由三电平H桥功率单元模块直接构成的6KV高压变频器制造技术

一种由三电平Ｈ桥功率单元模块直接构成的６ＫＶ高压变频器，该变频器包括３６脉波隔离变压器、三个三电平Ｈ桥功率单元模块（Ａ、Ｂ、Ｃ）和输出滤波装置；其中：隔离变压器包括原边三相绕组和副边六组绕组，副边每两个组绕为一组分别接三个三电平Ｈ桥功率单元模块的输入整流环节，三电平Ｈ桥功率单元模块的整流环节为两个６脉波整流桥串联组成的１２脉波整流桥，三个三电平Ｈ桥功率单元模块的整流环节共组成３６脉波；所述三电平Ｈ桥功率单元模块输出端接输出滤波装置的相应输入端，输出滤波装置用于三电平Ｈ桥功率单元模块输出电压的滤波，得到谐波含量比较少的正弦波交流电。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

6KV high voltage frequency converter directly composed of three level H bridge power unit module

A 6KV high voltage frequency converter is directly composed of three level H power unit module, the frequency converter includes 36 pulse transformer, three three level H bridge power module (A, B, C) and the output filtering device; the isolation transformer includes: primary side and secondary side winding three-phase six winding, secondary side each of the two groups around a group of three are respectively connected with the three level H bridge power module input rectifier, rectifier bridge three level H power unit module two 6 pulse rectifier bridge series consisting of 12 pulse rectifier bridge, three bridge three level H power unit module is composed of rectifier 36 pulse; the corresponding input end of the three level H bridge power module is connected to the output of the output filter, output filter device for three level H bridge power module output voltage filter The sine wave is obtained with less harmonic content.

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电力拖动、电力变换及电力电子
，具体涉及一 种由三电平H桥功率单元模块直接构成的6KV高压变频器。
技术介绍
在用电系统中，电机作为主要的动力设备而广泛地应用于工农业生产、 国防、科技、及社会生活等各个方面，在其中用于驱动风机、水泵、压縮机 类负载的大容量中高压异步电动机同样数量巨大，具体应用在火力发电、冶 金、石油、化工、水泥、矿山、城市供水等行业。在具体应用中，由于多年 以来一直采用挡板和阀门来调节流量满足生产需求，不但造成了能量的严重 浪费，而且对整个生产系统设备产生冲击和磨损。随着大功率电力电子技术 的发展，高压变频器被日益应用在上述需要调速的领域，起到了显著的节能 效果。由于当前功率器件耐压等级的有限性，国内变频器主要采用两种拓扑结构。 一种是采用两电平H桥功率单元的串联多重化结构；另一种是采用功率 器件串联的三电平结构。采用两电平H桥功率单元的串联多重化结构，其主要思路是采用耐压等级低的开关器件组成单元，然后单元串联获得高的电压输出。这种结构弥补了 现有功率器件耐压能力的不足，但其使用的功率器件数量太多，装置的体积 大，重量大。同时因为单元数量多，需要的电源数量也多，使得所需的隔离 变压器副边绕组数量和出线端多，高压电缆太多，系统内阻无形中增大。接线太多，从而故障点也相应增多，可靠性降低。由于单元为两电平的H桥结 构，其输出电压的^>^高，产生高的共模电压，对整个系统的耐压不利。采用功率器件串联的三电平结构，输出电压的电平数少(相电压三电平， 线电压五电平)，输出波形中不可避免地产生大的谐波分量，由于谐波的原因，电动机的功率因数和效率、甚至寿命都会受到一定的影响；同样其输出电压的"^4高，产生高的共模电压，对整个系统的耐压不利。由于现有功率器件的耐压水平限制，该结构中每个开关模块必须由两个甚至三个功率器件串联 才能满足要求，由此带来串联功率器件的均压、均流问题以及控制串联功率 器件开关的同步性问题，这两个问题是目前该种结构的核心问题，系统的可 靠性也将受到影响，同时失去了三电平结构在均压方面的优势。
技术实现思路
本技术的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种由三电平H桥功率单元模块直接构成的6KV高压变频器。本技术采用三电平H桥拓扑结构作为功率模块，充分利用三电平技术的均压优点，依据目前功率元器件所能达到的耐压等级，将功率模块的输出电压作为变频器输出的一相电压，无需功率器件串联，输出电压可达到3900V，高于目前6KV高压电机的相电压3450V。 本技术的目的可通过以下技术措施来实现本技术的目的由三电平H桥功率单元模块直接构成的6KV高压变频 器包括36脉波隔离变压器、三个三电平H桥功率单元模块和输出滤波装置； 其中隔离变压器包括原边三相绕组和副边六组绕组，副边每组绕组的输出 电压相对于参考电压的相位依次为+ 25°、 +15°、 +5°、 -5°、 -15°、 -25°;副边 每两个组绕为一组分别接三个三电平H桥功率单元模块的输入整流环节，三 电平H桥功率单元模块的整流环节为两个6脉波整流桥串联组成的12脉波整 流桥，三个三电平H桥功率单元模块的整流环节共组成36脉波；所述三电平 H桥功率单元模块输出端接输出滤波装置的相应输入端，输出滤波装置用于三 电平H桥功率单元模块输出电压的滤波，得到谐波含量比较少的正弦波交流 电。本技术中所述的三个三电平H桥功率单元模块完全相同，具有互换 性；每个三电平H桥功率单元模块包括整流环节、正、负向充电保护回路、 直流环节、限流环节、逆变环节。所述三电平H桥功率单元模块中的正向充电保护回路是由采用并联方式电连接的电子开关S。限流电阻R,和压敏电阻MY^且成；负向充电保护回路是 由采用并联方式电连接的电子开关S2 、限流电阻R2和压敏电阻MY2组成。所述三电平H桥功率单元模块中的的逆变环节由两个三电平逆变桥臂并 联组成功率器件l、 Va2、 Va3、 l串联成一条支路，功率器件l、 Va6、 Va7、 Va8 串联成一条支路，快恢复二极管D^ i^串联成一条支路，快恢复二极管 Da3、 /\4串联成一条支路；由快恢复二极管D^ Z^串联构成的支路并接在功率 器件l和Vc的节点与功率器件Va和V^的节点之间，由快恢复二极管D^、 Z)a4 串联构成的支路并接在功率器件V^和V^的节点与功率器件V^和V。8的节点之 间，用来实现零电平，构成两条中性点钳位型三电平桥臂；在快恢复二极管 Dal、 Z^串联支路两端并接一个偏置电阻I^，在快恢复二极管D^ /^4串联支路 两端并接一个偏置电阻R^，用以保证零电平时二极管D^或Z^处于导通状态， 使功率器件Val和Va2之间以及Va3和Va4之间实现均压，不需采取其他附加均压 措施，从而减少电路损失；快恢复二极管031和化2的连接节点以及快恢复二极 管Da3和Da4的连接节点都接至直流环节的中点；功率器件Va2和Va3的节点连接 至其它两个功率单元的对应点，作为三个功率单元的星接中性点；功率器件V^ 和V^的节点连接至输出滤波电感，作为功率单元交流电压的输出。所述三电平H桥功率单元模块中的限流环节包括快恢复二极管D^ 、电容 Cd、电容C。、快恢复二极管Dj衣次串联后与逆变环节(12)并联，快恢复 二极管D^和电容C^的节点接吸收电阻Rd，快恢复二极管D。,与吸收电阻R。，连 接后一起与限流电感L。,并联，快恢复二极管D。;和电容C。的节点接吸收电阻 R。2，快恢复二极管D。与吸收电阻R^连接后一起与限流电感L。2并联，由以上 共同组成限流环节(10);快恢复二极管D。2、电容C。;、电容C。。快恢复二极 管D。,依次串联后与逆变环节(13)并联，快恢复二极管D。,和电容C。3的节点 接吸收电阻R。，快恢复二极管D。2与吸收电阻R。2连接后一起与限流电感L。,并联，快恢复二极管0。4和电容(;4的节点接吸收电阻11。4，快恢复二极管D^与吸收电阻R^连接后一起与限流电感I^并联，由以上共同组成逆变环节(13)的 限流环节(ll);两套限流环节共用两个电感L。,和L^电感L。i和L。的两端分 别并接快速短路检测单元L和Tw，用于监测电感Ld和L。中的电流；电容Q和 电容C。的节点以及电容C。3和电容C。,的节点都接至直流环节的中点。所述三电平H桥功率单元模块中的整流环节由两组6脉波二极管不控整流桥串联组成，两组整流桥的连接点作为直流环节的中点；直流环节由直流 滤波电容q和C,串联组成，两个电容的节点连接两组整流桥的中点。本技术中所述输出滤波装置由电感4、 A、 ^和电容C。、 CA、 Cj勾 成，每个电感Z。、 4、 4的一端分别串接一个电容C。、 &、 Ct,，另一端为输 出滤波装置的输入端，电容的另一端连接在一起成为中性点N，中性点N接大 地；电感和电容的连接点作为输出滤波装置的输出端，即变频器的输出端 "、K『；在输出C/、 K『的线间即t/F、 FPF、 WU间分别跨接压敏电阻 MYab、 MYb。、 MY^等，用于防止输出端的过电压对功率单元的冲击。本技术主要由三个三电平H桥功率单元模块构成的高压变频器，充 分利用了两电平H本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由三电平Ｈ桥功率单元模块直接构成的６ＫＶ高压变频器，其特征在于：该变频器包括３６脉波隔离变压器、三个三电平Ｈ桥功率单元模块（Ａ、Ｂ、Ｃ）和输出滤波装置；其中：隔离变压器包括原边三相绕组和副边六组绕组，副边每组绕组的输出电压相对于参考电压的相位依次为＋２５°、＋１５°、＋５°、－５°、－１５°、－２５°；副边每两个组绕为一组分别接三个三电平Ｈ桥功率单元模块的输入整流环节，三电平Ｈ桥功率单元模块的整流环节为两个６脉波整流桥串联组成的１２脉波整流桥，三个三电平Ｈ桥功率单元模块的整流环节共组成３６脉波；所述三电平Ｈ桥功率单元模块输出端接输出滤波装置的相应输入端，输出滤波装置用于三电平Ｈ桥功率单元模块输出电压的滤波，得到谐波含量比较少的正弦波交流电。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵泽生，刘红星，姚广普，杨德柱，李洪林，蔡志刚，
申请(专利权)人：郑州电力机械厂，
类型：实用新型
国别省市：41[中国|河南]