用于两电机驱动的全整流级联多电平拓扑电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于电力电子技术领域，特别设及一种用于两电机驱动的全整流级联 多电平拓扑电路。
【背景技术】
[0002] 级联多电平变换器技术是一种通过改进变换器自身拓扑结构来实现高压大功率 输出的新型变换器。其无需升降压变压器和均压电路，目前被广泛应用于电机驱动、无功补 偿、新能源发电、电能传输与储能等系统。
[0003] 工业高耗能行业大功率电机负荷群用电量最大，节能迫切性最强。但节能高效电 机的高成本也决定了其高价格，因此通过技术手段驱动其高效运行W达到节能效果显得尤 为重要。电机高效运行最突出的一方面就是采用级联多电平电力电子变换器进行变频调速 控制实现节能降耗。级联多电平拓扑虽然在高压大功率电机驱动方面应用较成熟，但是硬 件成本、体积W及工艺复杂性都很高。
[0004] 目前，适合中高压大功率电源和负荷接入的级联多电平拓扑电路需要进一步拓 展，实现高压变频器驱动多电机的多端口级联多电平拓扑结构研究成果较少。 【实用新型内容】 阳〇化]针对现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种用于两电机驱动的全整流级联 多电平拓扑电路，该电路可降低成本和工艺复杂性，同时还具有优异的节能降耗效果。
[0006] 为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：
[0007] 一种用于两电机驱动的全整流级联多电平拓扑电路，包括：
[0008] 一级联拓扑电路、一电源端口、两电机负载端口和一移相变压器，其中：
[0009] 级联拓扑电路是由6个整流功率单元桥臂和6个滤波电感间隔着串联构成的环形 拓扑电路，级联拓扑电路中整流功率单元桥臂和滤波电感的连接点顺次记为连接点A、连接 点B、连接点C、连接点D、连接点E、连接点F;
[0010] 移相变压器一次侧通过电源端口连接本地电网，其二次侧绕组分别连接6个整流 功率单元桥臂；
[0011] 第一电机的S相通过该电机所在的负载端口分别连接到级联拓扑电路中的连接 点A、C、E，第二电机的=相通过该电机所在的负载端口分别连接到级联拓扑电路中的连接 点B、D、F。
[0012] 上述整流功率单元桥臂有两种级联方式：
[0013] (1)整流功率单元桥臂由n个二极管整流功率单元级联构成，n取3~8。
[0014] (2)整流功率单元桥臂由1个有源前端功率单元和（n-1)个二极管整流功率单元 级联构成，n取3~8。
[0015] 针对整流功率单元桥臂的级联方式（2)有两种【具体实施方式】：
[0016] (a)整流功率单元桥臂中，将（n-1)个二极管整流功率单元级联后再与有源前端 功率单元级联，此时n可W为奇数或偶数。
[0017] 化）整流功率单元桥臂中，将（n-1)个二极管整流功率单元分别记为单元1、单元 2、…单元n-1，则整流功率单元桥臂按单元1、单元2、…单元i、有源前端功率单元、单元 i+1、单元i+2、…单元n-1的顺序顺次级联构成，
：，此时，n为奇数。
[0018] 本实用新型电路为S端口级联型AC/AC变换器拓扑，可同时接入S个中高压交流 源和负荷，即可同时接入本地中压电网和两台中高压大功率电机。本实用新型对两台电机 提供不同的电压矢量，级联拓扑电路六桥臂逆变器结合直流侧电容中点实现一台变换器驱 动两台电机。
[0019] 和现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果：
[0020] (1)可有效解决大功率电机负荷群的高能耗问题，具有优异的节能减耗效果：
[0021] 实现了级联多电平逆变器对两台电机的变频驱动，当一台电机再生制动时，其回 馈能量可W存储于各功率单元直流侧电容，W便提高给另外一台电机电动运行使用。采用1 个有源前端功率单元和（n-1)个二极管整流功率单元级联的级联方式，能量回馈时只需部 分有源前端功率单元的=相PWM整流器工作在逆变状态就可W将电机再生制动能量回馈 到电网，从而可实现能量双向流动，达到节能减耗的目的。
[0022] 似可降低成本和工艺复杂性：
[0023] 各整流功率单元桥臂首尾串联成环形结构，该环形结构在功率单元不增加的情况 下，可使每相输出电平数增加接近一倍。在保证相同输出电平数和电压幅值的情况下，各整 流功率单元桥臂中整流功率单元数可节约一半。本实用新型无需对移相变压器进行绕组改 造，仅需一台移相变压器，从而可降低造价成本和工艺复杂性。
【附图说明】
[0024]图1为二极管整流功率单元拓扑结构图； 阳0巧]图2为基于二极管整流功率单元的全整流级联多电平拓扑电路结构图；
[00%] 图3为有源前端功率单元拓扑结构图；
[0027] 图4为基于混合整流功率单元的全整流级联多电平拓扑电路结构图。
【具体实施方式】
[0028] 下面将结合附图详细说明本实用新型的【具体实施方式】。
[0029] 图1是二极管整流功率单元拓扑结构图，该二极管整流单元为基于=相不控整流 电路的功率单元，由=相桥式不控整流电路、中间直压电路和单相H型桥式逆变电路并联 构成。其输入侧是由二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6构成的=相桥式不控整流电路，二极管 D1、D3、D5共阴极，其阳极分别与S相电源的S相相接；二极管D4、D6、D2共阳极，其阴极分 别与=相电源的=相相接。中间直压电路为一大容量直流电容，即直流储能部分。输出侧 则是由IGBT器件Q1、Q2、Q3、Q4构成的单相H型桥式逆变电路。输入二极管整流功率单元 的交流电经=相桥式不控整流电路后变成直流电，加到中间直压电路，通过控制单相H型 桥式逆变电路的IGBT器件Q1、Q2、Q3、Q4,使直流电重新变为驱动电机所需幅值、频率的交 流电压。
[0030] 图2是基于二极管整流单元的全整流级联多电平拓扑电路结构图，该全整流级联 多电平拓扑电路由一级联拓扑电路、一电源端口、两负载端口和一移相变压器构成，其中， 级联拓扑电路是由6个整流功率单元桥臂和6个滤波电感间隔着串联构成的环形拓扑电 路，见图2,将该环形拓扑电路中整流功率单元桥臂和滤波电感的连接点按顺时针方向顺次 记为连接点A、连接点B、连接点C、连接点D、连接点E、连接点F。整流功率单元桥臂由n个 图1所示的二极管整流功率单元级联构成，n优选为3~8。移相变压器一次侧通过电源端 口连接本地电网，其二次侧绕组分别连接6个桥臂的整流功率单元输入侧；电机1#的=相 通过该电机所在的负载端口分别连接到级联拓扑电路中的连接点A、C、E，电机2#的=相通 过该电机所在的负载端口分别连接到级联拓扑电路中的连接点B、D、F。中压交流电经移相 变压器降压移相后，分别传输至各二极管整流功率单元HA1、HA2、HA3、HA4、HA5、皿1、皿2、 皿3、皿4、皿5、肥1、肥2、肥3、肥4、肥5、皿1、皿2、皿3、皿4、皿5、肥1、肥2、肥3、肥4、肥5、 HF1、HF2、HF3、HF4、HF5中S相桥式不控整流电路，提供S相低压正弦电源。
[0031]驱动电机时，二极管整流功率单元HFl、HF2、HF3、HF4、HF5、HAl、HA2、HA3、HA4、HA5 中单相H型桥式逆变电路的输出电压级联叠加构成电机1#所在负载端口的A相电压，二极 管整流功率单元皿1、皿2、皿3、皿4、皿5、肥1，肥2、肥3、肥4、肥5中单相H型桥式逆变电路 的输出电压级联叠加构成电机1#所在负载端口的B相电压，二极管整流功率单元皿1、皿2、 皿3、皿4、皿5、肥1、肥2、肥3、肥4、肥5中单相H型桥式逆变电路的输出电压级联叠加构成 电机1#所在负载端口的C相电压，电机1#所在负载端口的A相电压、B相电压、C相电压 形成一个可控S相正弦波电压源向电机1#供电。同样的，二极管整流功率单元HA1、HA2、 HA3、HA4、HA5、皿1、皿2、皿3、皿4、皿5中单相H型桥式逆变电路的输出电压级联叠加构成 电机2#所在负载端口的A相电压，二极管整流功率单