包括具有两次级绕组的两变压器的功率变换系统及驱动系的制作方法
【专利摘要】本申请涉及包括具有两次级绕组的两变压器的功率变换系统及驱动系。一种功率变换系统(16)，包括：-适于连接到AC网络(12)上的第一变压器(18)，第一变压器(18)包括第一初级绕组(20)和两个第一次级绕组(22A，22B)；以及-两个功率变换器(24A，24B)，每个功率变换器连接到相应的第一次级绕组(22A，22B)上。系统(16)进一步包括第二变压器(26)和次级电器件(28)，第二变压器(26)包括第二初级绕组(30)和两个第二次级绕组(32A，32B)，每个第二次级绕组(32A，32B)连接到相应的第一次级绕组(22A，22B)上，且次级电器件(28)连接到第二初级绕组(30)上。
【专利说明】包括具有两次级绕组的两变压器的功率变换系统及驱动系
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种功率变换系统，包括:
[0002]适于连接到AC网络上的第一变压器，所述第一变压器包括第一初级绕组和两个第一次级绕组；以及
[0003]两个功率变换器，每个功率变换器连接到相应的第一次级绕组上。
[0004]本发明还涉及一种驱动系，包括:由AC网络使用这种功率变换系统进行供电的电机，所述变换系统连接在该AC网络和该电机之间。
【背景技术】
[0005]上述类型的变换系统从2011年2月发表在ABB评论上的名为“Essaisconcluants”的文章中可知。连接在AC网络和两个功率变换器之间的变压器包括一个初级绕组和三个次级绕组，该变压器也称为负载整流逆变器(LCI,load commutated inverter)变换器。两个功率变换器的每一个均连接到相应的次级绕组上，用于减小电流谐波的滤波器连接到第三次级绕组上。每个功率变换器具有IOMW到20MW之间的电功率。
[0006]然而，具有三个次级绕组的这种变压器特别昂贵且难于生产，这就使得变换系统成本变高。
【发明内容】
[0007]因此，本发明的目的在于提出一种在提供同等的电性能水平的同时可降低成本的变换系统。
[0008]为此，本发明涉及一种上述类型的变换系统，其中，该系统进一步包括第二变压器和次级电器件，所述第二变压器包括第二初级绕组和两个第二次级绕组，每个所述第二次级绕组连接到相应的第一次级绕组上，且所述次级器件连接到所述第二初级绕组上。
[0009]根据本发明的其他有利方面，该变换系统包括一个或多个下述特征(单独考虑或根据技术上的任何可能组合):
[0010]-第一变压器和第二变压器的次级绕组的数量分别等于2；
[0011]-次级器件包括针对可被再次注入AC网络中的电流谐波的削减滤波器；
[0012]-AC网络具有至少一个相，且所述削减滤波器包括针对该相或所述每个相的串联连接有电容器的电磁绕组；
[0013]-每个变换器为负载换相逆变器；
[0014]-每个负载换相逆变器包括电压整流器和电压逆变器，所述电压逆变器使用DC母线连接在该电压整流器的输出端处，所述DC母线包括电磁线圈；
[0015]-每个所述电压整流器和所述电压逆变器各自均包括晶闸管桥。
[0016]本发明还涉及一种驱动系，该驱动系包括由AC网络通过功率变换系统供电的电机，所述变换系统连接在所述AC网络和所述电机之间，其中，所述功率变换系统如上定义。【专利附图】
【附图说明】
[0017]本发明的这些特征和优点通过读取以下描述表现出来，该描述仅仅作为一非限制性示例提供，且参照示出本发明的驱动系电气图的单一附图(其也称作图1)。
【具体实施方式】
[0018]在图1中，连接到AC网络12的驱动系10包括由AC网络12通过功率变换系统16供电的电机14，变换系统16连接在AC网络12和电机14之间。
[0019]网络12具有至少一个相。例如，AC网络12为三相网络。
[0020]例如，电机14为同步马达。或者，电机14为异步马达。
[0021]变换系统16能够将来自AC网络12的AC输入电压变换为传送至电机14的AC输出电压。
[0022]变换系统16包括连接到AC网络12上的第一变压器18，第一变压器18包括第一初级绕组20、两个第一次级绕组22A、22B和未示出的第一磁芯。
[0023]变换系统16进一步包括两个功率变换器24A、24B，每个功率变换器连接到相应的第一次级绕组22A、22B上。
[0024]变换系统16进一步包括第二变压器26和次级电器件28，第二变压器26包括第二初级绕组30、两个第二次级绕组32A、32B和未示出的第二磁芯。每个第二次级绕组32A、32B连接到相应的第一次级绕组22A、22B上，且次级电器件28连接到第二初级绕组30上。
[0025]第一变压器18的每个绕组20、22A、22B包括围绕所述第一磁芯缠绕的针对该相或针对每个相的绕组组件(未示出)。换言之，在图1的示例性实施例中，第一变压器18的每个绕组20、22A、22B包括三个不同的绕组组件。
[0026]类似地，第二变压器26的每个绕组30、32A、32B包括围绕所述第二磁芯缠绕的针对该相或针对每个相的绕组组件(未示出)。在图1的示例性实施例中，第二变压器26的每个绕组30、32A、32B包括三个不同的绕组组件。
[0027]第一变压器18和第二变压器26的次级绕组22A、22B、32A、32B的数量分别等于
2。换言之，各变压器18、26不包括第三次级绕组，这点不同于当前现有技术的变换系统的变压器。
[0028]在图1的示例性实施例中，每个功率变换器24A、24B为负载换相逆变器，也称为LCI。每个负载换相逆变器24A、24B包括电压整流器34A、34B和电压逆变器36A、36B，所述电压逆变器36A、36B通过DC母线38A、38B连接在电压整流器34A、34B的输出端处，DC母线38A、38B包括电磁线圈40A、40B。
[0029]优选地，功率变换器24A、24B为相同的。优选地，功率变换器24A、24B具有大于1丽的电功率；更为优选地，功率变换器24A、24B具有大于10丽的电功率。
[0030]在图1的示例性实施例中，次级电器件28包括用于减小可再次注入AC网络12中的电流谐波的滤波器42。
[0031]每个电压整流器34A、34B和每个电压逆变器36A、36B就其本身而言是已知的。在图1的示例性实施例中，各电压整流器34A、34B和电压逆变器36A、36B均包括晶闸管桥44。图1所示的电压整流器34A、34B和电压逆变器36A、36B为六脉冲/六脉冲变换器。
[0032]一个变换器的DC母线38A连接到另一变换器的DC母线38B，以得到分别相当于脉冲整流器12和脉冲逆变器12的电压整流器和电压逆变器。
[0033]削减滤波器42包括针对AC网络12的该相或每个相的滤波分支46，该滤波分支46包括电磁滤波线圈48和串联连接在滤波线圈48上的滤波电容器50。此外，削减滤波器42包括并联连接于每个滤波线圈48的阻尼电阻51。
[0034]在图1的示例性实施例中，三个滤波分支46以星形进行连接，且该三个分支的三个电容器50通过公共点52相互连接。在未示出的替代例中，滤波分支46以三角形进行连接，每个滤波分支46连接在两个相应的相之间。
[0035]因此，本发明的变换系统16可在无需提供用以连接到AC网络12的第一变压器18的第三次级绕组的情况下，对位于变换器24A、24B输入端处的次级电器件28进行连接。尽管具有次级绕组32A、32B的第二变压器26是必不可少的，这也使得成本降低约30%。
[0036]实际上，当第三次级绕组加至第一变压器18时，该第三次级绕组必须强磁耦合到其他两个次级绕组上(均等地位于这些次级绕组之间)，而该第三次级绕组必须弱磁耦合到第一变压器18的初级绕组上，这样，次级装置28才不会由网络12中断。因此，在第一变压器18中增加第三次级绕组产生了极大的额外成本。
[0037]此外，通过当前技术的变换系统，电流谐波(特别是五次谐波和七次谐波)经过第一变压器的次级绕组，且第一变压器的次级绕组受到较低值的功率因数的影响。这就需要根据那些限制来确定第一变压器的次级绕组的尺寸，这也会产生额外成本。
[0038]在示例性实施例中，削减滤波器42弱磁地耦合到第一初级绕组20上，以免于对网络12进行滤波，而只对可再次注入网络12的电流谐波进行滤波。该弱磁耦合通过使用第二变压器26来获得，削减滤波器42连接到第二变压器26的初级绕组30上。
[0039]因此，由于电容器50的存在，连接到第二变压器26的初级绕组30上的削减滤波器42可减小电流谐波(特别是十一次谐波和十三次谐波)，还可校正变换系统16的功率因数。
[0040]相对于现有技术的变换系统中包括三个次级绕组的变压器而言，仅具有两个次级绕组22B、22A的第一变压器18还可改善变换系统16的功率因数。
[0041]像LCI逆变器一样，变换器24A、24B的操作就其本身而言是已知的，且不对其进行详细描述。
[0042]因此，可以看出本发明的变换系统16在提供良好的电性能的同时，还可降低制作成本，尤其是降低与变压器18、26相关的器件的制作成本。
【权利要求】
1.一种功率变换系统(16)，包括: -适于连接到AC网络(12)上的第一变压器(18)，所述第一变压器(18)包括第一初级绕组(20)和两个第一次级绕组(22A，22B)；以及 -两个功率变换器(24A，24B)，每个所述功率变换器连接到相应的第一次级绕组(22A，22B)上， 其特征在于，所述系统(16)进一步包括第二变压器(26)和次级电器件(28)，所述第二变压器(26)包括第二初级绕组(30)和两个第二次级绕组(32A，32B)，每个所述第二次级绕组(32A，32B)连接到相应的第一次级绕组(22A，22B)上，且所述次级电器件(28)连接到所述第二初级绕组(30)上。
2.根据权利要求1所述的系统(16)，其中，所述第一变压器(18)和所述第二变压器(26)的次级绕组(22A，22B，32A，32B)的数量分别等于2。
3.根据权利要求1或2所述的系统(16)，其中，所述次级电器件(28)包括针对可被再次注入AC网络(12)中的电流谐波的削减滤波器(42)。
4.根据权利要求3所述的系统(16)，其中，所述AC网络(12)具有至少一个相，且所述削减滤波器(42)包括针对该相或所述每个相的串联连接有电容器(50)的电磁绕组(48)。
5.根据上述权利要求中任一权利要求所述的系统(16)，其中，每个功率变换器(24A，24B)为负载换相逆变器。
6.根据权利要求5所述的系统(16)，其中，每个负载换相逆变器(24A，24B)包括电压整流器(34A，34B)和电压逆变器(36A，36B)，所述电压逆变器(36A，36B)使用DC母线(38A，38B)连接在所述电压整流器(34A，34B)的输出端处，所述DC母线包括电磁线圈(40A，40B)。
7.根据权利要求6所述的系统(16)，其中，所述电压整流器(34A，34B)和所述电压逆变器(36A，36B)各自均包括晶闸管桥(44)。
8.—种驱动系(10)，包括由AC网络(12)通过功率变换系统(16)供电的电机(14)，所述功率变换系统(16)连接在所述AC网络(12)和所述电机(14)之间， 其特征在于，所述功率变换系统(16)为根据上述权利要求中任一权利要求所述的功率变换系统。
【文档编号】H02M5/45GK103516227SQ201310244305
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年6月19日 优先权日:2012年6月19日
【发明者】阿尔弗雷德·佩尔穆伊 申请人:Ge能源电力转换技术有限公司