专利名称：具有四象限运行功能的高压变频器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种具有四象限运行功能的功率单元串联型高压变频器。
背景技术：
在电力价格上涨和节能减排宏观政策的引导下，随着电力电子技术的快速发展， 在电力、冶金和石化等能耗巨大的行业中，高压变频器取得了广泛的应用。图1为现有功率单元串联型高压变频器的结构，其主电路主要包括移相变压器1 和多个功率单元2。在众多的高压变频方案中，采用这种方案的高压变频器具有电压输出能 力强、输出电压正弦度高、对电网的污染小以及dv/dt很小等优点，成为目前高压变频器的 主流方案之一。在工业应用中，很多场合要求高压变频器必须具备四象限运行的能力，也就是说 电能既可以由电网流进电动机，也可以由电动机回馈回电网。在功率单元串联这种拓扑结 构下，要求各个功率单元采用全控功率单元，其整流桥由全控型电力电子器件(例如IGBT) 构成，如图2所示。另外，整流桥工作时需要获取准确的功率单元输入电压相位以控制输入 侧电流。通常的做法是在移相变压器副边绕组和功率单元输入端之间安装交流电抗器，以 便对移相变压器副边绕组的输出电压进行相位检测；然而移相变压器副边绕组数目较多， 每一个功率单元都安装交流电抗器将会显著地增加高压变频器的体积和重量，给高压变频 器的安装和成本带来不利影响。
实用新型内容本实用新型的目的在于有效降低具有四象限运行功能的高压变频器的体积和重 量，提供了一种无需功率单元输入侧交流电抗器的、具有四象限运行功能的高压变频器。本实用新型的目的通过下述技术方案实现具有四象限运行功能的高压变频器， 包括依次连接的三相移相变压器、若干功率单元，还包括与各功率单元连接的主控制系统； 三相移相变压器的原边安装电压互感器或者增设辅助绕组，电压互感器或辅助绕组的输出 与隔离变压器的原边相连；电压互感器或者辅助绕组与各功率单元之间设有至少一个隔离 变压器。所述隔离变压器是一个或多个相互隔离的多副边绕组变压器，或者是多个相互隔 离的单副边绕组变压器，隔离变压器的原边绕组及引出线与副边绕组及引出线之间填充绝 缘隔离层。所述功率单元包括相连接的电压相位检测电路、控制器；所述主控制系统和各功 率单元的控制器通过光纤相连；所述隔离变压器的副边连接到各个功率单元内的电压相位 检测电路。所述电压相位检测电路包括依次连接的同步整流电路、过零比较电路、锁相环电路。[0011]本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果使得具有四象限运行功能的 高压变频器能够取消功率单元输入侧的交流电抗器，并且保证系统能够取得良好的控制效 果，对于高压变频器优化成本，缩小体积和减轻重量有显著作用。
图1为现有功率单元串联型高压变频器主电路的拓扑结构图；图2为现有全控功率单元主电路的拓扑结构图；图3为本实用新型具有四象限运行功能的高压变频器的拓扑结构图；图4为检测功率单元输入电压相位的原理图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施 方式不限于此。实施例图3所示，本实用新型具有四象限运行功能的高压变频器包括三相移相变压器1、 若干功率单元2、主控制系统3、至少一个隔离变压器6 ；三相移相变压器1的原边安装电压 互感器5或者辅助绕组。下面以三相移相变压器1的原边安装电压互感器5为例，对本实 用新型的最佳实施例做详细的描述三相移相变压器1的原边绕组通过高压开关或者直接与三相电网相连，副边的每 一个绕组直接与若干功率单元2的输入端一一对应连接。功率单元2内包括相连接的电压 相位检测电路、控制器；同相的功率单元串联后与电机负载相连。主控制系统3和各功率单 元2的控制器之间通过光纤4相连，由光纤传输主控制系统的控制信号和功率单元的反馈 信号。电压互感器5安装在三相移相变压器的原边，电压互感器的输出端与隔离变压器6的 原边相连，隔离变压器的副边连接到各个功率单元内的电压相位检测电路，电压相位检测 电路输出的相位信号直接传送到功率单元的控制器，控制器根据移相变压器原边的电压相 位和移相变压器原、副边电压相位的电角度相位差计算得出功率单元输入电压的相位。功 率单元的控制器将功率单元输入电压的相位代入功率单元整流桥的控制算法(如矢量控 制)中，控制功率单元的输入电流和直流侧电压；根据光纤输入的主控制系统的控制信号， 控制功率单元输出电压的频率和幅值。由于采用了上述结构，本实用新型无需在移相变压 器副边绕组和功率单元输入端之间安装交流电抗器。本实用新型采用在功率单元内集成电压相位检测电路的方法来解决检测功率单 元输入电压相位的问题；检测的原理如图4所示，具体过程如下电压互感器测量得到高压 变频器的输入电压，然后经过隔离变压器输送到各个功率单元内的电压相位检测电路。在 本实施例中，所述电压相位检测电路包括依次连接的同步整流电路、过零比较电路、锁相环 电路，电压相位检测电路的工作过程为同步整流电路对输入的低压正弦信号进行整流，输 出只有正半波的电压波形，再经过过零比较电路后输出与电网电压相同相位的方波信号至 锁相环电路，锁相环电路利用闭合环路对误差的抑制作用得到与输入信号相位一致的输出 波形。移相变压器是一种应用于单元串联型高压变频器的特种变压器，它由单原边绕组
4和多副边绕组构成，通过令多个副边绕组输出电压的相位错开一定电角度来有效降低高压 变频器对电网的谐波注入。理论上移相变压器原、副边的电压相位角度差根据设计要求是 确定的，但是由于制造工艺上的分散性，移相变压器原、副边绕组实际的电压相位角度差会 与设计要求有细微的差别。所以移相变压器原、副边的电压相位角度差必须在移相变压器 的空载实验中测量，作为设定预先输入功率单元的控制器(或主控制系统)，或者在高压变 频器空载状态下由功率单元测量得到，现场输入功率单元的控制器(或主控制系统)。在本实施例中，隔离变压器优选采用高隔离耐压变压器，其原边绕组及引出线与 副边绕组及引出线之间填充绝缘隔离层，可以保证高压变频器一次回路的与功率单元二次 回路之间的绝缘可靠。根据副边绕组的个数不同，所采用的隔离变压器可以选用一个或多 个高耐压相互隔离的多副边绕组变压器，也可以是多个高耐压相互隔离的单副边绕组变压 器。电压相位检测电路锁定输入电压相位的具体方法也并非只有同步整流锁相环一种。除 了电压互感器以外，也可以通过在移相变压器上增设辅助绕组的办法来测量高压变频器输 入电压，辅助绕组的输出与隔离变压器的原边相连。所有基于本实用新型，在技术上采用电 压互感器(或者辅助绕组)测量输入电压、经过隔离变压器传送、在功率单元内进行相位检 测的的设计均在保护范围之内。上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述 实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的 改变、修饰、替 代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求具有四象限运行功能的功率单元串联型高压变频器，包括依次连接的三相移相变压器、若干功率单元，还包括与各功率单元连接的主控制系统；其特征在于三相移相变压器的原边安装电压互感器或者增设辅助绕组，电压互感器或辅助绕组的输出与隔离变压器的原边相连；电压互感器或者辅助绕组与各功率单元之间设有至少一个隔离变压器。
2.根据权利要求1所述的具有四象限运行功能的高压变频器，其特征在于所述隔离 变压器是一个或多个相互隔离的多副边绕组变压器，或者是多个相互隔离的单副边绕组变 压器，隔离变压器的原边绕组及引出线与副边绕组及引出线之间填充绝缘层。
3.根据权利要求1所述的具有四象限运行功能的高压变频器，其特征在于所述功率 单元包括相连接的电压相位检测电路、控制器；所述主控制系统和各功率单元的控制器通 过光纤相连；所述隔离变压器的副边连接到各个功率单元内的电压相位检测电路。
4.根据权利要求3所述的具有四象限运行功能的高压变频器，其特征在于所述电压 相位检测电路包括依次连接的同步整流电路、过零比较电路、锁相环电路。
专利摘要本实用新型公开了具有四象限运行功能的高压变频器，包括依次连接的三相移相变压器、若干功率单元，还包括与各功率单元连接的主控制系统；三相移相变压器的原边安装电压互感器或者增设辅助绕组，电压互感器或辅助绕组的输出与隔离变压器的原边相连；电压互感器或者辅助绕组与各功率单元之间设有至少一个隔离变压器。本实用新型使得高压变频器能够取消功率单元输入侧的交流电抗器，并且保证系统能够取得良好的控制效果，对于高压变频器优化成本，缩小体积和减轻重量有显著作用。
文档编号H02M5/458GK201674405SQ20102018143
公开日2010年12月15日 申请日期2010年5月6日 优先权日2010年5月6日
发明者孙开发, 石磊 申请人:广州智光电气股份有限公司