专利名称：中压驱动系统及用于该系统的滤波器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及中压驱动(MVD,Medium Voltage Drive)技术领域,尤其涉及一种滤波器、NP-PE电路及其中压驱动系统。
背景技术：
现有技术中，存在两种主要的中压驱动结构，一种是电压源拓扑结构(Voltagesource topology),另一种是电流源拓扑结构(Current source topology)。大多数的制造 商采用电压源拓扑结构，本实用新型以该类型的拓扑为例来介绍换流器(converter)，但是本领域技术人员知晓该构思并不局限用于该种拓扑结构。应用于机器端子(machine terminals)的典型的对地相电压波形,其由跃迁电压(voltage st印s)组成。鉴于抗干扰的要求、电机绝缘的要求以及轴承电流的限制，有必要限制换流器产生的dv/dt电压波形。已知的两种典型的dv/dt分别是对地(保护性接地PE，protective earthing)相电压梯度和线电压梯度(Line to line voltage gradients)。通常推荐在500ν/μ S下运行，这一传统的电路设计值可以被用作参考值；可以使用滤波器可以在换流器输出端获得该目标值。已知三种滤波器l)dv/dt滤波器，其具有较小的尺寸，但性能方面受到限制；2)正弦滤波器(sinus filter)，其尺寸巨大并且能够产生平滑的电压波形，近乎正弦曲线(sinusoidal) ；3)共模(common mode)滤波器,其仅限于共模电流,基于需要抑制的谐波次数(harmonic order)可以很小或者很大。几乎所有主要的制造商都提供前述类型的滤波器。为了在电机端子获得高质量的波形，需要提供一种新型的滤波器、NP-PE电路以及电压源类型的中压驱动系统。
实用新型内容本实用新型要解决的一个技术问题是提供一种滤波器、NP-PE电路及其中压驱动系统，用以获得平滑的电压波形；进一步的，该滤波器、NP-PE电路及其中压驱动系统可以适用于集成的变压器或者外部变压器等情形。本实用新型的一个方面提供了一种用于中压驱动系统的滤波器，该滤波器是一机器侧滤波器，用于过滤由换流器产生的dv/dt电压波形，以及将受限制的共模电压输出至电机端子、轴和轴承；该滤波器包括在每条相线上串联连接的电感、电阻和电容器；其中每个电感的一端连接至逆变器，并且每个电感的另一端被连接至电机端子；以及每个电容器被接地。本实用新型提供的滤波器的一个实施例中，每条相线上的电感、电阻、电容均分别相同。本实用新型的另一个方面提供了一种中压驱动系统，该系统包括如前述任意一项所述的滤波器。本实用新型提供的中压驱动系统的一个实施例中，该系统进一步前述的NP-PE电路；该电路包括两个相同的电容器，串联连接在正直流电压和负直流电压之间；一电阻和第三电容器被并联连接在中性点电压和保护性接地之间。本实用新型提供的中压驱动系统的一个实施例中，该系统进一步包括共模电感，用以在变压器二次侧的电缆长于5米的情况下消除对地的电缆电容。本实用新型提供的中压驱动系统的一个实施例中，该在变压器二次侧的电缆短于5米的情况下，所述系统无需共模电感。本实用新型提供的中压驱动系统的一个实施例中，该系统进一步包括变压器和逆变器。本实用新型提供的中压驱动系统的一个实施例中，该系统进一步包括二极管驱动器前端和电容器组单元。 本实用新型用于处理提供给电机的输出电压的滤波拓扑结构。而且只有当驱动系统的中性点电压(NP，Neutral Point)被正确地“软(soft)接地”时，其实施例将提供正确的波形，例如在电机端子处的受限制的共模电压和受限制的dv/dt电压斜率。而且，只有当输入端变压器(input transformer)被集成起来以至二次电压电缆短于5米时,正确运行是可能。对于位于驱动器几十米外的外部变压器来说，共模滤波器将被安装在24脉冲整流电路的输出端。
图I示出本实用新型提供的具有二极管驱动前端DFE的ACS 2000系统的基本电路结构不意图；图2示出本实用新型提供的具有共模电感的驱动柜的结构示意图；图3示出本实用新型提供的机器侧滤波器EMC的结构示意图；图4示出本实用新型一个实施例提供的机器侧滤波器EMC的具体结构示意图；图5示出本实用新型提供的NP-PE电路的示意图；以及图6示出本实用新型一个实施例提供的NP-PE电路的具体结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本实用新型进行更全面的描述，其中说明本实用新型的示例性实施例。图I示出本实用新型提供的具有(DFE，diode front end)的ACS 2000系统的基本电路结构示意图。如图I所示，该ASC 2000系统一端通过三相电缆3与变压器(TRAFO) 二次侧连接，另一端与感应电机(頂，induce motor)连接；该八50 2000系统包括DFE、电容器组单元(CBU, capacitor bank unit)、逆变器单兀(INU, inverter unit)和机器侧滤波器(EMC,machine side filter)。图2示出本实用新型提供的具有共模电感的驱动柜(drive cabinet)的结构示意图。如图2所示，打开该柜体的门，示出其内部结构。该集成的系统柜包括两个柜体，其中左侧柜体呈现的是变压器柜，右侧呈现的是换流器柜，其包括NP-PE电路2。在柜体的中间部分设置有机器侧滤波器EMC I和共模电感4 ;需要说明的是，在变压器二次侧的电缆短于5米的情况下，所述系统无需设置共模电感。本领域技术人员知晓，为了在电机端子上获得优良的电压波形，可以同时满足以下三个条件合适的EMC滤波器、NP正确的接地方式，以及界于变压器与二极管驱动前端(DEF，diode front end)合适的电缆类型、长度。举例来说，合适的电缆可以是具有较低对地寄生电容的高压电缆。逆变器INU可以包括高功率IGBT switching开关器件,用以产生阶跃电压(voltage steps)。图3示出本实用新型提供的机器侧滤波器EMC的结构示意图。如图3所示，该EMC滤波器包括在每条相线上串联连接的电感(Llu，Llv，Llw)、电阻(Rlu，Rlv，Rlw)和电容器(Clu，Clv，Clw);其中每个电感的一端连接至逆变器，并且每个电感的另一端被连接至电机端子；以及每个电容器被接地。优选的，每条相线上的电感、电阻、电容均分别相同。图4示出本实用新型一个实施例提供的机器侧滤波器EMC的具体结构示意图。图5示出本实用新型提供的N P-PE电路的示意图。如图5所示，该NP-PE电路包括两个相同的电容器Cdc，串联连接在正直流电压(+DC)和负直流电压(-DC)之间；一电阻Rnp pe和第三电容器Cnp_pe被并联连接在中性点电压NP和保护性接地PE之间。图6示出本实用新型一个实施例提供的NP-PE电路的具体结构示意图。需要说明的是本领域技术人员知晓该电路元件的选取取决于具体的应用，例如考虑到电机轴功率，电容器Cdc可以选用数百μ F的元件，电阻可以选用数百K Ω的元件，电容器Cnp_pe被可以选用几-几十nF的元件。参考前述本实用新型示例性的描述，本领域技术人员可以清楚的知晓总体来说，对于集成变压器的情形，电缆长度会产生较小的影响；对于采用外部变压器并且其位于远离驱动几十米远的位置时，需要安装共模电感以保证获取高质量的电压波形。本实用新型的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
权利要求1.一种用于中压驱动系统的滤波器，其特征在于，所述滤波器是ー机器侧滤波器，用于过滤由换流器产生的dv/dt电压波形，以及将受限制的共模电压输出至电机端子、轴和轴承；所述滤波器包括在每条相线上串联连接的电感、电阻和电容器；其中每个电感的一端连接至逆变器，并且每个电感的另一端被连接至电机端子；以及每个电容器被接地。
2.根据权利要求I所述的滤波器，其特征在干，每条相线上的电感、电阻、电容均分别相同。
3.ー种中压驱动系统，其特征在于，所述系统包括如权利要求I或2所述的滤波器。
4.根据权利要求3所述的中压驱动系统，其特征在于，所述系统进ー步包括用于外部电机的NP-PE电路；所述电路包括两个相同的电容器，串联连接在正直流电压和负直流电压之间；一电阻和第三电容器被并联连接在中性点电压和保护性接地之间。
5.根据权利要求3或4所述的中压驱动系统，其特征在于，所述系统进ー步包括共模电感，用以在变压器二次侧的电缆长于5米的情况下消除对地的电缆电容。
6.根据权利要求3或4所述的中压驱动系统，其特征在于，在变压器二次侧的电缆短于5米的情况下，所述系统无需共模电感。
7.根据权利要求3或4所述的中压驱动系统，其特征在于，所述系统进ー步包括变压器和逆变器。
8.根据权利要求5所述的中压驱动系统，其特征在于，所述系统进ー步包括变压器和逆变器。
9.根据权利要求6所述的中压驱动系统，其特征在于，所述系统进ー步包括变压器和逆变器。
10.根据权利要求3或4所述的中压驱动系统，其特征在于，所述系统进ー步包括ニ极管驱动器前端和电容器组单元。
11.根据权利要求5所述的中压驱动系统，其特征在于，所述系统进ー步包括ニ极管驱动器前端和电容器组单元。
12.根据权利要求6所述的中压驱动系统，其特征在于，所述系统进ー步包括ニ极管驱动器前端和电容器组单元。
13.根据权利要求8所述的中压驱动系统，其特征在于，所述系统进ー步包括ニ极管驱动器前端和电容器组单元。
14.根据权利要求9所述的中压驱动系统，其特征在于，所述系统进ー步包括ニ极管驱动器前端和电容器组单元。
专利摘要本实用新型公开一种滤波器、NP-PE电路及其中压驱动系统。该滤波器是一机器侧滤波器，用于过滤由换流器产生的dv/dt电压波形，以及将受限制的共模电压输出至电机端子、轴和轴承。本实用新型结构简单，成本经济，可以获得平滑的电压波形；进一步的，该滤波器、NP-PE电路及其中压驱动系统可以适用于集成的变压器或者外部变压器等情形。
文档编号H02M3/00GK202652053SQ20112057820
公开日2013年1月2日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者艾德里安·扎克伯格 申请人:Abb技术有限公司