专利名称：拖动、牵引用高电压电力变换方法及装置的制作方法
技术领域：
交流电机调速。
背景技术：
ZL95119585.9专利《一种高电压电力变换方法及其变换装置》所公开的高电压变频器已获得广泛应用。但在用于电机牵引和拖动领域时，必须保证恒功率的电能输出，即在起动阶转速低、电压低而电流大，这时应保证功率元器件能够输出大电流，不仅要选择大功率的功率元器件，有时还需要通过功率元器件的并联才能做到；正常运行阶段转速高、电压高而电流相对小，这时应保证功率元器件有足够高的耐压，不仅要选择高耐压的功率元器件，还需要通过功率元器件的串联才能做到。在起动阶段，功率元器件的高耐压是资源的第一次浪费，在正常运行阶段，所用的功率元器件能够承受大电流是资源的再一次浪费，不仅使装置的成本非常高，而且在高压大功率领域应用时，仅利用现有的功率元器件和技术甚至是无法实现的；而且传统的高电压变频器无法满足电机反转和快速停转的需要，这恰恰是电机用于牵引和拖动时所必须的；本发明充分利用了串并联叠加方法，解决了这一难题，不仅使高电压电力变换装置可以应用在高压大功率电机牵引和拖动领域，而且使装置的成本大幅度降低。
发明内容
本发明的目的是通过以下步骤实现的变压器作为切分单元将输入的交流电，根据输出的需要变换成M相×N段、彼此间电位独立的中间交流电，其中M是输入交流电的相数，N是根据不同需要将每相交流电切分成的段数。
通过整流滤波电路对各段中间交流电进行整流滤波形成中间直流电；如果输入的是直流电，可通过分压将其直接切分成N段中间直流电，再通过隔离电路将各段中间直流电隔离成彼此间电位独立的中间直流电。
由中央处理器、检测电路、人机界面、开关控制电路组成的主控制器，控制对各段中间直流电进行逆变。
通过主控制器对串并联转换开关的控制，实现输出时每相功率单元的全部串联或全部并联或部分串联部分并联。
通过串并联转换开关，控制每相输出功率单元的全部串联或全部并联或部分串联部分并联，输出由叠加而形成的能够满足从启动至高速运行各个不同运行阶段所需功率的交流电。
通过主控制器的控制，调节各逆变电桥的开关周期，调节输出交流电的频率。
通过主控制器对各逆变电路中的开关元件的控制，调整各相逆变电路的串、并联组合，可以粗调输出交流电的幅值；通过主控制器对各逆变电路中的开关元件的控制，调节各逆变电路的输出占空比，可以细调输出交流电的幅值。
拖动、牵引用高电压电力变换装置的M×N个功率单元是由电解电容器、功率单元控制电路、功率器件、散热器等组成的。
拖动、牵引用高电压电力变换装置所用的串并联转换开关可以是晶闸管、IGBT等电子开关，也可以是继电器或电子开关电路，而用于电源并联的同步、均流电路在目前已经是很成熟的了，根据需要还可以用多个开关组成开关组或多个开关组。
主控制器分别连接M×N个功率单元控制电路和串并联转换开关控制端；切分单元的输出端分别与M×N个整流滤波电路输入端连接；各整流滤波电路的输出端连接本段中逆变单元的输入端；各段中的功率单元控制电路连接本段中逆变单元的控制端；每相逆变单元的输出端全部串联或全部并联或部分串联部分并联，连接成电位叠加柱输出；当需要对输入情况和变压器进行检测和控制时，主控制器可连接切分单元；根据不同的需要，主控制器可以直接也可以通过控制电路连接串并联转换开关控制端，还可以通过功率单元控制电路连接串并联转换开关控制端。
主控制器与M×N个功率单元控制电路的连接是无线收发器或光纤或光耦；无线收发器可以是红外式、电磁波式和磁耦合式。
主控制器与串并联转换开关控制端或控制电路的连接是无线收发器或光纤或光耦；无线收发器可以是红外式、电磁波式和磁耦合式。
主控制器通过对串并联转换开关或其软件的控制保证每相各功率单元的同极性和电流均衡，并且保证每组各并联功率单元开关时间的同步性；也可以直接用电子电路保证每相各功率单元的同步性、同极性和均电流。
当需要电机快速停转时，所述主控制器通过对控制电路极其软件的控制，使各功率单元或不输出，或使输出符合停转的要求，保证电源与电机停转的要求一致并同步当需要电机反转时，主控制器通过对控制电路极其软件的控制，在电机快速停转的前提下，首先使功率单元不输出，然后或者调整输出交流电的相序，或者调整输出线缆的线序，并按重新启动的程序使电机反向启动(例如M＝3)。
(见图1、图2、图3、)图1是本装置的基本组成其中A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8是功率单元；图2是本装置串并联转换开关组与各功率单元的示意图其中A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8是功率单元，K1-1、K1-2、K1-3、K1-4、K1-5、K1-6、K1-7，K2-1、K2-2、K2-3、K2-4、K2-5、K2-6、K2-7，K3-1、K3-2、K3-3、K3-4、K3-5、K3-6、K3-7组成开关组；图3是本装置中功率单元的基本组成其中功率单元控制电路中包括了串并联转换的控制电路。
具体实施例方式现在以输入单相交流电，输出单相交流电(即M＝1)为例，介绍本发明的基本原理和装置的基本结构根据输入交流电的情况，将其切分成N段；这里以切分成8段，即N＝8为例，输入的交流电通过切分单元，被切分成8段各自独立的中间交流电(见图1)，分别连接到8个功率单元A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8的输入端(见图1)，每个功率单元的控制电路受主控制器的控制(见图1、图3)，各段中间交流电经过整流、滤波形成各段中间直流电后，连接到逆变电路(见图3)，主控制器通过功率单元控制电路的驱动，对中间直流电进行逆变(见图3)，在不同的运行阶段，主控制器通过控制串并联转换开关组K1-1、K1-2、K1-3、K1-4、K1-5、K1-6、K1-7，K2-1、K2-2、K2-3、K2-4、K2-5、K2-6、K2-7，K3-1、K3-2、K3-3、K3-4、K3-5、K3-6、K3-7(见图2)的不同的开、关组合，实现在不同的运行阶段输出不同电压时的恒功率电能输出，当输出最低电压时K1-1、K1-2、K1-3、K1-4、K1-5、K1-6、K1-7全部断开，K2-1、K2-2、K2-3、K2-4、K2-5、K2-6、K2-7和K3-1、K3-2、K3-3、K3-4、K3-5、K3-6、K3-7全部导通，此时，功率单元全部并联可以输出最大的电流；当输出较低电压时K1-4导通，K1-1、K1-2、K1-3、K1-5、K1-6、K1-7断开，K2-1、K2-2、K2-3、K2-5、K2-6、K2-7导通，K2-4断开，K3-1、K3-2、K3-3、K3-5、K3-6、K3-7导通，K3-4断开，此时，四个并联的功率单元与另外四个并联的功率单元串联，可以输出较大的电流；当输出较高电压时K1-2、K1-4、K1-6导通，K1-1、K1-3、K1-5、K1-7断开，K2-1、K2-3、K2-5、K2-7导通，K2-2、K2-4、K2-6断开，K3-1、K3-3、K3-5、K3-7导通，K3-2、K3-4、K3-6断开，此时，每两个功率单元并联为一组，将四个功率单元组串联，此时可输出的电流较小；当需要输出最高电压时K1-1、K1-2、K1-3、K1-4、K1-5、K1-6、K1-7全部导通，K2-1、K2-2、K2-3、K2-4、K2-5、K2-6、K2-7全部断开，K3-1、K3-2、K3-3、K3-4、K3-5、K3-6、K3-7全部断开，此时，全部功率单元串联，可以输出最高的电压，可以输出的电流最小。
当电机需要快速停转时，主控制器通过功率单元控制电路使各功率单元或不输出，或输出符合停转的要求。
由此可见，本发明使高电压电力变换装置不仅实现了在高压大功率牵引和拖动领域的应用，而且使装置的成本大幅度降低。
权利要求
1.拖动、牵引用高电压电力变换方法及装置，其特征在于包括变压器、功率单元、主控制器、串并联转换开关、连线；1)变压器作为切分单元；通过切分单元将输入的交流电变换成M相×N段、彼此间电位独立的中间交流电；2)功率单元包括整流滤波电路、逆变电路和控制电路；通过整流滤波电路对各段中间交流电进行整流滤波，形成中间直流电；3)主控制器由中央处理器、检测电路、人机界面、开关控制电路组成，控制对各段中间直流电进行逆变；通过控制串并联转换开关，实现输出时每相功率单元的全部串联或全部并联或部分串联部分并联；通过串并联转换开关控制每相输出功率单元的全部串联或全部并联或部分串联部分并联，输出由叠加形成的能够满足从启动至高速运行全过程所需功率和幅值的交流电；通过调节各逆变电桥的开关周期，调节输出交流电的频率；通过控制各逆变电桥中的开关元件，细调输出交流电的幅值。
2.根据权利要求1所述拖动、牵引用高电压电力变换方法及装置，其特征在于所述功率单元由电解电容器、控制电路、功率器件、散热器等组成。
3.根据权利要求1所述拖动、牵引用高电压电力变换方法及装置，其特征在于所述串并联转换开关由电子开关或机械开关组成，并可由多个开关组成开关组或多个开关组。
4.根据权利要求1所述拖动、牵引用高电压电力变换方法及装置，其特征在于所述的主控制器分别连接M×N个功率单元控制电路和串并联转换开关控制端；所述的切分单元输出端分别与M×N个整流滤波电路输入端连接；各整流滤波电路的输出端连接本段中逆变单元的输入端；各段中的功率单元控制电路连接本段中逆变单元的控制端；每相逆变单元的输出端全部串联或全部并联或部分串联部分并联，连接成电位叠加柱输出。
5.根据权利要求1所述拖动、牵引用高电压电力变换方法及装置，其特征在于所述的主控制器，当对输入情况和变压器进行检测和控制时，可连接切分单元。
6.根据权利要求1所述拖动、牵引用高电压电力变换方法及装置，其特征在于所述的主控制器可直接或通过控制电路连接串并联转换开关控制端。
7.根据权利要求1所述拖动、牵引用高电压电力变换方法及装置，其特征在于所述主控制器与M×N个功率单元控制电路的连接是无线收发器或光纤或光耦；
8.根据权利要求1所述拖动、牵引用高电压电力变换方法及装置，其特征在于所述主控制器与串并联转换开关控制端或其控制电路的连接是无线收发器或光纤或光耦。
9.根据权利要求1所述拖动、牵引用高电压电力变换方法及装置，其特征在于所述主控制器通过对串并联转换开关极其软件的控制，保证每相各功率单元的同步性、同极性和电流均衡；或用电子电路保证每相各功率单元的同步性、同极性和电流均衡。
10.根据权利要求1所述拖动、牵引用高电压电力变换方法及装置，其特征在于当需要电机停转时，所述主控制器通过对控制电路极其软件的控制，保证电源与电机停转的要求一致并同步。
11.根据权利要求1所述拖动、牵引用高电压电力变换方法及装置，其特征在于当需要电机反转时，所述主控制器通过对控制电路极其软件的控制，使电机反转(例如M＝3)。
全文摘要
本发明技术领域属于交流电机调速。传统的高电压变频器虽已获得广泛应用，但在用于电机牵引和拖动领域时，为了保证恒功率的电能输出，在功率元器件的配置上存在着很大的资源浪费，不仅装置的成本非常高，而且在高电压大功率领域应用时，利用现有的功率元器件和技术是很难实现的。本发明充分利用了串并联同极性叠加的方法，解决了这一难题，不仅使高电压电力变换装置可以应用在高压大功率电机牵引和拖动领域，而且使装置的成本大幅度降低。
文档编号H02M7/48GK1761137SQ200410080499
公开日2006年4月19日 申请日期2004年10月12日 优先权日2004年10月12日
发明者宛路威 申请人:宛路威