CN205123596U - 一种可扩展的远距离电能传输变频装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可扩展的远距离电能传输变频装置，包括N个整流器模块、N个逆变器模块、EMI滤波器和控制单元；N个整流器模块并联连接接市电；N个逆变器模块的输入端均连接整流器模块的输出端，其输出端串联后与EMI滤波器连接；EMI滤波器的输出端则用于连接负载；各整流器模块的整流信号接口端连接控制单元的整流控制信号端口；各逆变器模块的逆变信号接口端连接控制单元的逆变控制信号端口；该装置通过N个输入端并联的整流器模块将市电交流电变换为N个直流电压，并将N个直流电压进一步提高；N个逆变器模块以升高后的直流电压为电源进行逆变；N个逆变器模块的输出串联，实现可变频率的高压交流电。

Description

一种可扩展的远距离电能传输变频装置

技术领域

本实用新型属于电力电子设备领域，涉及一种电能传输装置，具体涉及一种可扩展的远距离电能传输变频装置。

背景技术

在油气、煤炭开采等领域，电气设备工作在数千米的井下，其中风机水泵潜油电机等设备需要变频电源供电以实现变频运行，把转速调节到符合机械负载的要求，同时节约能源。而井下环境恶劣，易燃易爆气体较多，采用井上变频电源远距离输电更安全。目前该领域应用的变频电源存在以下问题：

1、现有的变频装置是针对指定负载设计的，其输出电压最大值与输出功率最大值固定，不能适应不同负载的要求，当负载需求发生变化时，需重新设计开发新的变频装置；

2、现有的变频装置输入电流谐波含量大，功率因数低，易对电网造成严重污染；

3、由于对井下及远距离设备供电需要敷设的线缆较长，线缆上会产生很大的压降，因此供电电源需要相应地升高输出电压，一般电源外部配备体积很大的工频变压器来升高电压，或者在电源内部配备体积庞大的工频变压器来升高电压，但是增大了装置的体积和成本。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种可扩展的远距离电能传输变频装置，其目的在于解决现有变频装置输出电压最大值与输出功率最大值固定不可调的技术问题。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种可扩展的远距离电能传输变频装置，包括N个整流器模块、N个逆变器模块、EMI滤波器和控制单元；

其中，第i个整流器模块的第一输入端连接市电火线，第二输入端与第(i+1)个整流器模块的第二输入端并联接市电零线；

第i个逆变器模块的第一端连接第i个整流器模块的第三端，第二端连接第i个整流器模块的第四端；

第i个逆变器模块的第四端与第(i+1)个逆变器模块的第三端串联；EMI滤波器的第一端连接第一个逆变器模块的第三端，第二端连接第N个逆变器模块的第四端；EMI滤波器的第三端与第四端用于连接负载；其中，1≤i≤N，N不小于2；

第i个整流器模块的整流信号接口端连接控制单元的整流控制信号端口i；整流器模块通过该整流信号接口端输出整流信号到控制单元，接收控制单元输出的控制信号以及24V电源；第i个逆变器模块的逆变信号接口端连接控制单元的逆变控制信号端口i；逆变器模块通过逆变信号端口输出电压电流模拟信号和电平信号到控制单元，并接收包括控制单元送往逆变器模块的驱动信号、复位信号以及24V电源。

优选的，整流器模块包括单相PFC变换器和高频隔离升压谐振变换器；单相PFC变换器的第一端作为整流器模块的第一输入端，第二端作为整流器模块的第二输入端；

高频隔离升压谐振变换器的第一端连接单相PFC变换器的第三端，第二端连接单相PFC变换器的第四端；高频隔离升压谐振变换器的第三端作为整流器模块的第三端，第四端作为整流器模块的第四端。

优选的，逆变器模块采用H桥逆变器；H桥逆变器的第五端作为逆变器模块的逆变信号接口端。

本实用新型提供的远距离电能传输变频装置的输入为市电，通过N个输入端并联的单相PFC变换器将市电交流电变换为N个直流电压；再通过高频隔离升压谐振变换器将N个直流电压进一步提高；N个H桥逆变器以升高后的直流电压为电源进行逆变；N个H桥逆变器的输出串联，实现可变频率的高压交流电。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本实用新型提供的远距离电能传输变频装置，其单相PFC变换器、高频隔离升压谐振变换器、H桥逆变器的数量可以根据负载容量需求进行灵活调整，避免因不同设备的功率需求不同而进行重复设计及调试；

(2)本实用新型提供的远距离电能传输变频装置，采用高频PFC整流，输入电流谐波含量少，功率因数高，降低了对电网的谐波污染及无功需求，降低了对其他用电设备的干扰；

(3)本实用新型提供的远距离电能传输变频装置，采用高频隔离升压谐振变换器，减少了磁性器件及变频电源整机的体积。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的可扩展的远距离电能传输变频装置的原理示意图；

图2是单相PFC变换器端子编号示意图；

图3是高频隔离升压谐振变换器编号示意图；

图4是整流器模块端子编号示意图；

图5是逆变器模块端子编号示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-第一整流器，2-第二整流器，3-第三整流器，4-第四整流器，5-第一逆变器，6-第二逆变器，7-第三逆变器，8-第四逆变器，9-EMI滤波器，10-负载，11-控制单元。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型提供的可扩展的远距离电能传输变频装置进行详细说明。实施例提供的可扩展的远距离电能传输变频装置，如图1所示，包括4个输入并联的整流器模块(1，2，3，4)，4个输出串联的逆变器模块(5，6，7，8)，EMI滤波器9和控制单元11；各个模块及变换器的端子编号如图2～图5所示意；

其中，4个整流器模块的第一端连接均连接市电，4个整流器模块第二端并联；第一逆变器模块5的第一端连接第一整流器模块1的第三端，第二端连接第一整流器模块1的第四端；第二逆变器模块6的第一端连接第二整流器模块2的第三端，第二端连接第二整流器模块2的第四端；第三逆变器模块7的第一端连接第三整流器模块3的第三端，第二端连接第三整流器模块3的第四端；第四逆变器模块8的第一端连接第四整流器模块4的第三端，第二端连接第四整流器模块4的第四端；

第一逆变器模块5的第四端与第二逆变器模块6的第三端串联，第二逆变器模块6的第四端与第三逆变器模块7的第三端串联，第三逆变器模块7的第四端与第四逆变器模块8的第三端串联；EMI滤波器9的第一端连接第一逆变器模块5的第三端，第二端连接第四逆变器模块8的第四端；EMI滤波器9的第三端与第四端用于连接远距离负载10；

第一整流器模块1的第五端连接控制单元11的第一整流控制信号端口，第二整流器模块2的第五端连接控制单元11的第二整流控制信号端口，第三整流器模块3的第五端连接控制单元11的第三整流控制信号端口，第四整流器模块4的第五端连接控制单元11的第四整流控制信号端口；

第一逆变器模块5的第五端连接控制单元的第一逆变控制信号端口，第二逆变器模块6的第五端连接控制单元的第二逆变控制信号端口，第三逆变器模块7的第五端连接控制单元的第三逆变控制信号端口，第四逆变器模块8的第五端连接控制单元的第四逆变控制信号端口；

4个整流器模块完全相同，4个逆变器模块也完全相同，控制单元11具有至少4个整流信号接口和至少4个逆变信号接口；可以容纳至少4个整流器模块输入并联运行，至少4个逆变器模块输出串联运行；

各整流器采用相同的控制信号、反馈信号，各逆变器采用相同的控制信号、反馈信号；在输入侧增加整流器模块就能增加系统的最大输出功率，在输出侧增加逆变器模块就能增加系统的最大输出电压。

同样的，若负载的功率和电压要求降低，减少输入侧整流器模块即可降低变频装置的最大输出功率，减少输出侧逆变器模块即可降低系统的最大输出电压；扩展和裁剪该远距离电能传输变频装置均很方便，无需重新开发设计。

实施例中，整流器的前级变换器采用PFC变换器，具有输入电流波形好，功率因数高的特点；整流器的第二级采用高频谐振隔离升压变换器，降低了磁性器件的体积，实现各逆变器的直流母线的隔离，谐振技术降低了功率器件的开关损耗，提高了系统的效率。

实施例提供的可扩展的远距离电能传输变频装置的逆变器采用数字控制，输出电压频率可调；实施例提供的可扩展的远距离电能传输变频装置，采用触摸屏作为人机界面，可以设置模块数量、输出电压频率等系统参数；且其控制单元具有RS485、CAN通信接口，可以与其他装置组网通信。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种可扩展的远距离电能传输变频装置，其特征在于，包括N个整流器模块、N个逆变器模块、EMI滤波器和控制单元；

其中，第i个整流器模块的第一输入端连接市电火线，第二输入端与第(i+1)个整流器模块的第二输入端并联接市电零线；

第i个逆变器模块的第一端连接第i个整流器模块的第三端，第二端连接第i个整流器模块的第四端；

第i个逆变器模块的第四端与第(i+1)个逆变器模块的第三端串联；EMI滤波器的第一端连接第一个逆变器模块的第三端，第二端连接第N个逆变器模块的第四端；EMI滤波器的第三端与第四端用于连接负载；

第i个整流器模块的整流信号接口端连接控制单元的整流控制信号端口i；第i个逆变器模块的逆变信号接口端连接控制单元的逆变控制信号端口i；1≤i≤N；N不小于2。

2.如权利要求1所述的远距离电能传输变频装置，其特征在于，所述整流器模块包括单相PFC变换器和高频隔离升压谐振变换器；单相PFC变换器的第一端作为整流器模块的第一输入端，第二端作为整流器模块的第二输入端；

高频隔离升压谐振变换器的第一端连接单相PFC变换器的第三端，第二端连接单相PFC变换器的第四端；高频隔离升压谐振变换器的第三端作为整流器模块的第三端，第四端作为整流器模块的第四端。

3.如权利要求1或2所述的远距离电能传输变频装置，其特征在于，所述逆变器模块采用H桥逆变器；H桥逆变器的第五端作为逆变器模块的逆变控制信号接口端。