CN106972758A - 一种独立发电场合的单相/三相组合逆变供电装置 - Google Patents

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李�根
郭琪琦
钱叶彤
黄文新
卜飞飞
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Abstract

本发明涉及一种独立发电场合的单相/三相组合逆变供电装置，属于独立发电供电领域。该装置包括一台具有三套隔离三相绕组输出的永磁发电机、三个整流模块及三台单相逆变器，其中永磁发电机输出三路隔离交流电，经过整流模块得到三路隔离直流电作为三台单相逆变器的输入。本发明中发电机独立绕组结构使该系统逆变器直流母线隔离，无需增加一级隔离DC/DC变换器，结构简化，体积重量小。本发明通过合理安排发电机绕组分布可以降低输出电压谐波。

Description

一种独立发电场合的单相/三相组合逆变供电装置
技术领域
本发明涉及一种独立发电场合的单相/三相组合逆变供电装置，属于独立发电供电领域。
背景技术
在现有的独立发电供电场合，如移动电站设计中，发电机与逆变系统常分开考虑，同时逆变系统的模块化程度低。即使考虑到逆变器模块化设计，以实现单相独立运行、单相并联运行、三相组合运行的多功能逆变系统也存在其他问题。一种由发电机、整流模块和共直流母线的三台单相逆变器构成，三台单相逆变器可并联扩容，也可组合为三相逆变器，由于单相逆变器共直流母线，欲输出380V三相交流电，其直流母线电压至少需538V，对器件耐压有较高要求。为降低器件耐压的要求，三台逆变器需隔离供电。一种隔离方法为，整流后经三台隔离DC/DC变换器分别给三台逆变器供电，但成本较高，尤其当系统容量较大时，三台大功率DC/DC变换器带来的成本问题不容忽视。
发明内容
本发明提出了一种独立发电场合的单相/三相组合逆变供电装置，将发电机组输出电能进行工频逆变控制输出。三台结构简单的单级单相逆变器由永磁发电机内部隔离的三套绕组输出的三路隔离电源供电，满足逆变系统对器件耐压和隔离变换器要求。本装置通过选择不同的运行模式，既可用三台单相逆变器独立运行输出三路220V单相交流电，又可令三台单相逆变器并联扩容后输出220V单相交流电，还可组合输出380V三相交流电。
本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：
一种独立发电场合的单相/三相组合逆变供电装置，包括一台具有三套隔离三相绕组输出的永磁发电机、三个整流模块及三台单相逆变器，其中永磁发电机输出三路隔离交流电，经过整流模块得到三路隔离直流电作为三台单相逆变器的输入。
所述永磁发电机内置三套隔离绕组，发电机槽数为9的倍数，三套三相绕组对称分布。
所述整流模块为不控整流电路。
所述三个单相逆变器结构参数完全相同，组成三种工作状态：单相独立运行、单相并联运行和组合成三相逆变器运行。
所述三个单相逆变器将各自的输出端子并联时，构成并联扩容的单相逆变器，通过CAN总线传递同步信号和均流信号，实现并联运行。
所述三个单相逆变器将各自的一个输出端子连接到一起构成中点时，组合构成三相逆变器实现三相四线输出运行，通过CAN总线传递同步信号，控制三相交流电压输出对称。
本发明的有益效果如下：
1、本发明具有可切换的三路隔离的单相交流电输出、一路扩容的单相交流电输出及组合式三相交流电输出的多种功能。
2、相对于共直流母线的多逆变器方案，本发明对开关元件、电容等器件耐压要求低。
3、本发明中发电机独立绕组结构使该系统逆变器直流母线隔离，无需增加一级隔离DC/DC变换器，结构简化，体积重量小。
4、本发明通过合理安排发电机绕组分布可以降低输出电压谐波。
5、本发明中单相逆变器并联运行扩大容量、提高系统可靠性。
6、本发明中组合三相逆变器抗不对称三相负载能力强、故障维护方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为输出端子的具体连接方式。
其中：1为发动机，2为永磁发电机，3为整流模块，4为逆变模块，5为输出端子。
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。
如图1，本发明包括一台具有三套隔离三相绕组输出的永磁发电机、三个整流模块及三台单相逆变器，其中永磁发电机输出三路隔离交流电，经过整流模块得到三路隔离直流电作为三台单相逆变器的输入，三个逆变器可以独立工作，也可并联为扩容的单相逆变器，又可切换为组合式三相逆变器。
本发明利用由发动机拖动的永磁发电机进行发电，永磁发电机内置三套隔离的绕组，发电机槽数为9的倍数，三套三相绕组对称分布，优选极槽配合，可降低绕组磁势谐波，还可输出三路相互隔离的三相交流电。每路经三相不控整流输出直流电，三路直流电经滤波后再分别供给三个对应的单相逆变器的输入。三台单相逆变器结构相同，可组成三种工作状态：单相独立运行、单相并联运行和组合成三相逆变器运行。工作状态可预设，单相独立运行时三台单相逆变器输出无连接。所述三个单相逆变器并联扩容运行时采用主从控制方法，通过CAN总线在主机和从机间传递同步信号及电压电流信号，实现逆变器均流控制；逆变器控制电路具备通信连接端口，如采用CAN通讯接口，用于三台单相逆变器的协同控制时传递控制信息。
在图2中，即指连接片K1K2K3K4不作连接，可输出三路隔离的单相交流电单相并联运行时三台单相逆变器输出并联，连接片K1K2将端子L1L2L3连接起来，连接片K3K4将端子N1N2N3连接起来,构成一路单相交流输出，并联采用主从控制的控制方法，主机通过CAN总线发出电流电压参考及同步信号给从机，实现并联运行的均流和同步；组合成三相逆变器运行时，三台单相逆变器输出星形连接，连接片K1K2不作连接，端子L1L2L3作为三相输出，连接片K3K4将端子N1N2N3连接起来作为中点，实现三相四线制输出运行，A相逆变器通过CAN总线发出相差120°、240°的同步信号分别提供给B相和C相对应的逆变器，保证三相交流电压输出对称。
设计单台逆变器功率为15kW，输出220V工频交流电。按照留有裕量的原则设定直流母线电压为380V。根据整流后电压与输入电压的关系，确定永磁发电机输出电压282VY/163VΔ。由输出功率、输出电压及电压调整率的要求可进行发电机设计。其中发电机绕组用三套隔离绕组构成，发电机槽数为9的倍数，三套三相绕组对称分布，优选极槽配合，可降低绕组磁势谐波。每套绕组输出分别整流滤波。
三个单相逆变器结构参数完全相同，单台逆变器采用输出电压外环、电感电流内环双闭环进行PI(比例积分)控制，调制方式采用SPWM(正弦脉宽调制)。每台逆变器均由一块DSP(数字信号处理器)控制，利用DSP的CAN总线通信进行逆变器间的数据传输。
逆变器并联运行时采用主从控制，以主机的电压、电流信号作为从机的参考，该信号通过CAN总线发送给从机，从机接收到信号时在DSP中更改相应的参考值，以实现均流控制，消除环流；主机发出工频的同步信号通过CAN总线发送给从机，从机每周期检查并校正相位差，实现同步。
单相逆变器组合成三相逆变器时选取A相逆变器作为主机，发出相位与A相相差120°、240°的同步信号给B、C两相对应逆变器，B、C两相每周期检查并校正相位差，保证三相相位差120度，三相交流电压输出对称。除同步信号外各相独立控制，抗不平衡负载能力强。

Claims (6)

1.一种独立发电场合的单相/三相组合逆变供电装置，其特征在于，包括一台具有三套隔离三相绕组输出的永磁发电机、三个整流模块及三台单相逆变器，其中永磁发电机输出三路隔离交流电，经过整流模块得到三路隔离直流电作为三台单相逆变器的输入。
2.根据权利要求1所述的一种独立发电场合的单相/三相组合逆变供电装置，其特征在于，所述永磁发电机内置三套隔离绕组，发电机槽数为9的倍数，三套三相绕组对称分布。
3.根据权利要求1所述的一种独立发电场合的单相/三相组合逆变供电装置，其特征在于，所述整流模块为不控整流电路。
4.根据权利要求1所述的一种独立发电场合的单相/三相组合逆变供电装置，其特征在于，所述三个单相逆变器结构参数完全相同，组成三种工作状态：单相独立运行、单相并联运行和组合成三相逆变器运行。
5.根据权利要求1所述的一种独立发电场合的单相/三相组合逆变供电装置，其特征在于，所述三个单相逆变器将各自的输出端子并联时，构成并联扩容的单相逆变器，通过CAN总线传递同步信号和均流信号，实现并联运行。
6.根据权利要求1所述的一种独立发电场合的单相/三相组合逆变供电装置，其特征在于，所述三个单相逆变器将各自的一个输出端子连接到一起构成中点时，组合构成三相逆变器实现三相四线输出运行，通过CAN总线传递同步信号，控制三相交流电压输出对称。
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