CN209860804U - 一种基于级联式高压变频器的单相电源拓扑结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于级联式高压变频器单相电源拓扑结构，包括由变压器和功率单元，变压器一次侧连接高压三相电源，二次侧连接功率单元；所述的变压器为一次侧输入三相电源、二次侧输出多组三相电压的移相变压器；所述的功率单元包括多个单相输出的变频功率单元，每个单相输出的变频功率单元的输入端均连接所述的变压器二次侧的一组三相电压输出端，多个单相输出的变频功率单元的输出端依次首尾串联，串联后的首尾两端为输出的高压单相电源。实现三相电源输入、单相电压输出的变频电源功能，对电网影响小，噪音低，工作效率高，可以快速改变输出频率和电压值。
Description
技术领域
本实用新型涉及高压变频技术领域，特别涉及一种基于级联式高压变频器的单相电源拓扑结构。
背景技术
在现有工业生产过程当中，很多工业现场需要大功率单相用电设备。三相电网中挂载大功率单相设备尤其是兆瓦量级的单相用电设备会引发电网电流不平衡。供电不平衡对同一电网中其他用电设备会造成一系列供电设备和用电设备使用寿命缩短，加速设备部件更换频率，增加设备维护的成本。有些工艺环节下还要求改变单相供电电压及供电频率，这种情况下就不能直接使用电网供电，而传统工艺采用电机发电方式电压和频率调整麻烦，占地面积大，污染大等缺点。
公开号为CN 101447742A的中国专利公开了一种单相分压多电平串联高压变频器，是一种三相输出的变频器，采用变压器直接将三相电源变为单相多电平电源，供给三相拓扑结构的功率单元，此专利是一种三相电源输出的变频器，适用于需要三相电源供电的设备，在为单相负载供电时，仍旧会引发电网电流不平衡。
发明内容
为了克服背景技术中的不足，本实用新型提供一种基于级联式高压变频器的单相电源拓扑结构，实现三相电源输入、单相电压输出的变频电源功能，对电网影响小，噪音低，工作效率高，可以快速改变输出频率和电压值。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：
一种基于级联式高压变频器的单相电源拓扑结构，包括变压器和功率单元，变压器一次侧连接高压三相电源，二次侧连接功率单元；
所述的变压器为一次侧输入三相电源、二次侧输出多组三相电压的移相变压器；
所述的功率单元包括多个单相输出的变频功率单元，每个单相输出的变频功率单元的输入端均连接所述的变压器二次侧的一组三相电压输出端，多个单相输出的变频功率单元的输出端依次首尾串联，串联后的首尾两端为输出的高压单相电源。
进一步地，所述的移相变压器的二次侧的多组三相电压中，每组输出电压的相位角相等，组间移相角依次滞后60/N°，N为变压器二次侧的输出组对数。
进一步地，所述的单相输出的变频功率单元包括由输入端至输出端依次连接的三相整流桥、滤波电容和IGBT单相逆变桥。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1)本实用新型是三相电源输入、单相电压输出的变频电源，由三相高压电网均衡供电不会产生供电电网电流不平衡；
2)输入功率因数高，电流谐波少，无需功率因数补偿；
3)和采用电机发电式和直接调整变压器电压的方式相比，基于级联型的变频功率单元可快速改变输出电压，输出频率等参数；
4)基于高压变频器拓扑结构，技术成熟，设备稳定可靠，清洁高效；
5)功率单元的串联结构，单个变频功率单元所承受的电压仅为输出电压的1/N，所以对于每一个变频功率单元的电力电子器件耐压值要求不是很高。
附图说明
图1是本实用新型实施例系统拓扑结构图；
图2是本实用新型移相变压器原理图；
图3是单一功率单元拓扑结构；
图4是N个功率单元串联拓扑结构；
图5为基于本实用新型的一种具体实施方式在6KV电压等级模式下的电路示意图；
图6为基于本实用新型的一种具体实施方式在10KV电压等级模式下的电路示意图。
图中：1-变压器 2-功率单元 3-三相整流桥 4-滤波电容 5-IGBT单相逆变桥。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型提供的具体实施方式进行详细说明。
如图1-4所示，一种基于级联式高压变频器的单相电源拓扑结构，包括变压器1和功率单元2，变压器1一次侧连接高压三相电源，二次侧连接功率单元2；
所述的变压器1为一次侧输入三相电源、二次侧输出多组三相电压U1、V1、W1至Un、Vn、Wn的移相变压器；
所述的功率单元2包括多个单相输出的变频功率单元VFD1-VFDn，每个单相输出的变频功率单元的输入端均连接所述的变压器1二次侧的一组三相电压输出端，多个单相输出的变频功率单元VFD1-VFDn的输出端依次首尾串联，串联后的首尾两端A和B为输出的高压单相电源。
进一步地，所述的移相变压器1的二次侧的多组三相电压中，每组输出电压的相位角相等，组间移相角依次滞后60/N°，N为变压器二次侧的输出组对数，N＝n/2，n为变压器二次侧的总组数。
进一步地，所述的单相输出的变频功率单元包括由输入端至输出端依次连接的三相整流桥3、滤波电容4和IGBT单相逆变桥5。
见图2，移相变压器1一次侧采用星型连接，直接与高压电网连接，二次侧绕组为延边三角形连接，输出三相共3N路交流电，其中每三路为一组分为U、V、W三相，共N组，每组输出电压的相位角相等，组间相角依次滞后60/N°，供电给功率单元2中N个单元的三相二极管整流桥3。
见图3，移相变压器1二次侧输出的一组U1、V1、W1连接变频功率单元VFD的输入端，进入由二极管组成的三相不可控整流桥3，每一个单元的交流输入电压为750V，整流之后经过电容4滤波得到直流母线电压1010V，然后再经过4个IGBT和二极管组成的逆变桥5，对IGBT进行SPWM控制，输出得到单相交流电压A1和B1。
见图4，多个完全相同的变频功率单元VFD1-VFDn首尾相连，各个单元电压叠加最终形成高压输出。系统最终输出电压是功率单元2中变频功率单元VFD的数量和电压等级决定的。每一个变频功率单元VFD所承担的电流与总输出电流相同，单个变频功率单元VFD所承受的电压仅为输出电压的1/N，所以对于每一个变频功率单元VFD的电力电子器件耐压值要求不是很高。功率单元2中，变频功率单元VFD的数量可根据实际需求要留有一定余量，能够加大设备寿命，减少故障率。
见图5，所示为输出电压等级为6.6KV单相电源，每一个变频功率单元VFD输出有效电压值为710V，10个变频功率单元VFD串联既可在A、B两端输出6.6KV单相交流电压。
见图6，所示为输出电压等级为10KV单相电源，每一个变频功率单元VFD输出有效电压值为710V，18个变频功率单元VFD串联既可在A、B两端输出10KV单相交流电压。
以上实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
Claims (3)
1.一种基于级联式高压变频器的单相电源拓扑结构，包括变压器和功率单元，变压器一次侧连接高压三相电源，二次侧连接功率单元；
其特征在于，所述的变压器为一次侧输入三相电源、二次侧输出多组三相电压的移相变压器；
所述的功率单元包括多个单相输出的变频功率单元，每个单相输出的变频功率单元的输入端均连接所述的变压器二次侧的一组三相电压输出端，多个单相输出的变频功率单元的输出端首尾依次串联，串联后的首尾两端为输出的高压单相电源。
2.根据权利要求1所述的一种基于级联式高压变频器的单相电源拓扑结构，其特征在于，所述的移相变压器的二次侧的多组三相电压中，组间移相角依次滞后60/N°，N为变压器二次侧的输出组对数。
3.根据权利要求1所述的一种基于级联式高压变频器的单相电源拓扑结构，其特征在于，所述的单相输出的变频功率单元包括由输入端至输出端依次连接的三相整流桥、滤波电容和IGBT单相逆变桥。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112564523A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-03-26 | 国网青海省电力公司海北供电公司 | 一种单相交流电转三相交流电的电路 |
| CN113224955A (zh) * | 2021-05-19 | 2021-08-06 | 成都希望电子研究所有限公司 | 低谐波高性能的五电平大功率岸电电源系统 |
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