频功率单元串联的拓扑图9是4个变频功率单元串联组成一个变流链，每相由两个变流链相并联的拓扑图； 图10是2个变频功率单元串联组成一个变流链，每相由四个变流链相并联的拓扑图； 图11是1个变频功率单元串联组成一个变流链，每相由八个变流链相并联的拓扑图； 图12是每相8个变频功率单元并联，再将三相所述变流并联单元再进行并联的拓扑
图13是n=8,功率为5000kVA的变流器原理4图14-a是四象限变频功率单元的电路原理图14-b是两象限或单相限变频功率单元的电路原理图15是13. 2kV全电压等级时四象限型变流器电路原理具体实施方式
一种可变电压等级恒功率输出的变流器，该装置通过多个相同变频功率单元的串联和 并联相结合的多种变换形式，通过对开关的分合闸控制，实现A、 B、 C三相每相多个变频 功率单元组成的变流链的并联，同时通过对各个变频功率单元输出的电流、电压幅值、频 率的一致性控制，从而实现输出电压降低时输出电流增加，达到恒功率输出多个所需的电 压等级。
见图2，全电压等级每相由n个变频功率单元串联组成一个变流链，实现全电压三 相交流恒功率输出，其中n为偶数。
见图3, 1/2全电压等级由n/2个变频功率单元串联组成一个变流链，每相由两个 变流链相并联，实现l/2全电压等级的三相交流恒功率输出，其中n为偶数。
见图4， 1/4全电压等级由n/4个变频功率单元串联组成一个变流链，每相由四个 变流链相并联，实现l/4全电压等级的三相交流恒功率输出，其中n为偶数。
见图5， 1/8全电压等级由n/8个变频功率单元串联组成一个变流链，每相由八个 变流链相并联，实现l/8全电压等级的三相交流恒功率输出，其中n为偶数。
见图6， 1/n全电压等级由n个变频功率单元并联，实现1/n全电压等级的三相交 流恒功率输出。
见图7，直流或单相交流恒功率输出如将每相n个变频功率单元并联，再将三相所 述变流并联单元再进行并联，可实现直流输出或单相交流恒功率输出。 该方法需要满足的控制条件是
1) 各变频功率单元的串、并联通过控制相应开关的分、合闸来实现，控制原则是所 需恒功率输出的电压等级；
2) 同一个变流链中的各变频功率单元输出同相位、同频率，而且电压幅值相等；
3) 并联的各个变流链输出电流相等。 实施例1: n=8,功率为5000kVA。见图8，全电压等级13.2kV:每相由8个变频功率单元串联组成一个变流链，实现全 电压13. 2kV三相交流恒功率5000kVA输出。
见图9， 1/2全电压等级6.6kV:由4个变频功率单元串联组成一个变流链，每相由两 个变流链相并联，实现6. 6kV等级的三相交流恒功率5000kVA输出。
见图IO， 1/4全电压等级3.3kV:由2个变频功率单元串联组成一个变流链，每相由 四个变流链相并联，实现3. 3kV等级的三相交流恒功率5000kVA输出。
见图ll， 1/8全电压等级1.65kV:由1个变频功率单元组成一个变流链，每相由八个 变流链相并联，实现1. 65kV电压等级的三相交流恒功率5000kVA输出。
见图12，直流0-1000V或单相交流恒功率输出如将每相8个变频功率单元并联，再 将三相所述变流并联单元再进行并联，可实现直流输出0-1000V恒功率5000kVA输出。
见图13，变流器具体原理图；为『8、功率为5000kVA的变流器。
此变流器基于多电平H桥串联技术，最高输出13. 2kV，无需升压变压器，容量5000kVA。
由电网送来的三相交流电接入整流移相变压器，整流移相变压器的二次有24个三相 绕组分别给24个变频功率单元Ul-U8、 Vl-V8、 Wl-W8供电，每相由8个变频功率单元的 单相输出首尾串联，而每个变频功率单元的输出电压可控制在0 950V范围内，各变频功 率单元输出的PWM波移相叠加后，形成7.6kV的相电压，A、 B、 C三相采用Y形连接，形 成了线电压最高为13.2kV的高质量的正弦波输出(频率在0-120Hz可设定，电压在 0-13. 2kV)供给电动机或作为变频电源。
图13中的每个变频功率单元的具体原理见图14，当变频功率单元为图14-a时就是四 象限变流器，当变频功率单元为图14-b时就是两象限或单象限变流器。
图14-a中，此变频功率单元基本拓扑结构为交一直一交型三相可控整流/单相逆变输 出的电压源型变频器，整流侧为三相可控整流桥，将输入的三相交流整流成直流；逆变侧 为单相逆变，实现单相可控交流0 950V输出。此变频功率单元能够实现能量的双向流动， 电流可从电网经中间直流电容流向电机，也可因电机制动或电机工作在发电工况时，电流 从电机经直流环节的电容流向电网，实现四象限运行控制。其中可控整流器件和逆变器件 可以是IGBT、或IGCT、或IEGT 、或PP IGBT。
图14-b中，此变频功率单元基本拓扑结构为交一直一交型三相二极管不可控整流/单 相逆变输出的电压源型变频器，即此变频单元是三相交流输入，单相输出为可控的交流 0-950V。其中逆变器件可以是IGBT、或IGCT、或IEGT。每个变频功率单元是完全成熟的技术，而变频功率单元的输出电压和串联数量决定了 此变流器的最高输出电压，每个变频功率单元的额定电流决定此变流器的输出电流。
整流移相变压器的一次绕组是Y型，每个二次绕组为延边A型，变压器的一次电压根 据应用电网的电压设计。
通过对各开关的分合闸控制，实现A、 B、 C三相每相各自变频单元的并联，而得到不 同电压等级的输出。实现了不同电压等级下的功率输出仍然是5000kVA。
交流输出端子，直流输出端子各l组。
输出能力、开关的分合闸状态、控制方式见表l。
见图15:全电压13.2kV等级时四象限型变流器电路原理图。变频功率单元为图14-a 时，每相8个变频功率单元串联，实现全电压13. 2kV三相交流恒功率5000kVA输出。
表l
输出端子
输出能力
开关状态
输出方式
U、 V、 W
13.2kV电压等级 0—120Hz
在10kV—13.2kV范围 输出满功率5000kVA
KM1闭合 KM2-KM11分断
直接输出高压 四象限(或两象限) 交直交变频
6.6kV电压等级 0-120Hz
在6kV—7.2kV范围 可输出满功率5000kVA
KM2、 KM3闭合 KM1、 KM4-KM11
分断
直接输出高压 四象限(或两象限) 交直交变频
3.3kV电压等级 0—120Hz 在3kV—4.6kV范围 可输出满功率5000kVA
KM2、 KM4、 KM5. KM6闭合
KM1、KM3、K7 K11
分断
直接输出高压 四象限(或两象限) 交直交变频
1.65kV电压等级 0—120Hz 1.65 kV
可输出满功率5000kVA
KM2、 KM4、 KM5 KM7-KM11闭合 KM1、 KM3、 KM6
分断
直接输出高压 四象限(或两象限) 交直交变频
直流 输出
DC+、 DC-
0~1000V DC 0—5000A
KM2、 KM4-KM11 闭合
KM1、 KM3分断
斩波控制
直流电机 各种试验
相流出
三交输
权利要求1、一种可变电压等级恒功率输出的变流器，其特征在于，额定输出电压为全电压时，由n个变流功率单元串联组成一个变流链，每相由一个变流链组成，实现三相交流恒功率输出，其中n为偶数。
2、 根据权利要求1所述的一种可变电压等级恒功率输出的变流器，其特征在于，额 定输出电压为全电压的二分之一时，由n/2个变频功率单元串联组成一个变流链，每相由 这样的两个变流链相并联，实现三相交流恒功率输出，其中n为偶数。
3、 根据权利要求1所述的一种可变电压等级恒功率输出的变流器，其特征在于，额 定输出电压为全电压的四分之一时，由n/4个变频功率单元串联组成一个变流链，每相由 这样的四个变流链相并联，实现三相交流恒功率输出，其中n为偶数。
4、 根据权利要求1所述的一种可变电压等级恒功率输出的变流器，其特征在于，额 定输出电压为全电压的八分之一时，由n/8个变频功率单元串联组成一个变流链，每相由 这样的八个变流链相并联，实现三相交流恒功率输出，其中n为偶数。
5、 根据权利要求1所述的一种可变电压等级恒功率输出的变流器，其特征在于，额 定输出电压为全电压的n分之一时，每相由n个变频功率单元并联组成，实现三相交流恒 功率输出。
6、 根据权利要求1所述的一种可变电压等级恒功率输出的变流器，其特征在于，将 所有变频功率单元并联，可实现直流输出或单相交流恒功率输出。
专利摘要本实用新型涉及一种恒功率输出多种电压等级的变流器，通过多个相同变频功率单元的串联和并联相结合的多种变换形式，通过对开关的分合闸控制，实现A、B、C三相每相多个变频功率单元组成的变流链的串联和并联，同时通过对各个变频功率单元输出的电流、电压幅值、频率等一致性进行控制，从而实现输出电压降低时输出电流增加，达到恒功率输出多个所需的电压等级。即在一个变流器上实现可以变化的多电压等级恒功率输出。此变流器基于多电平H桥串联技术。此变流器可以是四象限变流器或两象限或单象限变流器，取决于变频功率单元的电路结构，其变频功率单元的可控整流器件或逆变器件可以是IGBT或IGCT、IEGT、PP IGBT。
文档编号H02M7/02GK201414072SQ20092001396
公开日2010年2月24日 申请日期2009年5月27日 优先权日2009年5月27日
发明者丁雅丽, 张其生, 颖 徐, 兴 李, 旷 李, 董力军, 郭自勇 申请人:荣信电力电子股份有限公司