CN101267154A - 抑制高压变频器网侧电流脉动过大的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抑制高压变频器网侧电流脉动过大的方法，它通过增大构成高压变频器的变压器原边、副边间的漏感来抑制网侧电流的脉动。具体地说，本发明通过提高变压器的铜/铁比；或者通过增大变压器原、副边间的气隙宽度来增大变压器漏感，抑制网侧电流的脉动。实验表明，采取了上述方法后，变压器原、副边间的漏感将有显著的增加，在相同的开关频率下，变频器的网侧电流脉动值减小至原先的一半以下。
Description
技术领域
本发明涉及一种抑制高压变频器网侧电流脉动过大的方法，尤指一种抑制无网侧电抗器的功率单元串联多电平型高压变频器网侧电流脉动过大的方法。
背景技术
随着电力电子技术的发展，高压变频器作为节能降耗的主要手段，在国民经济的各个领域，如冶金、石化、供水、电力等行业得到广泛的应用，并发挥着越来越重要的作用。
在诸多拓扑结构的高压变频器中，图1所示的功率单元串联多电平型高压变频器，由于其电压输出能力强，对电网的谐波污染小，对电机输出电压的dv/dt小，成为高压变频器的最主流和最优的形式之一。
在功率单元串联多电平型高压变频器的实际应用中，对于需要电气制动的负载，如大惯量风机、矿井提升机、轧钢机等，在被控电机制动时需要将其制动能量从负载侧反馈至电网侧。
为了抑制功率单元串联多电平型高压变频器能量回馈时网侧电流的脉动值，如图1所示，通常在每个功率单元1的网侧与三相多副边绕组变压器2的副边绕组之间增设一个低压网侧电抗器3；或者在三相多副边绕组变压器2的原边与三相电网之间另外增设一个三相高压网侧电抗器4。
在高压变频器内安装如此多的网侧电抗器，势必将显著地增加变频器的体积、重量和制造成本。
为了减小上述高压变频器的体积和重量，降低其制造成本，本发明人经过潜心研究开发了一种无网侧电抗器的功率单元串联多电平型高压变频器，如图2所示。在研制的过程中，本发明人发现：当取消了每个功率单元网侧与变压器副边绕组之间的低压网侧电抗器，以及三相多副边绕组变压器原边与三相电网之间的三相高压网侧电抗器之后，变频器网侧电流脉动过大，影响变频器的正常运行，对电网有污染。
发明内容
鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种抑制无网侧电抗器的高压变频器网侧电流脉动过大的方法。
为实现上述的目的，本发明采用以下的设计方案：一种抑制无网侧电抗器的高压变频器网侧电流脉动过大的方法，其特征在于：增大构成高压变频器的变压器原边、副边间的漏感。
本发明通过降低变压器的铁/铜比，降低变压器的铁芯截面积，同时增加各个绕组的匝数来增大变压器原边和副边间的漏感。
本发明还通过增大变压器原、副边间的气隙宽度来增大变压器漏感。
具体方法是：通过提高变压器的铜/铁比，增大变压器原边、副边间的漏感。
或者，通过增大变压器原、副边间的气隙宽度来增大变压器原边、副边间的漏感。
实验表明，采取了上述方法后，变压器原、副边间的漏感将有显著的增加，在相同的开关频率下，变频器的网侧电流脉动值减小至原先的一半以下。
附图说明
图1为带有网侧电抗器的功率单元串联多电平型高压变频器的主电路拓扑结构；
图2为无网侧电抗器的功率单元串联多电平型高压变频器主电路拓扑结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明，并非对本发明的限定。
为了抑制无网侧电抗器的高压变频器网侧电流脉动过大，本发明增大了变压器原边、副边间的漏感。
对于变压器设计来说，一般铁芯和铜绕组的用料是互补的：设计的铁芯磁通越小，在磁密度一定的情况下，铁芯的截面积就越小，铁芯材料就越节省；但同时铜绕组的匝数就越多，铜绕组的用料也就越多。
一般在设计中，以铁芯材料和铜绕组材料的总成本最低为条件优化变压器的铜/铁比。
对于取消网侧电抗器的高压变频器来说，需要其变压器具有较大的漏感，以抑制网侧电流的脉动量，因此需要偏离上述经济设计点进行设计。
为了抑制网侧电流的脉动量，本发明提高了变压器的铜/铁比，即通过降低变压器的铁芯截面积，同时增加各个绕组的匝数，使变压器的铜/铁比提高。本发明将变压器的铁芯截面积设计为小于等于正常设计值的85％。在本发明的具体实施例中，本发明将变压器的铁芯截面积设计为正常设计值的85％，使铁芯截面积降低了15％，同时，使铜绕组匝数提高了15％，最终将变压器的铜/铁比提高了30％左右，这样可以在一定的变压器成本增幅下，使变压器的漏感有足够的上升。
为了抑制网侧电流的脉动量，本发明还通过适当增大原、副边间的气隙宽度来增大变压器漏感，但由于受变压器的体积限制，以及用铜量的成本限制，这个优化的范围不是很大，一般将现有设计中原、副边绕组间的气隙宽度增加30％，即将变压器原、副边间的气隙宽度设计成大于等于正常设计值的130％，就能带来一定的漏感量的提升。这种方法同时还可以增加变压器的散热效果。
下表为500kW/6kV变频器采用上述方法前后的性能对比：
| 有网侧电抗器的传统设计变频器 | 无网侧电抗器的传统设计变频器 | 采用本专利方法的变频器 | |
| 网侧电抗器 | 有 | 无 | 无 |
| 变压器铁心截面积 | 100％ | 100％ | 85％ |
| 变压器铜绕组线圈匝数 | 100％ | 100％ | 115％ |
| 变压器气隙宽度 | 100％ | 100％ | 130％ |
| 网侧电流脉动量 | 15％ | 62％ | 23％ |
| 网侧电流峰值 | 115％ | 162％ | 123％ |
| 变频器整体成本 | 100％ | 94％ | 88％ |
从上表可以看出，未采用本专利方法的无网侧电抗器的变频器，由于网侧电流脉动量较大，因此需要选择更大过流能力的电力电子开关原件(如IGBT)，更大容量的直流母线电解电容，其变压器为了保证额定工况下温升和工作效率，需要增加铜绕组的截面积，其整体上带来的成本的增加量比本发明更多。
实验表明，采取了上述两种方法后，变压器原、副边间的漏感将有显著的增加，在相同的开关频率下，变频器的网侧电流脉动值减小至原先的一半以下。虽然，上述两种方法可能导致变压器成本少量的上升，但相对于取消网侧电抗器所节约的大量成本来说，对变压器结构的改造还是必要的，可进一步降低变频器的整体成本。
Claims (6)
1、一种抑制高压变频器网侧电流脉动过大的方法，其特征在于：增大构成高压变频器的变压器原边、副边间的漏感。
2、根据权利要求1所述的抑制高压变频器网侧电流脉动过大的方法，其特征在于：通过提高变压器的铜/铁比，增大变压器原边、副边间的漏感。
3、根据权利要求2所述的抑制高压变频器网侧电流脉动过大的方法，其特征在于：通过降低变压器的铁芯截面积，同时增加各个绕组的匝数，提高变压器的铜/铁比。
4、根据权利要求3所述的抑制高压变频器网侧电流脉动过大的方法，其特征在于：所述变压器的铁芯截面积小于等于正常设计值的85％。
5、根据权利要求1所述的抑制高压变频器网侧电流脉动过大的方法，其特征在于：通过增大变压器原、副边间的气隙宽度来增大变压器原边、副边间的漏感。
6、根据权利要求5所述的抑制高压变频器网侧电流脉动过大的方法，其特征在于：所述变压器原、副边间的气隙宽度大于等于正常设计值的130％。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103368406A (zh) * | 2012-03-29 | 2013-10-23 | 台达电子工业股份有限公司 | 电源装置 |
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2007
- 2007-12-17 CN CNA200710179729XA patent/CN101267154A/zh active Pending
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