CN203104360U - 一种共直流母线的高压变频器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种共直流母线高压变频器，包括充电电路、移相变压器、三相二极管整流桥、高压直流母线、基于MMC拓扑的逆变器，移相变压器原边通过充电电路与电网相连，移相变压器的每个副边输出绕组与三相二极管整流桥相连，每个二极管整流桥的输出电容串联起来形成高压直流母线，高压直流母线与1台或多台基于MMC拓扑的逆变器公共直流端相连接，逆变器的输出端接被试电机，实现电机的叠频实验和变频调速功能；本实用新型提出的拓扑方案很好的满足了弱电网端电机试验站的要求，利用多绕组移相变压器多组输出，二极管整流电容串联形成的共直流母线来储存电机叠频实验时抽取和回馈的能量，这部分能量不再由电网承担从而消除电机试验对电网的污染。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种共直流母线高压变频器，特别涉及电机温升实验和电机调速用途的高压变频器。
背景技术
如今异步电机的温升实验越来越多的采用高压变频器来进行叠频实验。由电机原理可知，叠频实验时变频器同时发出主频F1的电压U1和副频F2的电压U2，此时被试电机周期性工作在电动和发电状态。常规的四象限高压变频器在进行叠频实验时，由全控整流桥来平衡各个单元的直流电压，被试电机工作在电动状态时变频器从电网抽取能量，反之变频器向电网回馈能量。
在工业电网的弱端（10kV电网，7MW电网容量）的电机试验站需进行大功率的电机叠频实验时，由于四象限高压变频器向电网侧抽取或者回馈的能量过大而破坏了电网电压稳定，致使其他用电设备无法工作。
MMC(Modular Multilevel Converter)是一种模块化多电平变换器，具有公共的直流端，满足本方案的需求。
实用新型内容
本专利提出的拓扑方案很好的满足了弱电网端电机试验站的要求。利用多绕组移相变压器多组输出，二极管整流电容串联形成的共直流母线来储存电机叠频实验时抽取和回馈的能量，这部分能量不再由电网承担从而消除电机试验对电网的污染。基于MMC拓扑的逆变器具有公共的直流端，本方案在逆变侧采用MMC拓扑方案。公共直流母线上可以接多组逆变器同时对多台电机进行试验。
本方案的目的是提供一种高压变频器，可以在电网的弱端进行大功率的电机叠频实验，不对电网造成污染。该方案提供了一种具有共直流母线的电压源型高压-高压变频器，并网侧采用不控整流，电网能量单相流动保证了在电机试验时不会电网造成污染；高压直流母线上的逆变器可以接一台或多台逆变器，视电机试验站的需求灵活配置。满足了电机做叠频实验时不对电网造成冲击；一个整流单元可带多台逆变器进行电机试验，实现了变频电源的紧凑型和灵活性。满足弱电网端进行电机试验的苛刻要求，保障设备运行安全。
为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：
一种共直流母线的高压变频器，其特征在于，包括充电电路、移相变压器、三相二极管整流桥、高压直流母线、基于MMC拓扑的的逆变器，移相变压器原边通过充电电路与电网相连，移相变压器的每个副边输出绕组与三相二极管整流桥相连，每个二极管整流桥的输出电容串联起来形成高压直流母线，高压直流母线与1台或多台基于MMC拓扑的逆变器公共直流端相连接，逆变器的输出端接被试电机，实现电机的叠频实验和变频调速功能；所述高压变频器的工作过程是：装置启动时闭合断路器K1，断开断路器KM，通过充电电阻向整流电路充电，逆变侧封锁脉冲；待直流电压建立起来后再闭合断路器KM将充电电阻旁路，逆变电路此时的单元模块电压只有正常工作时的一半，逆变电路启动充电控制逻辑，将模块电压抬高到正常工作电压时充电过程结束。
所述的移相变压器输出端经三相二极管整流桥后可在输出电容上形成2kV直流电压，经过12个输出电容串联形成24kV直流母线。
所述的逆变器采用MMC拓扑结构，该拓扑是由模块化多电平级联组成，每相分为上下半桥，每个半桥有n个模块和一个电感，上下半桥的电感的中间点作为逆变器的输出；利用模块化多电平级联的方式形成高压直流公共端，通过均压控制使各个模块的电压平衡，均分直流公共端的电压。
所述的基于MMC拓扑的的逆变器，在常规叠频控制或者变频调速控制生成的调制波后，附加环流控制和模块电压平衡控制功能。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
1）本实用新型提供了一种在弱电网条件下用高压变频器对大功率异步电机进行叠频实验的解决方案，满足在弱电网下的电机试验站的特殊要求。
2）利用移相变压器的多个副边绕组，通过整流输出电容的串联以建立高压直流母线，在二极管耐压等级有限的条件下利用串联结构建立24kV的直流母线。
3）逆变器采用模块化多电平的拓扑结构，使逆变器具有公共的直流母线，进而实现了多台逆变器可以并联在直流母线上，打破了传统变频器整流器和逆变器是一对一的结构，实现了结构的集约化和紧凑型，提高了功率密度。在需要多台高压变频器的场合可以只有一个整流单元，降低了设备的整体成本。
4）本系统对逆变器的控制包含输出电压控制和MMC平衡控制，输出电压控制可以实现双频率输出的叠频实验和电机调速控制；MMC平衡控制添加在基础调制波上以实现各单元电压的平衡和桥臂环流控制，保障系统连续可靠运行。
附图说明
图1是共直流母线高压变频器系统结构；
图2逆变器控制框图。
具体实施方式
见图1，一种高压变频器由充电单元、整流侧和逆变侧组成。10kV电网经过断路器KM和充电电阻连接到移相变压器原边，移相变压器12组副边输出接三相二极管整流桥，每组整流桥输出接储能电容，所有储能电容C1、C2、Cn串联起来形成高压直流母线；采用MMC拓扑结构逆变器的公共直流端接在高压直流母线上，经过上下桥臂共同组成的输出电感后与被试电机相连，可以输出50Hz和40Hz的叠频电压信号，也可输出变频电压信号对电机进行调速控制。
见图1，装置启动时闭合断路器K1，断开断路器KM，通过充电电阻向整流电路充电，逆变侧封锁脉冲。待直流电压建立起来后再闭合断路器KM将充电电阻旁路，逆变电路此时的单元模块电压只有正常工作时的一半，逆变电路启动充电控制逻辑，将模块电压抬高到正常工作电压时充电过程结束。
所述的移相变压器有12组副边输出，每组副边移相角度为5度，在变压器原边形成72脉波不控整流后对电网的谐波污染非常小。
所述的三相二极管整流桥在输出侧接大容量电解电容，以实现在电机叠频实验时能量的吞吐。该能量的流动不流过电网，以免影响电网的稳定性。实现了在弱电网条件下利用高压变频器对电机进行叠频实验。
所述的公共直流母线可以连接多组逆变器。当连接1组以上逆变器时，不仅可以提高设备的紧凑型、解决成本，更有利用减小母线的波动。由电机叠频原理可知，在进行叠频实验时电机消耗的有功功率是呈现低频震荡的，两台电机叠频实验时吞吐能量错开半个周期即可实现能量的互补，减小直流母线电压的波动。
见图2，逆变器的控制框图包含有基础调制波生成、环流控制、模块电压平衡控制三部分。形成最终的调制波经过载波移相PWM调制后给出每个单元模块的驱动脉冲。该方案实现了模块电压的平衡和均压，使桥臂电流得到控制，载波移相PWM调制实现方便，可行性高，保障了设备长期稳定运行。
Claims (3)
1.一种共直流母线的高压变频器，其特征在于，包括充电电路、移相变压器、三相二极管整流桥、高压直流母线、基于MMC拓扑的的逆变器，移相变压器原边通过充电电路与电网相连，移相变压器的每个副边输出绕组与三相二极管整流桥相连，每个二极管整流桥的输出电容串联起来形成高压直流母线，高压直流母线与1台或多台基于MMC拓扑的逆变器公共直流端相连接，逆变器的输出端接被试电机，实现电机的叠频实验和变频调速功能；所述高压变频器的工作过程是：装置启动时闭合断路器K1，断开断路器KM，通过充电电阻向整流电路充电，逆变侧封锁脉冲；待直流电压建立起来后再闭合断路器KM将充电电阻旁路，逆变电路此时的单元模块电压只有正常工作时的一半，逆变电路启动充电控制逻辑，将模块电压抬高到正常工作电压时充电过程结束。
2.根据权利要求1所述的一种共直流母线的高压变频器，其特征在于，所述的移相变压器输出端经三相二极管整流桥后可在输出电容上形成2kV直流电压，经过12个输出电容串联形成24kV直流母线。
3.根据权利要求1所述的一种共直流母线的高压变频器，其特征在于，所述的逆变器采用MMC拓扑结构，该拓扑是由模块化多电平级联组成，每相分为上下半桥，每个半桥有n个模块和一个电感，上下半桥的电感的中间点作为逆变器的输出；利用模块化多电平级联的方式形成高压直流公共端，通过均压控制使各个模块的电压平衡，均分直流公共端的电压。
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