专利名称：一种四象限级联式高压变频装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种四象限级联式高压变频装置，更具体的说，尤其涉及一种变压器的次级为三相绕组、多个功率模块相串联且能量可以双向流动的四象限级联式高压变频装置。
背景技术：
目前，普通级联式高压变频装置由隔离移相变压器、多个功率模块组成，主要用于风机水泵类负载，不需要四象限运行，就是不具有能量双向流动的特点，功率模块中输入的整流一般采用不控整流形式。目前级联式的高压变频能进行能量双向流动的是采用输入为三相PWM可控整流，每个功率模块中的整流形式从普通的二极管不控整流换为由电子开关管进行的PWM可控整流，同时一般的每个功率模块的输入端需要一个三相的滤波电抗。因此,在每个功率模块设计时，机械结构设计比较麻烦，因为有电抗的存在，使得结构设计困难，且结构体积大，整个功率模块重量大，制作、使用、搬运不方便，且成本较高。上述的普通级联式高压变频装置和具有能量双向流动的变频装置，其输入为一隔离的移相变压器，变压器的次级为多绕组的绕组，其特点是绕组多，移相角度多，要求条件比较严格，如各个绕组的阻抗要求基本一致，否则对输入电流的谐波影响比较明显，对变压器的制作上也提出了难度等一系列问题和缺点。而且，现有能进行能量双向流动的PWM可控变频电路中，还没有采用“AC-AC”直接进行变频且可进行能量流动的电路拓扑结构。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种变压器的次级为三相绕组、多个功率模块相串联的且能量可以双向流动的四象限级联式高压变频装置。本发明的四象限级联式高压变频装置，包括I个变压器、3个单相电抗器以及3组功率模块单元，变压器的一次侧为三相绕组，二次侧为3个单相绕组；每组功率模块单元由N个依次级联的功率模块单元组成，每个功率模块单元由2个相配的可控H桥电路组成；单个功率模块单元中，第一 H桥电路的两桥臂的中间节点分别形成第一输入端、第二输入端，第二 H桥电路的两桥臂的中间节点分别形成第一输出端、第二输出端；
每组功率模块单元中，首个功率模块单元的第一输入端与单相电抗器相串联后接于变压器一个单相绕组的一端；中间功率模块单兀的第一输入端、第一输出端分别与上一功率模块单元的第二输入端、第二输出端相连接，第二输入端、第二输出端分别与下一功率模块单元的第一输入端、第一输出端相连接；末尾功率模块单元的第二输入端与变压器单相绕组的另一端相连接，第二输出端形成三相输出的一相。变压器的一次侧为三相绕组，与高压供电线路连接；二次侧采用3个单相绕组，每个绕组上设置一个单相电抗器即可，避免了以往二次侧设置多绕组、采用多个电抗器所带来的制作困难、体积大、成本高的缺点。每组功率模块单元由N个功率模块单元级联而成，有效地提高了变频装置的耐高压性能能。每个功率模块单元由两个H桥电路组成，可分别实现整流、变频功能，保证了能量在电网与负载之间的双向流动。每个H桥电路均有可控功率半导体器件组成。本发明的四象限级联式高压变频装置，所述可控H桥电路为单相全波双向可控H桥电路。在H桥电路为全波双向可控电路的情形下，每个H桥电路上的4器件均为可控功率器件。本发明的四象限级联式高压变频装置，所述变压器二次侧绕组为独立的三个单相绕组，3组功率模块单元中的首个功率模块单元的第一输出端也采用Y形接法。本发明的四象限级联式高压变频装置，所述每个功率模块单元中均包括与2个H桥电路相并联的滤波电容。·
本发明的有益效果是(I)本发明通过采用两个可控H桥电路组成功率模块单元，H桥在控制信号的作用下，可实现整流、变频功能，保证了能量在电网与负载之间的双向流动；(2)通过多个功率模块单元的级联形式有效地保证了整个变频装置的耐高压性能；(3)变压器的二次侧绕组采用三个单相绕组，且每个单相绕组线圈上设置一个电抗器，既避免了以往二次侧绕组采用多个绕组给变压器制作带来的弊端，也大大减少了电抗器的使用，使得整个高压变频装置的结构更加简单、制作成本低、体积小、重量强，便于运输、安装和维护。
图I为本发明的高压变频装置的电路原理 图2为本发明中功率模块单元的电路图。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。如图I和图2所示，分别给出了高压变频装置的电路原理图、功率模块单元的电路图，所示的高压变频装置包括I个隔离变压器T、三个单相电抗器(L1、L2、L3)、3XN个电路结构相同的功率模块单元。变压器的一次侧为三相绕组，用于与高压电网相连接，二次侧为三个单相绕组；3XN个功率模块单元形成了整个变换装置，每一组功率模块单元由N个功率模块形成。每个功率模块单元由两个单相全波双向可控H桥电路组成，如图2所示，可控功率半导体器件K1、K2、K3、K4形成了第一个单相全波双向可控H桥电路，可控功率半导体器件Κ5、Κ6、Κ7、Κ8形成了第二个单相全波双向可控H桥电路；这两个可控H桥电路按照正极与正极、负极与负极的形式相连接。这样，第一个H桥电路中两功率半导体器件之间的节点就形成了第一输入端VIII、第二输入端VI12，第二个H桥电路中两功率半导体器件之间的节点就形成了第一输出端V011、第二输出端V012。由于采用了两个单相全波双向可控H桥电路，使得能量在电网与负载之间可进行双向流动。图I中，对于输出端为Β1、Β2的单相输出绕组来说，Vl VN共N个功率模块单元依次级联形成了一组功率模块单元，接于输出端为BI、Β2的单相绕组上。所示首个功率模块单元的第一输入端VIll经过电抗器L2后接于单相绕组的BI端，中间功率模块单元的第一输入端VInl、第一输出端VOnl分别与上一功率模块单兀的第二输入端VI (n_l) 2、第二输出端VO (n-1) 2相连接，第二输入端VIn2、第二输出端V0n2分别与下一功率模块单元的第一输入端VI (n+1) I、第一输出端VO (n+1) I相连接；末尾功率模块单兀的第二输入端VIN2与单相绕组的B2端相连接，第二输出端V0N2形成三相输出的一相V0。即V相的N个功率模块单元VI、功率模块单元V2至功率模块单元VN的输入依次串联，就是VI12连
VI21、VI22连VI31、......、VI (N-1) 2连VIN1，然后VIN2连接到变压器的二次绕组B2上，
VIll经过电抗器L2连接到变压器的二次绕组的BI端；V相的N个功率模块单元VI、功率模块单元V2至功率模块单元VN的输出依次串联，就是V012连V021、V022连VI01、……、VO (N-I) 2连VONl，然后V0N2做为V相的输出W。同样地，由Ul UN个功率模块单元和Wl WN个功率模块单元分别组成的功率模块单元的电路连接形式，与上述的电路连接是相同的。这样3组功率模块单元分别通过单相电抗器LI、L2、L3就实现了与变压器3个单相二次侧绕组的连接；功率模块单元UN、VN、WN的输出端U0N2、V0N2、W0N2就形成了三相输出端U0、VO、W0，实现对负载的供电。其中，变压器T的二次侧为三个独立的单相绕组，功率模块单元中的首个功率模块单元的第一输出端U011、V011、W011采用Y形接法相连接。功率模块单元中，还设置有与两H桥电路相并联的滤波电容。整个变频装置中，由于功率模块单元采用两个可控H桥电路，在控制信号的作用下，可实现整流、变频功能，保证了能量在电网与负载之间的双向流动；通过多个功率模块电源级联形成三相变频输出，有效地保证了整个变频装置的耐高压性能；整个高压变频装置的结构更加简单、制作成本低、体积小、重量强，便于运输、安装和维护。
权利要求
1.一种四象限级联式高压变频装置，其特征在于包括I个变压器、3个单相电抗器以及3组功率模块单元，变压器的一次侧为三相绕组，二次侧为3个单相绕组；每组功率模块单元由N个依次级联的功率模块单元组成，每个功率模块单元由2个相同的可控H桥电路组成；单个功率模块单元中，第一 H桥电路的两桥臂的中间节点分别形成第一输入端、第二输入端，第二 H桥电路的两桥臂的中间节点分别形成第一输出端、第二输出端； 每组功率模块单元中，首个功率模块单元的第一输入端与单相电抗器相串联后接于变压器一个单相绕组的一端；中间功率模块单兀的第一输入端、第一输出端分别与上一功率模块单元的第二输入端、第二输出端相连接，第二输入端、第二输出端分别与下一功率模块单元的第一输入端、第一输出端相连接；末尾功率模块单元的第二输入端与变压器单相绕组的另一端相连接，第二输出端形成三相输出的一相。
2.根据权利要求I所述的四象限级联式高压变频装置，其特征在于所述可控H桥电路为单相全波双向可控H桥电路。
3.根据权利要求I或2所述的四象限级联式高压变频装置，其特征在于所述变压器二次侧绕组为独立的三个单相绕组，3组功率模块单元中的首个功率模块单元的第一输出端也采用Y形接法。
4.根据权利要求I或2所述的四象限级联式高压变频装置，其特征在于所述每个功率模块单元中均包括与2个H桥电路相并联的滤波电容。
全文摘要
本发明的四象限级联式高压变频装置，包括1个变压器、3个单相电抗器以及3组功率模块单元，变压器二次侧为3个单相绕组；每组功率模块单元由N个模块单元组成，每个功率模块单元由2个相同的可控H桥电路组成；两个H桥电路分别形成了两个输入、输出端；同一功率模块单元中，功率模块单元的输入端依次相连接，输出端依次相连接，且首尾两个功率模块与变压器的单相二次绕组相连接。本发明实现了能量在电网与负载之间的双向流动、整个变频装置的耐高压性能，既避免了以往采用多个二次侧绕组的弊端，也大大减少了电抗器的使用，使得整个高压变频装置的结构更加简单、制作成本低、体积小、重量强，便于运输、安装和维护。
文档编号H02M5/458GK102710141SQ20121023325
公开日2012年10月3日 申请日期2012年7月6日 优先权日2012年7月6日
发明者尹彭飞, 陈敏 申请人:山东新风光电子科技发展有限公司