CN102969906A - 独立馈电的级联型高压变频器及其馈电方法 - Google Patents

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Abstract

一种独立馈电的级联型高压变频器及其馈电方法，其变频器是含有移相变压器、级联型高压变频器和高压电动机；其特征是进一步增设有降压变压器、低压变频器、升压变压器和直流电压传感器；其馈电方法是电动机处于发电状态时，直流电压传感器检测低压变频器中直流母线上的电压值，由计算机控制使其低压逆变器处于工作状态，并通过升压变压器向高压电网馈电；在电动机处于电动工况时，直流母线上的电压较低，使低压变频器中的低压逆变器处于关闭状态，低压变频器与升压变压器的电路被关断。本发明具有灵活调整馈电单元功率大小和结构参数，实现了低成本和模块化，直接向电网馈电。

Description

独立馈电的级联型高压变频器及其馈电方法
技术领域
本发明涉及一种级联型高压变频器及其馈电方法，具体地说，是一种独立于级联型主高压变频器的高压馈电单元，其馈电功率范围小于主电机额定功率30%的馈电高压变频器及其馈电方法。
背景技术
级联方式是目前高压变频器采用较多，也是对电网谐波干扰小、最实用化的控制方式，它是先通过移相变压器，将高压交流电降压为多组并联的低压交流电，一般为690伏电压，每一组低压抽头都设置整流和逆变单元，并将逆变后的各单元串联连接为3组高压交流电，控制高压电机的转速。对于大型矿用提升机等大功率的高速运行系统，当下放重物或者在减速制动过程中，电动机处于发电运行工况，为了节能，目前采用的是向电网馈电的技术方式，将电动机所发电能亏送到主电网，存在的不足是由于级联方式的整流器和逆变器都是由多个并联整流回路和串联的逆变器组成，馈电方式要求每一级的整流回路都具有可控整流的功能，且能够馈电的功率与电机的额定功率一致，增加了整流器的成本和电路及控制算法的复杂性。2010年2月10日国家专利局授权公告的一项发明专利，名称：“无网侧电抗器的具有能量回馈功能的高压变频器”，公开(公告)号：CN101267163的专利，就公开了这样一种结构形式。
另外，在实际的使用中，并不要求馈电的功率和电机的额定功率大小一致，往往只是额定功率的30% 以下，这样采用和主电机额定功率一样的全功率可控整流方式，就更不合理。因此本发明提出一种新的独立于主变频器的馈电方式，用以克服上述不足。
发明内容
基于现有级联型的高压变频器实现馈电，需要将全部的整流单元都改为可逆的有源整流单元，成本高、控制电路复杂的问题；本发明提供一种不受主电机功率限制，使用方便的独立馈电的级联型高压变频器及其馈电方法。
为解决上述技术难点，本发明所采用的技术方案是一种独立馈电的级联型高压变频器及其馈电方法。
一种独立馈电的级联型高压变频器包括有移相变压器，级联型高压变频器和高压电动机；其特征是进一步增设有降压变压器，低压变频器，升压变压器和直流电压传感器；移相变压器的原边与高压交流电网连接，移相变压器的副边分为A、B和C三组，每一组由多个相同的低压整流及H桥式逆变单元串联组成，整流及逆变单元的个数与电网电压和整流及逆变单元功率器件的耐压有关，级联型高压变频器的输出端连接到高压电动机的输入端，降压变压器的原边绕组与高压电动机的输入端连接，降压变压器的副边绕组与低压变频器的输入端连接，低压变频器的输出端与升压变压器的输入端连接，升压变压器的输出端与高压交流电网连接，直流电压传感器连接在低压变频器的直流母线上，检测该母线的电压值。
在上述技术方案中，进一步的附加技术特征在于：
所述升压变压器是独立变压器，或是将移相变压器原边绕组作为其副边绕组构成。 
所述低压变频器是独立的变频器，或是由独立整流单元与级联型高压变频器中相移为零的低压整流及H桥式逆变单元构成。
所述级联型高压变频器中，相移为零的一组低压整流及H桥式逆变单元为双向有源控制结构。
所述低压变频器是二电平结构、三电平结构和多电平结构中的一种。 
一种用于上述的独立馈电的级联型高压变频器的馈电方法，其特征是高压电动机处于发电运行状态时，直流电压传感器检测低压变频器中直流母线上的电压高于某个阈值后，通过控制计算机给出控制信号，使低压变频器中的低压逆变器处于工作状态，并通过升压变压器向高压电网馈电；在高压电动机处于电动运行工况时，直流母线上的电压较低，使低压变频器中的低压逆变器处于关闭状态，低压变频器与升压变压器之间的电路被关断。
本发明所描述的一种独立馈电的级联型高压变频器及其馈电方法，与现有技术相比，所具有的优点在于：能够根据实际需求灵活调整馈电单元的功率大小及结构参数，实现低成本、模块化；由于馈电部分的功率相对于主电机功率较小，对电网的冲击也小；由于功率小，可以采用灵活的电路拓扑方式，如高低高方式，选耐压高的功率器件，采用三电平方式直接向电网馈电等。
附图说明
图1是本发明独立升压变压器的馈电控制原理结构示意图。
图2是本发明升压变压器与移相变压器共用原边的控制原理结构示意图。
图3是本发明低压变频器与级联型高压变频器相移为零功率单元共用的控制原理结构示意图。
图中：1：移相变压器；2：级联型高压变频器；3：高压电动机；4：降压变压器；5；低压变频器；6：升压变压器；7：直流电压传感器；8：直流母线；9：低压整流及H桥式逆变单元；10：独立整流单元； 11：低压逆变器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做出进一步的详细说明。
实施例1
如附图1所示，实施本发明所述的一种独立馈的级联型高压变频器，包括有移相变压器1，级联型高压变频器2，高压电动机3，其结构特征是进一步增设了降压变压器4，低压变频器5，升压变压器6和直流电压传感器7；移相变压器1的原边与高压交流电网连接，移相变压器1的副边分为A、B和C三组，每一组由多个相同的低压整流及H桥式逆变单元9串联组成，整流及逆变单元的个数与电网电压和整流及逆变单元功率器件的耐压有关，级联型高压变频器2的输出端连接到高压电动机3的输入端，降压变压器4的原边绕组与高压电动机3的输入端连接，降压变压器4的副边绕组与低压变频器5的输入端连接，低压变频器5的输出端与升压变压器6的输入端连接，升压变压器6的输出端与高压交流电网连接，直流电压传感器7连接在低压变频器5的直流母线8上，检测该母线的电压值。
所述的级联型高压变频器的独立馈电方法，升压变压器6采用具有独立原边和副边绕组的变压器。
如附图1，实施本发明上述的一种独立馈电的级联型高压变频器的馈电方法，其系统的工作过程是，当高压电动机3处于发电运行状态，同时直流电压传感器7检测到低压变频器5中直流母线8上的电压高于某个阈值后，就通过控制计算机给出控制信号，使低压大变频器5中的低压逆变器11处于工作状态，通过升压变压器6向高压电网馈电。在高压电动机3处于电动运行工况时，直流母线8上的电压较低，使低压变频器5中的低压逆变器11处于关闭状态，低压变频器5与升压变压器6之间的电路被关断。
实施例2
实施例2的组成及工作原理与实施例1基本相同，区别之处是所采用的升压变压器6的副边就是移相变压器2的原边，而非独立组成。
实施例3
实施例3的组成及工作原理与实施例1基本相同，区别之处是所采用的低压变频器5不是一个通用的独立变频器，而是由独立的整流单元10与级联型高压变频器2中相移为零的低压整流及H桥式逆变单元9组成，而且这3个单元中的整流部分采用双向有源控制方式，同时省掉了独立的升压变频器6。
工作原理是，当高压电动机3处于发电工况时，由于有相移的低压整流机H桥逆变单元采用的都是无无源的单相整流，将处于关闭状态，只有相移为零的三个低压整流机H桥逆变单元采用的是有源整流，通过直流电压传感器检测的电压值，可使其处于反向工作状态，通过移相变压器直接向电网馈电。 

Claims (6)

1.一种独立馈电的级联型高压变频器，包括有移相变压器[1]，级联型高压变频器[2]和高压电动机[3]；其特征是：
进一步增设有降压变压器[4]，低压变频器[5]，升压变压器[6]和直流电压传感器[7]；
所述移相变压器[1]是其原边与高压交流电网连接，副边分为A、B和C三组，每一组由多个相同的低压整流及H桥式逆变单元[9]串联组成；
所述级联型高压变频器[2]是其输出端连接有高压电动机[3]的输入端；
所述降压变压器[4]是其原边绕组与高压电动机[3]的输入端连接，副边绕组与低压变频器[5]的输入端连接；低压变频器[5]的输出端与升压变压器[6]的输入端连接，升压变压器[6]的输出端与高压交流电网连接，直流电压传感器[7]连接在低压变频器[5]的直流母线[8]上，检测该母线的电压值。
2.根据权利要求1所述的独立馈电的级联型高压变频器，其特征是：
升压变压器[6]是独立变压器，或是将移相变压器[1]原边绕组作为其副边绕组构成。
3.根据权利要求1所述的独立馈电的级联型高压变频器，其特征是：
低压变频器[5]是独立的变频器，或是由独立整流单元[10]与级联型高压变频器[2]中相移为零的低压整流及H桥式逆变单元[9]构成。
4.根据权利要求1或3所述的独立馈电的级联型高压变频器，其特征是：
级联型高压变频器[2]中，相移为零所对应的一组低压整流及H桥式逆变单元[9]为双向有源控制结构。
5.根据权利要求1所述的独立馈电的级联型高压变频器，其特征是：
低压变频器[5]是二电平结构、三电平结构和多电平结构中的一种。
6.一种用于权利要求1所述的独立馈电的级联型高压变频器的馈电方法，其特征是：
高压电动机[3]处于发电运行状态时，直流电压传感器[7]检测低压变频器[5]中直流母线[8]上的电压高于某个阈值后，通过控制计算机给出控制信号，使低压变频器[5]中的低压逆变器[11]处于工作状态，并通过升压变压器[6]向高压电网馈电；高压电动机[3]处于电动运行工况时，直流母线[8]上的电压较低，使低压变频器[5]中的低压逆变器[11]处于关闭状态，低压变频器[5]与升压变压器[6]之间的电路被关断。
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