CN106059260A - 一种超大功率高压变频器 - Google Patents

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田其金
李忠峰
申大力
凡念
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927Liquid coolant without phase change

Abstract

本申请公开了一种超大功率高压变频器,包括多个功率单元,各功率单元都包括至少两个并联的功率子单元;在每一功率单元中,各功率子单元的输入端相连,以作为功率单元的输入端,用于输入相同的电源电压,各功率子单元的各输出端分别对应连接,以作为功率单元的各输出端。通过上述结构,使得本申请不需要选用大电流和功率等级的器件,因此,散热系统采用原来的风冷散热即可,规避了必须引入水冷系统造成的方案复杂和设备可靠性降低的问题。

Description

一种超大功率高压变频器
技术领域
[0001 ]本申请涉及变频器领域,尤其涉及一种超大功率高压变频器。
背景技术
[0002]现有技术中,大功率高压变频器,其带电机运行时整机采用强制风冷方式进行散热,变频器散热能够得到有效解决。
[0003]但是,在许多场合还需要用到超大功率高压变频器,其输入电流,例如,可达到1000A,甚至超过1000A,这时,需要将大功率高压变频器中的功率单元等主功率器件重新选型,选用更大电流等级和功率等级的器件。但是选用更大电流和功率等级的主功率器件后,又带来了新的散热问题,原有的强制风冷散热方式在这种情况下不足以进行合格的散热,需要使用水冷散热等方式进行散热,而这又使得变频器的散热方式需要重新设计。
[0004]综上,将现有的大功率高压变频器改造成超大功率高压变频器,不仅仅需要选用更大电流和功率等级的主功率器件作为功率单元,还需要重新进行散热系统的设计。进一步地,功率单元选用更大电流和功率等级的器件后,器件通用性较差,从而造成整机成本的大幅增加;散热重新设计,例如采用水冷方式,则需要增加水循环系统,增加了系统成套难度,并且水循环系统损坏或者漏液还会导致高压变频器严重损坏,这降低了高压变频器的可靠性。
发明内容
[0005]为解决上述问题,本申请提供一种超大功率高压变频器。
[0006]根据本申请,其提供一种超大功率高压变频器,包括:
[0007]多个功率单元,各功率单元都包括至少两个并联的功率子单元;在每一功率单元中,各功率子单元的输入端相连,以作为功率单元的输入端,用于输入相同的电源电压,各功率子单元的各输出端分别对应连接,以作为功率单元的各输出端。
[0008]在一较优实施例中,所述功率单元还包括与功率子单元数量对应的均流电抗器,在每一功率单元中,一功率子单元的一输出端连接有一个均流电抗器,其他功率子单元的对应输出端也都分别连接有一个均流电抗器,之后各功率子单元的各输出端再分别对应连接;或者,每一功率单元中,各功率子单元的各输出端都分别连接有一个均流电抗器后,再分别对应连接。
[0009]在一较优实施例中,在每一功率单元中,各功率子单元的正直流母线都相连,负直流母线都相连。
[0010]本申请的有益效果是:
[0011]依上述实施例的超大功率高压变频器,由于各功率单元都包括至少两个并联的功率子单元,在每一功率单元中,各功率子单元的输入端相连,以作为功率单元的输入端,用于输入相同的电源电压,各功率子单元的各输出端分别对应连接,以作为功率单元的各输出端,因此功率单元和功率子单元不需要选用大电流和功率等级的器件,同时由于不需要选用大电流和功率等级的器件,因此,散热系统采用原来的风冷散热即可,规避了必须引入水冷系统造成的方案复杂和设备可靠性降低的问题;同时器件通用性得到提高。
[0012]依上述实施例的超大功率高压变频器,由于每一功率单元中,各功率子单元的正直流母线都相连,负直线母线都相连,因此使得各功率子单元的电压差一致,从而保证了均流效果;
[0013]依上述实施例的超大功率高压变频器,由于所述功率单元还包括均流电抗器,在每一功率单元中,一功率子单元的一输出端连接所述均流电抗器,其他功率子单元的对应输出端也连接所述均流电抗器,之后各功率子单元的各输出端再分别对应连接;或者,每一功率单元中,各功率子单元的各输出端都连接所述均流电抗器后,再分别对应连接,因此使各功率单元中的功率子单元的输出均流,提高了变频器的可靠性和稳定性;若再配合上述的共直线母线方案,即每一功率单元中,各功率子单元的正直流母线都相连,负直线母线都相连,则由于共直线母线方案本身就可以实现均流效果,那么相应地,同样为实现均流效果而采用的均流电抗器,其感量和体积则可以减小。
附图说明
[0014]图1为本申请一实施例的超大功率高压变频器的主回路拓扑结构示意;
[0015]图2为本申请一种实施例的超大功率高压变频器的功率单元的一种结构示意图;
[0016]图3为本申请一种实施例的超大功率高压变频器的功率单元的另一种结构示意图。
具体实施方式
[0017]下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。
[0018]本申请提出了一种超大功率高压变频器,其通过将至少两个功率子单元并联,以作为一个功率单元使用,从而不需要选用超大电流和功率的等级的功率器件来构成功率单元,在实现超大功率输出的同时,其散热并不会明显增加,可以直接利用现有的风冷散热来达到良好的散热效果。
[0019]请参照图1和图2,一实施例中,本申请的超大功率高压变频器包括多个功率单元
10、输入移相隔离变压器30和控制系统50,下面具体说明。
[0020] 各功率单元10包括至少两个并联的功率子单元11,图1和图2都只画出了两个功率子单元11,但这仅仅是出于示意图的简洁性考虑,并不代表本申请将各功率单元10中的并联连接的功率子单元11仅限定为两个。在每一功率单元10中,各功率子单元11的输入端相连,以作为功率单元10的输入端,用于输入相同的电源电压,例如,在图2中,各功率子单元11的三个输入端R、S和T分别对应连接,即一个功率子单元11的输入端R与其他功率子单元11的输入端R相连,一个功率子单元11的输入端S与其他功率子单元11的输入端S相连,一个功率子单元11的输入端T与其他功率子单元11的输入端T相连;每一功率单元10中各并联的功率子单元11这样连接后,保证其都被输入了同样的电源电压,这有效避免了输入电压不同而造成的母线电压差异。在每一功率单元11中,各功率子单元11的各输出端分别对应连接,以作为功率单元11的各输出端,例如,在图2中,一个功率子单元11的输出端ACO与其他功率子单兀11的输出端ACO相连,一个功率子单兀11的输出端ACl与其他功率子单兀11的输出端ACl相连。各功率子单元11的电路结构,可采用现有技术,例如,在一实施例中,在图2中功率子单元11包括整流电路、中间直流电路和逆变电路,整流电路可为采用六只二极管构成的三相不可控整流电流,中间直流电路包括一电容,逆变电路包括由四个IGBT构成的单相H型桥式电路。在一实施例中,各功率子单元还包括有控制电路,各功率子单元的控制电路均与所述控制系统50连接
[0021]为了使每一功率单元10中的各并联的功率子单元11的输出均流,提高变频器的可靠性和稳定性,在一实施例中,本申请的功率单元10还包括与功率子单元13数量对应的均流电抗器13,具体地,在每一功率单元10中,一功率子单元11的一输出端连接有一个均流电抗器13,其他功率子单元11的对应输出端也都分别连接有一个均流电抗器13,之后各功率子单元11的各输出端再分别对应连接。例如,在图2中显示的是各功率子单元11的输出端ACO都分别连接有一个均流电抗器13,再分别对应连接,而在图3中显示的则是各功率子单元11的输出端ACl都分别连接有一个均流电抗器13,再分别对应连接。或者,每一功率单元10中,各功率子单元11的各输出端都连接有一个均流电抗器13后,再分别对应连接。以图2为例,每一个功率单元10都包括两个功率子单元11,每一个功率子单元11都包括两个输出端,即输出端ACO和输出端ACl,采用上述的“每一功率单元10中,各功率子单元11的各输出端都连接有一个均流电抗器13”的方案后,那么图2中的每一个功率子单元11的输出端ACO都分别连接有一个均流电抗器13,每一个功率子单元11的输出端ACl也都分别连接有一个均流电抗器13,那么每一个功率单元10就包括4个均流电抗器13,之后各功率子单元11的各输出端再分别对应连接。
[0022]为了使每一功率单元10中的各并联的功率子单元11的输出均流,在一实施例中,如图3所示,在每一功率单元10中,各功率子单元11的正直流母线DC+都相连,负直流母线DC-都相连。例如,以各功率子单元11中逆变电路是由四个IGBT构成的单相H型桥式电路为例,桥式电路中上两个IGBT都连接于正直流母线DC+,下两个IGBT都连接于负直流母线DC-;若每一功率单元10中,各功率子单元11的正直流母线DC+都相连,负直流母线DC-都相连,则保证了每一功率单元10中的各个不同的功率子单元11的桥式电路的正直流母线DC+上的电压都相同,负直流母线DC-的电压也都相同,又因为各格式电路的中IGBT都栅极又是接收相同的脉宽调制信号,则每一功率单元10中各并联的功率子单元11的输出都一样,使得每一功率单元10中的各并联的功率子单元11的输出均流。此实施例还可与上述采用均流电抗器13的实施例结合,两种方案结合后,由于本实施例的共直流母线方案可以实现均流效果,那么采用的均流电抗器13的感量与体积则可以采用小一点的,即可以有效降低均流电抗器的感量、体积与成本。
[0023]需要说明的是,本申请中,在每一功率单元10中,各并联的功率子单元11的正直流母线DC+可以都相连,负直流母线DC-也都相连;或者,各并联的功率子单元11的正直流母线DC+还可以都不相连,负直流母线DC-也都不相连;或者,各并联的功率子单元11,其中一些功率子单元11的正直流母线DC+相连,负直流母线DC-也相连,另外一些功率子单元11的正直流母线DC+不相连,负直流母线DC-也不相连。
[0024]在一实施例中,本申请中每若干个功率单元10组成一相,共三相。例如,如图1所示,每五个功率单元1组成一相,共三相。
[0025]输入移相隔离变压器30与各功率单元10的输入端相连,用于将输入的电源电压处理后再输出给各功率单元10。
[0026]控制系统50可以包括脉宽调制信号发波处理模块51、信号采集处理模块53和主控芯片55中的至少一者。脉宽调制信号发波处理模块51用于向各功率子单元11发送脉宽调制信号,例如,在一实施例中,向每一个功率单元10中各并联的功率子单元11发送相同的脉宽调制信号,则并联的功率子单元11会输出相同的ACO和ACl电压波形。信号采集处理模块53用于采集各功率子单元11的输出端的电流和/电压信号,以进行功率单元10的工作状态分析。主控芯片则用于控制脉宽调制信号发波处理模块51和信号采集处理模块53,以及进行相关的计算。
[0027]本申请可以针对输入电压6kV,频率为50Hz的三相交流电,在一实施例,其可以包括一风冷装置(图中未画出),用于本申请的散热。
[0028]以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明,不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (9)

1.一种超大功率高压变频器,其特征在于,包括: 多个功率单元,各功率单元都包括至少两个并联的功率子单元;在每一功率单元中,各功率子单元的输入端相连,以作为功率单元的输入端,用于输入相同的电源电压,各功率子单元的各输出端分别对应连接,以作为功率单元的各输出端。
2.如权利要求1所述的超大功率高压变频器,其特征在于,所述功率单元还包括与功率子单元数量对应的均流电抗器,在每一功率单元中,一功率子单元的一输出端连接有一个均流电抗器,其他功率子单元的对应输出端也都分别连接有一个均流电抗器,之后各功率子单兀的各输出端再分别对应连接;或者,每一功率单兀中,各功率子单兀的各输出端都分别连接有一个均流电抗器后,再分别对应连接。
3.如权利要求1或2所述的超大功率高压变频器,其特征在于,在每一功率单元中,各功率子单元中至少一个功率子单元的正直流母线、负直流母线不与其他功率子单元的正直流母线、负直流母线相连。
4.如权利要求1或2所述的超大功率高压变频器,其特征在于,在每一功率单元中,各功率子单元的正直流母线都相连,负直流母线都相连。
5.如权利要求1所述的超大功率高压变频器,其特征在于,每若干个功率单元组成一相,共三相。
6.如权利要求1所述的超大功率高压变频器,其特征在于,还包括输入移相隔离变压器,与各功率单元的输入端相连,用于将输入的电源电压处理后再输出给各功率单元。
7.如权利要求1或5所述的超大功率高压变频器,其特征在于,还包括控制系统,所述控制系统包括脉宽调制信号发波处理模块,用于向各功率子单元发送脉宽调制信号。
8.如权利要求6所述的超大功率高压变频器,其特征在于,所述控制系统还包括信号采集处理模块,用于采集各功率子单元的输出端的电流和/电压信号,以进行功率单元的工作状态分析。
9.如权利要求1至6中任一项所述的超大功率高压变频器,其特征在于,还包括风冷装置,用于所述超大功率高压变频器进行散热。
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