专利名称：一种级联拓扑变频器系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力电子技术，更具体地说，涉及一种级联拓扑变频器系统。
背景技术：
随着电力电子技术的发展，中、高压变频调速装置在工业生产中的应用越来越广 泛。变频调速装置在实现变频调速功能的同时，在节能降耗、提高生产效率方面取得了良好 效果。而级联拓扑变频器是中、高压变频调速装置的主要拓扑结构。级联拓扑变频器的特 点在于其输出波形接近正弦，变频器产生的电压dv/dt小，通常不需要输出滤波器，谐波损 耗相对较小。图1是6kV输入6kV输出的级联拓扑变频器的结构示意图，该级联拓扑变频器包 括变压器Tll和三相级联设置的十五个功率单元(Power Cell)，其中，每相由五个功率单 元级联输出，该五个低压的功率单元通过级联的方式输出高压。图2是图1中一个功率单 元的电路图，结合图1和图2，变压器Tll的一个副边绕组的三相(U、V、W)输出电压经二极 管整流桥整流为直流电压，然后，H逆变桥根据控制单元(未示出)输出的控制信号将该直 流电压逆变为交流电压。在该级联拓扑变频器中，功率单元Al、A2、A3、A4、A5级联输出U 相电压，级联连接的功率单元B1、B2、B3、B4、B5输出该级联拓扑变频器的V相电压，级联连 接的功率单元Cl、C2、C3、C4、C5输出该级联拓扑变频器的W相电压，所输出的三相电压为 负载电机M供电。目前，国内变频器一般采用系统式设计，现有的中、高压大功率变频器主要是包括 4个部分柜体、变压器、功率单元和控制单元。其中，柜体包括用于装设变压器的变压器 柜、用于装设控制单元的控制单元柜、用于装设多个功率单元的功率单元柜、及连接变压器 柜、控制单元柜、功率单元柜的并柜组件；控制单元包括控制器和采样电路。变压器用于 对输入的高压交流电进行降压，并分配至每个功率单元，控制器控制该多个功率单元的输 出电压，而该多个功率单元通过级联连接以输出该变频器系统的三相输出电压，采样电路 用于采样变频器的输出电压并将所采样的输出电压送入控制器。在现有的柜体设计中，不同电压等级(10kV，6kV，3kV)和不同容量(功率等级从 500kVA至5MVA)的变频器系统需要采用不同结构的柜体，也就是说，每种电压等级的变频 器必须配置相应大小的柜体，如图3和图4所示，在图3所示的变频器系统中，该系统包括 并柜连接的变压器柜100、功率单元柜210和控制柜300，其中，功率单元柜210能装设三 相级联设置的九个功率单元20，该功率单元柜210适用于3kV电压等级的变频器系统。在 图4所示的变频器系统中，该系统包括并柜连接的变压器柜100、功率单元柜220和控制柜 300，其中，功率单元柜220能装设三相级联设置的十五个功率单元20，该功率单元柜220适 用于6kV电压等级的变频器系统。同样地，对于一个IOkV电压等级的变频器系统，需要配 置一个更大的功率单元柜去装设更多数量的功率单元来实现IOkV逆变电压的输出。综上 所述，各种电压等级的变频器系统之间的柜体无法共用，因此变频器系统的兼容性和拓展 性不好，造成资源浪费。[0006]另外，在现有的采样电路的设计中，与柜体的原理类似，不同电压等级(10kV，6kV， 3kV)和不同容量(功率等级从500kVA至5MVA)的变频器系统也需要配置相应大小的采样 电路单板，各种电压等级的变频器系统之间的采样电路单板无法共用，因此也造成了变频 器系统的兼容性和拓展性不好，造成资源浪费。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不同电压等级的变频器 系统的柜体不能兼容的缺陷，提供一种不同电压等级的变频器系统的柜体能兼容的级联拓 扑变频器系统。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种级联拓扑变频器系 统，包括柜体、变压器、功率单元和控制单元，所述柜体包括至少两个可装设预定数量功率 单元的功率单元柜，且所述至少两个功率单元柜中对应相的功率单元级联连接，以输出该 变频器系统的三相输出电压。在本实用新型所述的级联拓扑变频器系统中，所述功率单元柜中装设的功率单元 的数量小于或等于预定数量。在本实用新型所述的级联拓扑变频器系统中，所述控制单元包括采用电路，所述 采样电路包括一个三相设置的第一采样单板、每一相中至少一个单相设置的第二采样单 板；若每一相中有一个第二采样单板，则在每一相中，第二采样单板的第一端连接变频器系 统对应相的输出电压端，第二采样单板的第二端连接所述第一采样单板对应相的输入端， 所述第一采样单板对应相的输出端接地；若每一相中有至少两个第二采样单板，则在每一 相中，所述至少两个第二采样单板串联，串联后的第一端连接变频器系统对应相的输出电 压端，串联后的第二端连接所述第一采样单板对应相的输入端，所述第一采样单板对应相 的输出端接地。在本实用新型所述的级联拓扑变频器系统中，所述第一采样单板包括输出接口、 三相设置的第一电阻串和第二电阻串，在每一相中，第一电阻串的第一端为所述第一采样 单板对应相的输入端，第一电阻串的第二端连接第二电阻串的第一端，第二电阻串的第二 端为所述第一采样单板对应相的输出端，第一电阻串和第二电阻串的连接点连接所述输出 接口的输入端。本实用新型还构造一种级联拓扑变频器系统，包括柜体、变压器、功率单元和控制 单元，所述柜体包括至少一个可装设第一预定数量功率单元的第一功率单元柜，及至少一 个可装设第二预定数量功率单元的第二功率单元柜，且所述至少一个第一功率单元柜和所 述至少一个第二功率单元柜中对应相的功率单元级联连接，以输出该变频器系统的三相输 出电压。在本实用新型所述的级联拓扑变频器系统中，所述第一功率单元柜中装设的功率 单元的数量小于或等于第一预定数量；所述第二功率单元柜中装设的功率单元的数量小于 或等于第二预定数量。在本实用新型所述的级联拓扑变频器系统中，所述控制单元包括采用电路，所述 采样电路包括一个三相设置的第一采样单板、每一相中至少一个单相设置的第二采样单 板；若每一相中有一个第二采样单板，则在每一相中，第二采样单板的第一端连接变频器系统对应相的输出电压端，第二采样单板的第二端连接所述第一采样单板对应相的输入端， 所述第一采样单板对应相的输出端接地；若每一相中有至少两个第二采样单板，则在每一 相中，所述至少两个第二采样单板串联，串联后的第一端连接变频器系统对应相的输出电 压端，串联后的第二端连接所述第一采样单板对应相的输入端，所述第一采样单板对应相 的输出端接地。在本实用新型所述的级联拓扑变频器系统中，所述第一采样单板包括输出接口、 三相设置的第一电阻串和第二电阻串，在每一相中，第一电阻串的第一端为所述第一采样 单板对应相的输入端，第一电阻串的第二端连接第二电阻串的第一端，第二电阻串的第二 端为所述第一采样单板对应相的输出端，第一电阻串和第二电阻串的连接点连接所述输出 接口的输入端。实施本实用新型的技术方案，由于可根据变频器系统实际需要的电压等级选择合 适数量和规格的功率单元柜，并在所选的功率单元柜中，将两相邻功率单元柜的对应相的 功率单元的输出级联连接，这样就无需为该电压等级的变频器系统单独配置一个功率单元 柜，因此提高不同电压等级的变频器系统的兼容性和拓展性，节省了资源。
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中图1是现有技术6kV输入6kV输出的级联拓扑变频器的结构示意图；图2是图1中一个功率单元的电路图；图3是现有技术的一种级联拓扑变频器系统的柜体的逻辑结构图；图4是现有技术的另一种级联拓扑变频器系统的柜体的逻辑结构图；图5是本实用新型级联拓扑变频器系统的柜体实施例一的逻辑结构图；图6是本实用新型级联拓扑变频器系统的柜体实施例二的逻辑结构图；图7是本实用新型级联拓扑变频器系统的柜体实施例三的逻辑结构图；图8是本实用新型级联拓扑变频器系统的采样电路实施例一的逻辑结构图；图9是本实用新型级联拓扑变频器系统的采样电路实施例二的逻辑结构图。
具体实施方式
在本实用新型的技术方案中，级联拓扑变频器系统包括柜体、变压器、功率单元和 控制单元。其中，柜体包括用于装设变压器的变压器柜、用于装设控制单元的控制单元柜、 用于装设多个功率单元的功率单元柜、及连接变压器柜、控制单元柜、功率单元柜的并柜组 件，控制单元包括控制器和采样电路。变压器用于对输入的高压交流电进行降压，并分配至 每个功率单元，控制单元控制该多个功率单元的输出电压，而该多个功率单元通过级联连 接以输出该变频器系统的三相输出电压，采样电路用于采样变频器的输出电压，并将所采 样的输出电压送入控制器。下面着重介绍该级联拓扑变频器系统的柜体和采样电路。如图5所示，在本实用新型级联拓扑变频器系统的柜体实施例一的逻辑结构图 中，该柜体包括变压器柜100、控制单元柜300、两个功率单元柜231。应当说明的是，本实用 新型所有实施例中的柜体都包含变压器柜100、控制单元柜300，以下实施例中不再赘述。 每个功率单元柜231可装设九个功率单元20，每个功率单元柜231中的功率单元的输出级联连接，且两相邻功率单元柜231中对应相的功率单元的输出级联连接。在该实施例中，若 一个功率单元柜231适用于3kV电压等级的变频器系统，则相连接的两个功率单元柜231 就可适用于6kV或7.2kV电压等级的变频器系统。应当说明的是，变频器系统的输出电压 除了与功率单元的个数有关，还与功率单元的输入电压和控制单元柜中的控制单元向功率 单元输出的控制信号有关。例如，同样是由两个功率单元柜231所组成的每相6个功率单 元的变频器，通过调整功率单元的输入电压和控制单元向功率单元发送的控制信号，即可 使该变频器输出6kV的逆变电压，也可使其输出7. 2kV的逆变电压。同样地，在另一实施例中，配置三个功率单元柜231，并将两相邻功率单元柜231 中对应相的功率单元的输出级联连接，则就可适用于9kV、IOkV或IlkV电压等级的变频器 系统。因此，由于可根据变频器系统实际需要的电压等级，选择合适数量和规格的功率 单元柜，并在所选的功率单元柜中，将两相邻功率单元柜的对应相的功率单元的输出级联 连接，这样就无需为该电压等级的变频器系统单独配置一个功率单元柜，因此提高不同电 压等级的变频器系统的兼容性和拓展性，节省了资源。应当说明的是，以上实施例中的功率单元柜中装设的功率单元的数量可小于9个 (预设的最多能装设的数量)，例如，在图5所示的柜体实施例一中，移除一个功率单元柜 231中的一列功率单元20，则该两个功率单元柜231中每相共剩下五个功率单元，然后调整 控制单元(未示出)向功率单元输出的控制信号，该功率单元柜依然可适用于6kV或7. 2kV 电压等级的变频器系统。同样地，在安装三个功率单元柜231的实施例中，可移除其中一个 功率单元柜中的一列或两列功率单元，或两个功率单元柜中各移除一列功率单元，依然适 用于9kV、10kV或IlkV电压等级的变频器系统。如图6所示，在本实用新型级联拓扑变频器系统的柜体实施例二的逻辑结构图 中，该实施例与图5所示的实施例一所不同的是，每个功率单元柜241可装设十五个功率单 元20。若一个功率单元柜241适用于6kV电压等级的变频器系统，则在该实施例中的两个 功率单元柜241适用于IOkV或IlkV电压等级的变频器系统。同样地，在图6所示的柜体实施例二中，可移除一个功率单元柜241中的一列或两 列功率单元20，或在两个功率单元柜Ml中各移除一列功率单元20，依然适用于IOkV或 IlkV电压等级的变频器系统。如图7所示，在本实用新型级联拓扑变频器系统的柜体实施例三的逻辑结构图 中，该柜体包括功率单元柜231和功率单元柜Ml，其中，功率单元柜231可装设九个功率单 元20，功率单元柜241可装设十五个功率单元20，每个功率单元柜中的功率单元的输出级 联连接，且功率单元柜231和功率单元柜Ml中对应相的功率单元的输出级联连接。在该 实施例中，若一个功率单元柜231适用于3kV电压等级的变频器系统，一个功率单元柜241 适用于6kV电压等级的变频器系统，则相连接的两个功率单元柜231、241可适用于IOkV 电压等级的变频器系统。在图8示出的本实用新型级联拓扑变频器系统的采样电路实施例一的电路图中， 该采样电路用于采样所述变频器输出电压，且其包括一个第一采样单板PA9. 7和三个第二 采样单板PA9. 1。其中，第一采样单板PA9. 7为三相设置，第二采样单板PA9. 1为单相设置， 每一相中有一个采样单板PA9. 1。在每一相中，第二采样单板PA9. 1的第一端连接变频器系统对应相的输出电压端，第二采样单板PA9. 1的第二端连接第一采样单板PA9. 7对应相的 输入端，第一采样单板PA9. 7对应相的输出端接地。第一采样单板PA9. 7包括三相设置的 第一电阻串Si、三相设置的第二电阻串S2和输出接口 P43。第二采样单板PA9. 1包括单相 设置第三电阻串S3。在每一相中，第三电阻串S3的第一端连接变频器系统对应相的输出 电压端，第三电阻串S3的第二端依次通过第一电阻串Si、第二电阻串S2接地，第一电阻串 Si、第二电阻串S2的连接点连接输出接口 P43的一个输入端。若一个第一采样单板PA9. 7适用于3kV电压等级的变频器，一个第二采样单板 PA9. 1适用于3kV电压等级的变频器(应当说明的是，第二采样单板PA9. 1由于没有接地设 置和输出接口，在实际使用时并不单独使用)，则该实施例中的采样电路由于采用了一个第 一采样单板PA9. 7和三个第二采样单板PA9. 1的采样电路，因此可用于6kV、7. 2kV电压等 级的变频器系统中。在图9示出的本实用新型级联拓扑变频器系统的采样电路实施例二的电路图中， 该实施例相比图8所示的采样电路实施例一，所不同的仅是选取的第二采样单板PA9. 1的 数量不同。在该实施例中，采样电路包括一个第一采样单板PA9. 7和六个第二采样单板 PA9. 1，其中，每相中的两个第二采样单板PA9. 1串联后，再与第一采样单板PA9. 7的对应相 连接，所以，该实施例中的采样电路可用于IOkVUlkV电压等级的变频器系统中。以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本 领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。
权利要求1.一种级联拓扑变频器系统，包括柜体、变压器、功率单元和控制单元，其特征在于，所 述柜体包括至少两个可装设预定数量功率单元的功率单元柜，且所述至少两个功率单元柜 中对应相的功率单元级联连接，以输出该变频器系统的三相输出电压。
2.根据权利要求1所述的级联拓扑变频器系统，其特征在于，所述功率单元柜中装设 的功率单元的数量小于或等于预定数量。
3.根据权利要求1或2所述的级联拓扑变频器系统，其特征在于，所述控制单元包括 采样电路，所述采样电路包括一个三相设置的第一采样单板、每一相中至少一个单相设置 的第二采样单板；若每一相中有一个第二采样单板，则在每一相中，第二采样单板的第一端 连接变频器系统对应相的输出电压端，第二采样单板的第二端连接所述第一采样单板对应 相的输入端，所述第一采样单板对应相的输出端接地；若每一相中有至少两个第二采样单 板，则在每一相中，所述至少两个第二采样单板串联，串联后的第一端连接变频器系统对应 相的输出电压端，串联后的第二端连接所述第一采样单板对应相的输入端，所述第一采样 单板对应相的输出端接地。
4.根据权利要求3所述的级联拓扑变频器系统，其特征在于，所述第一采样单板包括 输出接口、三相设置的第一电阻串和第二电阻串，在每一相中，第一电阻串的第一端为所述 第一采样单板对应相的输入端，第一电阻串的第二端连接第二电阻串的第一端，第二电阻 串的第二端为所述第一采样单板对应相的输出端，第一电阻串和第二电阻串的连接点连接 所述输出接口的输入端。
5.一种级联拓扑变频器系统，包括柜体、变压器、功率单元和控制单元，其特征在于，所 述柜体包括至少一个可装设第一预定数量功率单元的第一功率单元柜，及至少一个可装设 第二预定数量功率单元的第二功率单元柜，且所述至少一个第一功率单元柜和所述至少一 个第二功率单元柜中对应相的功率单元级联连接，以输出该变频器系统的三相输出电压。
6.根据权利要求5所述的级联拓扑变频器系统，其特征在于，所述第一功率单元柜中 装设的功率单元的数量小于或等于第一预定数量；所述第二功率单元柜中装设的功率单元 的数量小于或等于第二预定数量。
7.根据权利要求5或6所述的级联拓扑变频器系统，其特征在于，所述控制单元包括 采样电路，所述采样电路包括一个三相设置的第一采样单板、每一相中至少一个单相设置 的第二采样单板；若每一相中有一个第二采样单板，则在每一相中，第二采样单板的第一端 连接变频器系统对应相的输出电压端，第二采样单板的第二端连接所述第一采样单板对应 相的输入端，所述第一采样单板对应相的输出端接地；若每一相中有至少两个第二采样单 板，则在每一相中，所述至少两个第二采样单板串联，串联后的第一端连接变频器系统对应 相的输出电压端，串联后的第二端连接所述第一采样单板对应相的输入端，所述第一采样 单板对应相的输出端接地。
8.根据权利要求7所述的级联拓扑变频器系统，其特征在于，所述第一采样单板包括 输出接口、三相设置的第一电阻串和第二电阻串，在每一相中，第一电阻串的第一端为所述 第一采样单板对应相的输入端，第一电阻串的第二端连接第二电阻串的第一端，第二电阻 串的第二端为所述第一采样单板对应相的输出端，第一电阻串和第二电阻串的连接点连接 所述输出接口的输入端。
专利摘要本实用新型涉及一种级联拓扑变频器系统，该系统包括柜体、变压器、功率单元、控制单元。其中，柜体包括至少两个可装设预定数量功率单元的功率单元柜，且至少两个功率单元柜中对应相的功率单元级联连接以输出该变频器系统的三相输出电压；控制单元包括用于采样该变频器系统三相输出电压的采样电路。实施本实用新型的技术方案，由于可根据变频器系统实际需要的电压等级，选择合适数量和规格的功率单元柜，并在所选的功率单元柜中，将各功率单元柜对应相的功率单元的输出级联连接，这样就无需为该电压等级的变频器系统单独配置一个功率单元柜，因此提高不同电压等级的变频器系统的兼容性和拓展性，节省了资源。
文档编号H02M5/443GK201846304SQ20102051475
公开日2011年5月25日 申请日期2010年9月2日 优先权日2010年9月2日
发明者宋凌锋, 杜宇峰, 陈长安 申请人:艾默生网络能源有限公司