CN107834865A - 一种高压变频器及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高压变频器及系统，包括整流变压器和与整流变压器连接的至少一个功率单元串联组，每个功率单元串联组包括多个功率单元；整流变压器包括：一组原边绕组和多组副边绕组；原边绕组与电网的高压进线连接，每组副边绕组与一个功率单元连接；并且，每个功率单元串联组中的各个功率单元连接的副边绕组对应的移相角之间存在第一角度差；相邻设置的功率单元串联组中的对应位置处的各个功率单元连接的副边绕组对应的移相角之间存在第二角度差。本发明中，使得整流变压器的副边绕组多重化，降低了电网侧谐波。

Description

一种高压变频器及系统
技术领域
本发明涉及电子器件技术领域，具体而言，涉及一种高压变频器及系统。
背景技术
变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器可分为电压源型和电流源型两类，其中，电压源型变频器按照每相能够输出的电平数量，分为2电平、3电平、5电平以及更多电平等，其中超过2电平的变频器统称为多电平变频器。
电压源型多电平变频器分为共直流母线结构和变压器隔离结构两类，前者的每个输出相共用直流母线，结构较为简洁，但需要较为先进的电路拓扑才能够产生较多电平的输出；后者由变压器的相互隔离的绕组提供相互隔离的电源，然后通过不同绕组对应的逆变电路间的电压叠加实现多电平输出，这种变频器也称为单元串联型高压变频器，由于使用的电力电子器件的耐压水平要求较低，因此整机成本较低。目前市场上绝大多数高压变频器采用此结构。
现有技术中的单元串联型高压变频器，一般包括整流变压器和功率单元，功率单元与整流变压器的副边绕组连接。但是，现有技术中，对于不同串联相的功率单元对应的整流变压器的绕组移相角相同，这样，导致电网侧谐波较大。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种高压变频器及系统，以解决现有技术中的高压变频器电网侧谐波较大的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种高压变频器，其中，包括：整流变压器和与所述整流变压器连接的至少一个功率单元串联组，每个所述功率单元串联组包括多个功率单元；
所述整流变压器包括：一组原边绕组和多组副边绕组；所述原边绕组与电网的高压进线连接，每组所述副边绕组与一个功率单元连接；并且，
每个功率单元串联组中的各个功率单元连接的副边绕组对应的移相角之间存在第一角度差；相邻设置的功率单元串联组中的对应位置处的各个功率单元连接的副边绕组对应的移相角之间存在第二角度差。
结合第一方面，本发明实施例提供了上述第一方面的第一种可能的实现方式，其中，所述第一角度差通过如下公式计算：
α＝60°/N
其中，在上述公式中，α表示第一角度差，N表示每个功率单元串联组包括的功率单元的个数。
结合第一方面，本发明实施例提供了上述第一方面的第二种可能的实现方式，其中，所述第二角度差通过如下公式计算：
β＝20°/N
其中，在上述公式中，β表示的是第二角度差，N表示每个功率单元串联组包括的功率单元的个数。
结合第一方面，本发明实施例提供了上述第一方面的第三种可能的实现方式，其中，所述功率单元串联组的个数与所述高压变频器的供电相数相等。
结合第一方面，本发明实施例提供了上述第一方面的第四种可能的实现方式，其中，所述高压变频器包括3个功率单元串联组；
每个所述功率单元与所述副边绕组之间三相连接，且每个功率单元串联组与电机单相连接。
结合第一方面，本发明实施例提供了上述第一方面的第五种可能的实现方式，其中，所述原边绕组与所述电网的高压进线通过断路器连接。
结合第一方面，本发明实施例提供了上述第一方面的第六种可能的实现方式，其中，相邻副边绕组之间设置有绝缘材料。
结合第一方面的第六种可能的实现方式，本发明实施例提供了上述第一方面的第七种可能的实现方式，其中，相邻副边绕组之间设置的绝缘材料不同。
第二方面，本发明实施例提供了一种高压变频系统，包括上述第一方面所述的高压变频器。
本发明实施例提供的高压变频器及系统，该高压变频器包括整流变压器和至少一个功率单元串联组，每个功率单元串联组包括多个功率单元；每个功率单元串联组中的各个功率单元连接的副边绕组对应的移相角之间存在第一角度差；不同功率单元串联组中的对应位置处的各个功率单元连接的副边绕组对应的移相角之间存在第二角度差。这样，使得整流变压器的副边绕组多重化，降低了电网侧谐波。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本发明一实施例所提供的高压变频器的结构示意图；
图2示出了本发明又一实施例所提供的高压变频器的结构示意图；
图3(a)示出了本发明一实施例所提供的高压变频器中的整流变压器的一组副边绕组的绕制示意图；
图3(b)示出了本发明一实施例所提供的高压变频器中的整流变压器的一组副边绕组的移相示意图。
图标：110-整流变压器；120-功率单元串联组；121-功率单元。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一实施例提供了一种高压变频器，如图1所示，该高压变频器包括整流变压器110和与整流变压器110连接的至少一个功率单元串联组120，每个功率单元串联组120包括多个功率单元121；
上述整流变压器110包括一组原边绕组和多组副边绕组；该原边绕组与电网的高压进线连接，每组副边绕组与一个功率单元121连接；并且，
每个功率单元串联组120中的各个功率单元121连接的副边绕组对应的移相角之间存在第一角度差；相邻设置的功率单元串联组120中的对应位置处的各个功率单元121连接的副边绕组对应的移相角之间存在第二角度差。
具体的，上述功率单元串联组120的个数与高压变频器的供电相数相等，比如说，如果本发明实施例提供的高压变频器输出的为三相电，则上述功率单元串联组120的个数为3个。
在本发明实施例中，上述各个功率单元121的输入端与整流变压器110的副边绕组连接，且属于同一个功率单元串联组120中的各个功率单元121的输出端相互连接，并且，上述三个功率单元串联组120通过星型连接后构成三相输出。
另外，在本发明实施例中，整流变压器110的原边绕组与电网的高压进线通过断路器连接。
该断路器可以是任何型号的断路器，本发明实施例并不对上述断路器的具体型号进行限定。
具体的，上述第一角度差通过如下公式计算：
α＝60°/N
其中，在上述公式中，α表示第一角度差，N表示每个功率单元串联组包括的功率单元的个数。
进一步的，上述第二角度差通过如下公式计算：
β＝20°/N
其中，在上述公式中，β表示的是第二角度差，N表示每个功率单元串联组包括的功率单元的个数。
比如说，当N的取值为4时，即每个功率单元串联组120包括四个功率单元121时，上述第一角度差则为15°，上述第二角度差则为5°，一种具体的设定方式，如表1所示。
表1
功率单元编号 副边绕组对应的移相角
A1 0°
A2 15°
A3 30°
A4 45°
B1 5°
B2 20°
B3 35°
B4 50°
C1 10°
C2 25°
C3 40°
C4 55°
在表1中，是以三个功率单元串联组120为例进行说明的，A1、A2、A3和A4表示的是第一个功率单元串联组120中的四个功率单元，B1、B2、B3和B4表示的是第二个功率单元串联组120中的四个功率单元，C1、C2、C3和C4表示的是第三个功率单元串联组120中的四个功率单元。
在上述表1中，第一功率单元串联组和第二功率单元串联组相邻设置，第二功率单元串联组和第三功率单元串联组相邻设置，A1和B1属于不同功率单元串联组中对应位置处的两个功率单元，B1和C1属于不同功率单元串联组中对应位置处的两个功率单元；与A1连接的副边绕组对应的移相角，以及与B1连接的副边绕组对应的移相角之间相差5°；与B1连接的副边绕组对应的移相角，以及与C1连接的副边绕组对应的移相角之间相差5°。
根据多重化理论，对于负载波形一致的单元，在进行多重化后，电网侧谐波消除效果较好；而对于负载波形不一致的单元，在进行多重化后，电网侧谐波也能够进行消除一部分，因此，不管对于负载波形是否一致的单元，在本发明实施例中，均可以降低电网侧谐波。
在本发明实施例中，对于同一个功率单元串联组120中的各个功率单元121，负载波形近似相同；而对于不同功率单元串联组120中的功率单元121，由于负载电流相位不同，因此，负载波形不同。
因此，在本发明实施例中，优先对同一个功率单元串联组120中的各个功率单元进行多重化谐波消除，在对不同功率单元串联组120之间的功率单元进行进一步多重化处理。这样，可以减低电网侧谐波。
优选的，当上述高压变频器输出三相电时，则高压变频器包括3个功率单元串联组120；
每个功率单元121与副边绕组之间三相连接，且每个功率单元串联组120与电机单相连接。
具体的，当上述功率单元串联组120的个数为3个时，本发明实施例提供的高压变频器包括第一功率单元串联组、第二功率单元串联组和第三功率单元串联组；
第一功率单元串联组包括的各个功率单元121的输出端串联；第二功率单元串联组包括的各个功率单元121的输出端串联；第三功率单元串联组包括的各个功率单元121的输出端串联；
第一功率单元串联组中的首个功率单元的输出端、第二功率单元串联组中的首个功率单元的输出端，以及第三功率单元串联组中的首个功率单元的输出端均与电机连接；第一功率单元串联组中的末个功率单元的输出端、第二功率单元串联组中的末个功率单元的输出端，以及第三功率单元串联组中的末个功率单元的输出端相互连接在一起，构成中性点。
比如说，第一功率单元串联组包括A1、A2、A3…An等n个功率单元，第二功率单元串联组包括B1、B2、B3和Bn等n个功率单元，第三功率单元串联组120包括C1、C2、C3和Cn等n个功率单元，A1、A2、A3…An的输出端分别连接，即A1的输出端与A2的输出端连接，A2的输出端与A3的输出端连接，A3的输出端与A4的输出端连接等等，B1、B2、B3和Bn，以及C1、C2、C3和Cn进行同样的连接，如图2所示。
另外，在本发明实施例中，A1的输出端与电机连接，B1的输出端与连接，C1的输出端与电机连接，An的输出端、Bn的输出端以及Cn的输出端连接在一起，构成中性点。
在本发明实施例中，每个功率单元串联组120的输入为三相电，输出为单相电。
在本发明实施例中，高压变频器中的整流变压器的每组副边绕组均采用延边三角形的绕制方式，一种可能的延边三角形的绕制方式如图3(a)所示；图3(b)示出了图3(a)中的绕组方式对应的移相示意图，以及所得到的移相角。
进一步的，为了保证整流变压器110中的各组副边绕组之间能够相互绝缘，在本发明实施例中，相邻副边绕组之间设置有绝缘材料。
由于整流变压器的各组副边绕组之间的绝缘电压不同，因此，上述多组副边绕组中各组副边绕组之间设置的绝缘材料不同。
除此之外，在本发明实施例中，还可以是各组副边绕组之间设置的绝缘材料相同，但是，绝缘材料的厚度不同。
具体的，在本发明实施例中，通过在相邻副边绕组之间设置绝缘材料，保证了整流变压器110中各组副边绕组之间能够相互绝缘，同时避免了将相邻副边绕组之间的间距设置过大，减少了整流变压器110的体积。
本发明实施例提供的高压变频器，该高压变频器包括整流变压器和至少一个功率单元串联组，每个功率单元串联组包括多个功率单元；每个功率单元串联组中的各个功率单元连接的副边绕组对应的移相角之间存在第一角度差；不同功率单元串联组中的对应位置处的各个功率单元连接的副边绕组对应的移相角之间存在第二角度差。这样，使得整流变压器的副边绕组多重化，降低了电网侧谐波。
本发明另一实施例还提供了一种高压变频系统，该系统包括上述实施例提供的高压变频器。
具体的，上述高压变频系统还包括电机，电机与高压变频器连接，该高压变频器用于给电机供电。
本发明实施例提供的高压变频系统，包括高压变频器，该高压变频器包括整流变压器和至少一个功率单元串联组，每个功率单元串联组包括多个功率单元；每个功率单元串联组中的各个功率单元连接的副边绕组对应的移相角之间存在第一角度差；不同功率单元串联组中的对应位置处的各个功率单元连接的副边绕组对应的移相角之间存在第二角度差。这样，使得整流变压器的副边绕组多重化，降低了电网侧谐波。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种高压变频器，其特征在于，包括整流变压器和与所述整流变压器连接的至少一个功率单元串联组，每个所述功率单元串联组包括多个功率单元；
所述整流变压器包括：一组原边绕组和多组副边绕组；所述原边绕组与电网的高压进线连接，每组所述副边绕组与一个功率单元连接；并且，
每个功率单元串联组中的各个功率单元连接的副边绕组对应的移相角之间存在第一角度差；相邻设置的功率单元串联组中对应位置处的各个功率单元连接的副边绕组对应的移相角之间存在第二角度差。
2.根据权利要求1所述的高压变频器，其特征在于，所述第一角度差通过如下公式计算：
α＝60°/N
其中，在上述公式中，α表示第一角度差，N表示每个功率单元串联组包括的功率单元的个数。
3.根据权利要求1所述的高压变频器，其特征在于，所述第二角度差通过如下公式计算：
β＝20°/N
其中，在上述公式中，β表示的是第二角度差，N表示每个功率单元串联组包括的功率单元的个数。
4.根据权利要求1所述的高压变频器，其特征在于，所述功率单元串联组的个数与所述高压变频器的供电相数相等。
5.根据权利要求1所述的高压变频器，其特征在于，所述高压变频器包括3个功率单元串联组；
每个所述功率单元与所述副边绕组之间三相连接，且每个功率单元串联组与电机单相连接。
6.根据权利要求1所述的高压变频器，其特征在于，所述原边绕组与所述电网的高压进线通过断路器连接。
7.根据权利要求1所述的高压变频器，其特征在于，相邻副边绕组之间设置有绝缘材料。
8.根据权利要求7所述的高压变频器，其特征在于，各组副边绕组之间设置的绝缘材料不同。
9.一种高压变频系统，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的高压变频器。
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