带变压器的改进型变频及电能质量综合装置的制作方法

本实用新型涉及一种电力电子变流装置，特别是公开一种带变压器的改进型变频及电能质量综合装置。

背景技术：

申请号为：201510544603.2的发明专利，公开了一种变频及电能质量综合装置，具有电机驱动和电能质量治理两种工作模式，可以根据需要灵活切换，适合于既有变频器闲置又需要进行电能质量治理的应用场合，如变频器冗余配置的系统或电机变频软起动应用等。该专利中的实施例12公开了一种带变压器的变频及电能质量综合装置，当变流器的输出电压等级与输入电压等级不一致时，在变压器的二次侧增加一个绕组，变流器的输出端通过切换单元连接至变压器二次侧新增的绕组，实现电压匹配。

但是，在变压器的二次侧额外增加一个绕组，会造成变压器体积增大，成本增加，在大功率应用时其弊端愈发明显。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种体积小，成本低的带变压器的改进型变频及电能质量综合装置。

本实用新型是这样实现的：一种带变压器的改进型变频及电能质量综合装置，包括进线单元、变压器单元、变流器、切换单元，还包括上级电流控制器或电流传感器，所述变流器与所述上级电流控制器或电流传感器相连；所述电流传感器分别连接上级网侧变压器、外部负载支路；所述进线单元的输入端与上级网侧变压器的二次侧母线相连，所述变压器单元分别与所述进线单元的输出端、切换单元、变流器相连，所述变流器的输出端通过所述切换单元与电机相连；其特征在于：所述变压器单元的一次侧包括一个自耦变压器，所述变压器单元的二次侧设有若干个绕组，所述变压器单元的一次侧和二次侧之间设有铁芯；所述变压器单元一次侧的自耦变压器设有两组接线端子，两组接线端子分别与所述进线单元的输出端和所述切换单元相连，所述变压器单元的二次侧与所述变流器的输入端相连。

所述切换单元包括相互连接的开关单元、换流单元；所述开关单元包括第一开关、第二开关，所述第一开关连于所述变流器与电机之间，所述第二开关与所述换流单元串联，且所述第二开关与换流单元串联后的一端连于所述第一开关与变流器之间，第二开关与所述换流单元串联后的另一端连接所述变压器单元；所述换流单元由电抗器或滤波器构成，所述变流器包括电能质量治理模式、电机驱动模式，所述变流器通过所述切换单元在电能质量治理模式与电机驱动模式之间相互切换。

所述进线单元包括进线开关、旁路开关、预充电限流单元；所述进线开关与所述二次侧母线相连，所述旁路开关与所述预充电限流单元并联、并联后的两端中的一端与所述进线开关相连，并联后的两端中的另一端为所述进线单元的输出端，所述进线单元的输出端与所述变压器单元相连，所述进线开关连入所述二次侧母线的一端为所述进线单元的输入端。

所述变压器单元一次侧的自耦变压器的两组接线端子分别为变压器一次侧高电压接线端子、变压器一次侧低电压接线端子。

所述变压器单元二次侧的若干个绕组数量大于或等于1，小于100。

所述电流传感器检测上级网侧变压器的总电流信号或检测外部负载支路的输入电流信号，测得的电流信号连接至所述变流器；所述上级电流控制器将无功电流和/或谐波电流指令信号发送至所述变流器。

所述进线单元、变压器单元、变流器、切换单元均为3相，所述变流器为3相交直交型逆变器，电压等级为380V~15kV。

本实用新型的有益效果是：将变压器的一次侧设计为一个自耦变压器，通过此自耦变压器实现变流器输出端电压与电网侧电压的匹配，不需要在变压器的二次侧额外增加绕组，变压器的体积小，降低了生产成本。

附图说明

图1是本实用新型方框结构示意图。

图2是本实用新型实施例一的方框结构示意图。

图3是本实用新型实施例二的方框结构示意图。

图4是本实用新型变压器单元在实施例一和实施例二中的结构示意图。

其中：1、进线单元；101、进线开关；102、旁路开关；103、预充电限流单元；

2、变压器单元；201、变压器一次侧高电压接线端子；204、变压器一次侧低电压接线端子；207、变压器一次侧中心点；208、铁芯；209、绕组；

3、变流器；

4、切换单元；401、第一开关；402、第二开关；41、换流单元；

5、电流传感器；6、上级网侧变压器；7、二次侧母线；8、电机；9、外部负载支路；10、上级电流控制器。

具体实施方式

根据附图1～图4，本实用新型包括进线单元1、变压器单元2、变流器3、切换单元4、还包括上级电流控制器10或电流传感器5，所述变流器3与所述上级电流控制器10或电流传感器5相连；所述电流传感器5分别连接上级网侧变压器6、外部负载支路9；所述进线单元1的输入端与上级网侧变压器6的二次侧母线7相连，所述变压器单元2分别与所述进线单元1的输出端、切换单元4、变流器3相连，所述变流器3的输出端通过所述切换单元4与电机8相连；所述变压器单元2的一次侧包括一个自耦变压器，所述变压器单元2的二次侧设有若干个绕组209，所述变压器单元2的一次侧和二次侧之间设有铁芯208；所述变压器单元2一次侧的自耦变压器设有两组接线端子，两组接线端子分别与所述进线单元1的输出端和所述切换单元4相连，所述变压器单元2的二次侧与所述变流器3的输入端相连。

所述切换单元4包括相互连接的开关单元、换流单元41；所述开关单元包括第一开关401、第二开关402，所述第一开关401连于所述变流器3与电机8之间，所述第二开关402与所述换流单元41串联，且所述第二开关402与换流单元41串联后的一端连于所述第一开关401与变流器3之间，第二开关402与所述换流单元41串联后的另一端连接所述变压器单元2；所述换流单元41由电抗器或滤波器构成，所述变流器3包括电能质量治理模式、电机驱动模式，所述变流器3通过所述切换单元4在电能质量治理模式与电机驱动模式之间相互切换。

所述进线单元1包括进线开关101、旁路开关102、预充电限流单元103；所述进线开关101与所述二次侧母线7相连，所述旁路开关102与所述预充电限流单元103并联、并联后的两端中的一端与所述进线开关101相连，并联后的两端中的另一端为所述进线单元1的输出端，所述进线单元1的输出端与所述变压器单元2相连，所述进线开关101连入所述二次侧母线7的一端为所述进线单元1的输入端。

所述变压器单元2一次侧的自耦变压器的两组接线端子分别为变压器一次侧高电压接线端子201、变压器一次侧低电压接线端子204。

所述变压器单元2二次侧的若干个绕组209的数量大于或等于1，小于100。

所述电流传感器5检测上级网侧变压器6的总电流信号或检测外部负载支路9的输入电流信号，测得的电流信号连接至所述变流器3；所述上级电流控制器10将无功电流和/或谐波电流指令信号发送至所述变流器3。

所述进线单元1、变压器单元2、变流器3、切换单元4均为3相，所述变流器3为3相交直交型逆变器，电压等级为380V~15kV。

下面通过具体实施例对本实用新型作进一步阐述：

实施例一：

根据图2结合图1和图4，本实施例包括进线单元1、变压器单元2、变流器3、切换单元4、电流传感器5，所述进线单元1包括进线开关101、旁路开关102、预充电限流单元103，所述预充电限流单元103通常为电阻器或电抗器或其他可以实现限流的器件，所述切换单元4包括相互连接的开关单元、换流单元41，所述开关单元包括第一开关401、第二开关402，所述换流单元41为滤波器，通常选择LCL滤波器（某些情况下也会在电容上串联电阻）或其它能滤除高频开关分量的滤波器；所述滤波器在最简单情况下为电抗器。

所述电流传感器5的一端与所述变流器3相连，电流传感器5的另一端与上级网侧变压器6的输入或输出相连，所述电流传感器5检测上级网侧变压器6的总电流，电流传感器5的数量通常为1个、2个或3个，测得的电流信号连接至所述变流器3。

所述进线开关101与所述二次侧母线7相连，所述旁路开关102与所述预充电限流单元103并联、并联后的两端中的一端与所述进线开关101相连，并联后的两端中的另一端为所述进线单元1的输出端，所述进线单元1的输出端与所述变压器单元2相连，所述进线开关101连入所述二次侧母线7的一端为所述进线单元1的输入端。

所述变压器单元2分别与所述进线单元1的输出端、切换单元4、变流器3相连，所述变压器单元2的一次侧包括一个自耦变压器，所述自耦变压器为三相自耦变压器，所述变压器单元2的二次侧设有若干个绕组209，所述变压器单元2二次侧的若干个绕组209的数量大于或等于1，小于100，每个绕组209均为3相绕组，这些绕组209的三相连接形式可以是星形、角形或延边三角形，所述变压器单元2的一次侧和二次侧之间设有铁芯208，所述铁芯208作为变压器磁通流通的路径，起到能量传输和电气隔离的作用；所述变压器单元2一次侧的自耦变压器设有两组接线端子，两组接线端子分别与所述进线单元1的输出端和所述切换单元4相连，两组接线端子分别为变压器一次侧高电压接线端子201、变压器一次侧低电压接线端子204，所述变压器单元2的二次侧与所述变流器3的输入端相连；所述自耦变压器可以为星形或角形连接，若为星形连接，变压器一次侧中心点207可以接地，也可以不接地。

所述变流器3的输出端通过所述第一开关401与电机8相连，所述第二开关402与所述滤波器串联，且所述第二开关402与滤波器串联后的一端连于所述第一开关401与变流器3之间，第二开关402与所述滤波器串联后的另一端连接所述自耦变压器的其中一组接线端子，该组接线端子的电压和电机8电压相匹配，所述自耦变压器的另一组接线端子与所述进线单元1的输出端相连；所述第二开关402与所述滤波器的位置可以互换；当所述滤波器的漏抗足够大即为2%-30%时，省略所述滤波器或滤波器中靠近所述变压器单元2侧的那组电抗器。

当变流器3的输出电压比上级网侧变压器6的二次侧母线7的电压低时，所述自耦变压器的变压器一次侧高电压接线端子201连接至进线单元1的输出端，变压器一次侧低电压接线端子204连接至切换单元4；当变流器3的输出电压比上级网侧变压器6的二次侧母线7的电压高时，所述自耦变压器的变压器一次侧低电压接线端子204连接至进线单元1的输出端，变压器一次侧高电压接线端子201连接至切换单元4。

所述变流器3包括电能质量治理模式、电机驱动模式，所述变流器3通过所述切换单元4在电能质量治理模式与电机驱动模式之间相互切换；当需要驱动电机8时，所述第二开关402断开，第一开关401闭合，变流器3运行于电机驱动模式；当需要补偿无功及消除谐波时，所述第二开关402闭合，第一开关401断开，变流器3运行于电能质量治理模式。

所述进线单元1、变压器单元2、变流器3、切换单元4均为3相，所述变流器3为3相交直交型逆变器，电压等级为380V~15kV。

实施例二：

根据图3，与实施例一不同的是，本实施例所述变流器3与外部的上级电流控制器10相连，省略了电流传感器5，其余结构同实施例一。

本实施例二与实施例一相比，所述变流器3与上级电流控制器10相连，所述变流器3接收来自上级电流控制器10的无功电流和/或谐波电流指令信号，连接方式可以是数字通讯方式或模拟信号连接方式，进一步扩大本实施例的使用范围。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，用于对本实用新型作详细解释，而并非是对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员显然可以根据本实用新型公开的内容对具体实施方式作各种等同修改、变化和替换，这些等同修改、变化和替换都应该属于本实用新型的保护范围。本实用新型的保护范围以本案权利要求书的描述为准。