一种多电压等级输出变频电源及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种多电压等级输出变频电源及其控制方法，高压充电电路与移相变压器相连，变频器与移相变压器相连，接触器与变频器相连。在多电压等级输出变频电源的变频器的每一相均采用个基础变流链，，基础变流链包括功率单元和电抗器。三相电压经过高压充电电路进入移相输入变压器，经过移相输入变压器降压后为变频器的功率单元供电。功率单元经过整流、滤波及逆变后输出单相交流电压，通过改变接触器组合的开关状态改变每个基础变流链的串、并联方式，实现不同电压等级额定容量的输出。本发明专利技术实现了多种电压等级的额定容量输出，每个变流链连接均流电抗器，并联均流效果好，避免了变流链并联时产生的环流现象，降低了设备和生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种变频电源及其控制方法，特别是涉及一种可实现多种电压等级额定容量输出的变频电源装置及其控制方法。
技术介绍
随着变频调速技术的发展，作为大容量传动的高压变频调速技术得到了广泛的运用。在种类繁多的高压变频器拓扑结构中，级联型高压变频器拓扑结构采用若干个低压变频功率单元串联的方式实现直接高压输出，采用此拓扑结构的高压变频器具有对电网谐波污染小，具有输入功率因数高、输出的波形好等优点，是目前应用最广泛的变频电源形式之O在很多场合，需要高压变频器驱动多种电压等级的电机，而大多数级联型高压变频器一般只具备单一额定电压的输出能力，因此只能采用多台相应电压等级和容量的高压变频器来实现，增加了设备的投资及设备的占地面积。目前在多电压等级满容量输出的变频器研究方面主要有以下两篇文献与本专利技术有关文献一为荣信电力电子股份有限公司于2009年05月27日申请，并于2010年02月10日公开，公开号为CN101645646A的中国专利技术专利申请《一种可变电压等级恒功率输出的变流器实现方法》。该专利通过多个相同变频功率单元的串联和并联相结合的多种变换形式，通过对开关的分合闸控制，实现A、B、C三相每相多个变频功率单元组成的变流链的串联和并联，同时通过对各个变频功率单元输出的输出的电流、电压幅值、频率等一致性进行控制，从而实现输出电压降低时输出电流增加，达到恒功率输出多个所需的电压等级。即在一个变流器上实现可以变化的多电压等级恒功率输出。文献二为荣信电力电子股份有限公司于2009年05月27日申请，并于2010年02月24日公告，公告号为CN201414072A的中国技术专利《一种可变电压等级恒功率输出的变流器》。该专利涉及一种恒功率输出多种电压等级的变流器，通过多个相同变频功率单元的串联和并联相结合的多种变换形式，通过对开关的分合闸控制，实现A、B、C三相每相多个变频功率单元组成的变流链的串联和并联，同时通过对各个变频功率单元输出的电流、电压幅值、频率等一致性进行控制，从而实现输出电压降低时输出电流增加，达到恒功率输出多个所需的电压等级。即在一个变流器上实现可以变化的多电压等级恒功率输出。这些文献通过多个相同变频功率单元的串联和并联相结合的变换形式和对各个变频功率单元输出的电流、电压峰值、频率的一致性控制，实现恒功率输出多种电压等级。上述文献中所涉及的装置，虽然通过多个变频功率单元串并联而成的变流链实现了多种电压等级额定容量的输出，但由于变频器功率模块参数的固有差异，基于此电路拓扑形式，很难通过控制实现不同支路之间的输出电压相同，其并联均流效果完全由系统本身一致性特性决定，容易造成不同并联支路之间产生环流，降低系统输出容量，增加了系统的故障率。同时，该电路拓扑结构随着额定电压等级的降低，其每个变流链的串联变频功率单元数不断减少，导致变频器输出电平的不断减少，使得变频器输出的波形正弦度变差，满足不了国家标准的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，通过接触器的不同开关状态，改变多个基础变流链的串并联组合，实现了多种电压等级的额定容量输出。同时，减少了设备投资及设备占地面积，节约了生产成本。为了实现上述专利技术目的，本专利技术具体提供了一种多电压等级输出变频电源的技术实现方案，一种多电压等级输出变频电源，包括移相变压器、变频器、高压充电电路和接触器组合。高压充电电路与移相变压器相连，变频器与移相变压器相连，接触器组合与变频器相连。变频器的每相进一步包括个基础变流链，η 5:1，基础变流链包括功率单元和电抗器。三相电压经过高压充电电路进入 移相输入变压器，经过移相输入变压器降压后为变频器的功率单元供电，功率单元经过整流、滤波及逆变后输出单相交流电压至接触器组合，通过改变接触器组合的开关状态改变每个基础变流链的串、并联方式，实现了不同电压等级额定容量的输出。作为本专利技术一种多电压等级输出变频电源技术方案的进一步改进，变频器每相基础变流链的串联数目由单个基础变流链的额定输出电压和多电压等级输出变频电源的最高输出电压等级决定，变频器的每相包括4个基础变流链。作为本专利技术一种多电压等级输出变频电源技术方案的进一步改进，高压充电电路包括三相的充电电阻和三相的旁路高压接触器，每相充电电阻均并联在该相旁路高压接触器的两端。作为本专利技术一种多电压等级输出变频电源技术方案的进一步改进，移相变压器的一次绕组采用星型接法，移相变压器的每个二次绕组均采用延边三角型接法。作为本专利技术一种多电压等级输出变频电源技术方案的进一步改进，功率单元的数量由单个功率单元的额定输出电压和多电压等级输出变频电源的最低输出电压等级决定。作为本专利技术一种多电压等级输出变频电源技术方案的进一步改进，基础变流链包括三个功率单元和一个电抗器，功率单元和电抗器相互串联。功率单元采用单象限变流器或两象限变流器或四象限变流器，电抗器为均流电抗器。作为本专利技术一种多电压等级输出变频电源技术方案的进一步改进，变频器包括第一基础变流链组合、第二基础变流链组合、第三基础变流链组合和第四基础变流链组合，每个基础变流链组合对应一路三相输出端。接触器组合包括第一接触器、第二接触器、第三接触器、第四接触器、第五接触器、第六接触器、第七接触器和第八接触器。第一接触器、第三接触器和第四接触器分别连接在第一基础变流链组合、第二基础变流链组合和第三基础变流链组合的三相输出端。第二接触器连接在第一基础变流链组合和第二基础变流链组合之间。第五接触器连接在第三基础变流链组合和第四基础变流链组合之间。第六接触器连接在第一基础变流链组合和第二基础变流链组合的三相输出端之间。第七接触器连接在第二基础变流链组合和第三基础变流链组合的三相输出端之间。第八接触器连接在第三基础变流链组合和第四基础变流链组合的三相输出端之间。作为本专利技术一种多电压等级输出变频电源技术方案的进一步改进，当多电压等级输出变频电源实现13. 8KV电压等级的三相额定输出时，第一接触器和第七接触器合闸，第二接触器、第三接触器、第四接触器、第五接触器、第六接触器和第八接触器分闸，形成一台13. 8KV级联型变频电源。一台13. 8KV级联型变频电源的三相额定输出为星型连接方式，每相均由12个功率单元和4个电抗器串联组成。作为上述技术方案的进一步改进，当多电压等级输出变频电源实现13. 8KV电压等级的三相额定输出时，一台13. 8KV级联型变频电源每相的12个功率单元三角载波的移相相位角依次相差15°。功率单元的三角载波移相相位角度依次为0°、15°、30°、45' 6IP、75°、90°、105°、I20P、135°、150P和:165° ,同一相的4个基础变流链采用相同的正弦调制波信号。作为本专利技术另一种多电压等级输出变频电源技术方案的进一步改进，当多电压等级输出变频电源实现6. 9KV电压等级的三相额定输出时，第一接触器和第七接 触器合闸，第二接触器、第三接触器、第四接触器、第五接触器、第六接触器和第八接触器分闸，形成两台6. 9KV级联型变频电源。两台6. 9KV级联型变频电源的三相额定输出均为星型连接方式，每相均由6个功率单元和2个电抗器串联组成。作为上述技术方案的进一步改进，当多电压等级输出变频电源实现6. 9KV电压等级的三相额定输出时，一台6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多电压等级输出变频电源，其特征在于，包括：移相变压器（1）、变频器（2）、高压充电电路（3）和接触器组合，所述高压充电电路（3）与移相变压器（1）相连，所述变频器（2）与移相变压器（1）相连，所述接触器组合与变频器（2）相连；所述变频器（2）的每相进一步包括???????????????????????????????????????????????个基础变流链（4），，所述基础变流链（4）包括功率单元和电抗器；三相电压经过高压充电电路（3）进入移相输入变压器（1），经过移相输入变压器（1）降压后为变频器（2）的功率单元供电，功率单元经过整流、滤波及逆变后输出单相交流电压，通过改变接触器组合的开关状态改变每个基础变流链（4）的串、并联方式，实现不同电压等级额定容量的输出。2012104095177100001dest_path_image002.jpg,2012104095177100001dest_path_image004.jpg

【技术特征摘要】
1.一种多电压等级输出变频电源，其特征在于，包括移相变压器(I)、变频器(2)、高压充电电路(3 )和接触器组合，所述高压充电电路(3 )与移相变压器(I)相连，所述变频器(2)与移相变压器(I)相连，所述接触器组合与变频器(2)相连；所述变频器(2)的每相进一步包括2*个基础变流链(4)，n SI,所述基础变流链(4)包括功率单元和电抗器；三相电压经过高压充电电路(3 )进入移相输入变压器(I)，经过移相输入变压器(I)降压后为变频器(2)的功率单元供电，功率单元经过整流、滤波及逆变后输出单相交流电压，通过改变接触器组合的开关状态改变每个基础变流链(4)的串、并联方式，实现不同电压等级额定容量的输出。2.根据权利要求1所述的一种多电压等级输出变频电源，其特征在于所述高压充电电路(3)包括三相的充电电阻(R)和三相的旁路高压接触器(1KM1)，每相充电电阻(R)均并联在该相旁路高压接触器(IKMl)的两端。3.根据权利要求1或2所述的一种多电压等级输出变频电源，其特征在于所述变频器(2)每相基础变流链(4)的串联数目由单个基础变流链(4)的额定输出电压和多电压等级输出变频电源的最高输出电压等级决定，所述变频器(2)的每相包括4个基础变流链(4)。4.根据权利要求3所述的一种多电压等级输出变频电源，其特征在于所述移相变压器(I)的一次绕组采用星型接法，所述移相变压器(I)的每个二次绕组均采用延边三角型接法。5.根据权利要求1、2、4中任一权利要求所述的一种多电压等级输出变频电源，其特征在于所述功率单元的数量由单个功率单元的额定输出电压和多电压等级输出变频电源的最低输出电压等级决定。6.根据权利要求5所述的一种多电压等级输出变频电源，其特征在于所述基础变流链(4)包括三个功率单元和一个电抗器，所述功率单元和电抗器相互串联；所述功率单元采用单象限变流器或两象限变流器或四象限变流器；所述电抗器为均流电抗器。7.根据权利要求3所述的一种多电压等级输出变频电源，其特征在于所述变频器(2) 包括第一基础变流链组合(41)、第二基础变流链组合(42)、第三基础变流链组合(43)和第四基础变流链组合(44)，每个基础变流链组合对应一路三相输出端；所述接触器组合包括第一接触器(2KM1)、第二接触器(2KM2)、第三接触器(2KM3)、第四接触器(2KM4)、第五接触器(2KM5)、第六接触器(3KM1)、第七接触器(3KM2)和第八接触器(3KM3);所述第一接触器 (2枷1)、第三接触器(2枷3)和第四接触器(2KM4)分别连接在第一基础变流链组合(41 )、 第二基础变流链组合(42)和第三基础变流链组合(43)的三相输出端；所述第二接触器 (2KM2)连接在第一基础变流链组合(41)和第二基础变流链组合(42)之间；所述第五接触器(2KM5)连接在第三基础变流链组合(43)和第四基础变流链组合(44)之间；所述第六接触器(3KM1)连接在第一基础变流链组合(41)和第二基础变流链组合(42)的三相输出端之间；所述第七接触器(3KM2)连接在第二基础变流链组合(42)和第三基础变流链组合(43) 的三相输出端之间；所述第八接触器(3KM3)连接在第三基础变流链组合(43)和第四基础变流链组合(44)的三相输出端之间。8.根据权利要求7所述的一种多电压等级输出变频电源，其特征在于当多电压等级输出变频电源实现13. 8KV电压等级的三相额定输出时，第一接触器(2KM1)和第七接触器(3KM2)合闸，第二接触器(2KM2)、第三接触器(2KM3)、第四接触器(2KM4)、第五接触器 (2KM5 )、第六接触器(3KM1)和第八接触器(3KM3 )分闸，形成一台13. 8KV级联型变频电源， 一台13. 8KV级联型变频电源的三相额定输出为星型连接方式，每相均由12个功率单元和 4个电抗器串联组成。9.根据权利要求7所述的一种多电压等级输出变频电源，其特征在于当多电压等级输出变频电源实现6. 9KV电压等级的三相额定输出时，第一接触器(2KM1)和第七接触器(3KM2)合闸，第二接触器(2KM2)、第三接触器(2KM3)、第四接触器(2KM4)、第五接触器 (2枷5)、第六接触器(3枷1)和第八接触器(3KM3)分闸，形成两台6. 9KV级联型变频电源， 两台6. 9KV级联型变频电源的三相额定输出均为星型连接方式，每相均由6个功率单元和 2个电抗器串联组成。10.根据权利要求7所述的一种多电压等级输出变频电源，其特征在于当多电压等级输出变频电源实现3. 45KV电压等级的三相额定输出时，第二接触器(2KM2)和第五接触器(2KM5)合闸，第一接触器(2KM1)、第三接触器(2KM3)、第四接触器(2KM4)、第六接触器 (3KM1)、第七接触器(3KM2)和第八接触器(3KM3)分闸，形成四台3. 45KV级联型变频电源， 四台3. 45KV级联型变频电源的三相额定输出均为星型连接方式，每相均由3个功率单元和 I个电抗器串联组成。11.根据权利要求8所述的一种多电压等级输出变频电源，其特征在于当多电压等级输出变频电源实现13. 8KV电压等级的三相额定输出时一台13. 8KV级联型变频电源每相的12个功率单元三角载波的移相相位角依次相差15°功率单元的三角载波移相相位角度依次为 0°、15°、30°、45°、60°、75。、90。、105°、120P、135°、15IP 和.65°，同一相的 4 个基础变流链(4)采用相同的正弦调制波信号。12.根据权利要求9所述的一种多电压等级输出变频电源，其特征在于当多电压等级输出变频电源实现6. 9KV电压等级的三相额定输出时，一台6. 9KV级联型变频电源每相的 6个功率单元三角载波的移相相位角依次相差30°，一台级联型变频电源的功率单元的三角载波移相相位角度依次为0°、30°、60°、90°、1.2CP、150P , 4 —台级联型变频电源的功率单元的三角载波移相相位角度依次为150P、、90°、60°、30°、0° ,第一基础变流链组合(41)和第二基础变流链组合(42)采用相同的正弦调制波信号，第三基础变流链组合 (43 )和第四基础变流链组合(44 )采用相同但极性与第一基础变流链组合(41)和第二基础变流链组合(42)相反的正弦调制波信号。13.根据权利要求10所述的一种多电压等级输出变频电源，其特征在于当多电压等级输出变频电源实现3. 45KV电压等级的三相额定输出时，一台3. 45KV级联型变频电源每相的3个功率单元三角载波的移相相位角依次相差《 %第一台级联型变频电源的功率单元的三角载波移相相位角度依次为0°、60°、12ΙΡ,第二台级联型变频电源的功率单元的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄欢，彭力，罗仁俊，范伟，邓霆，钟强，彭勃，陈志新，欧海平，王博，南永辉，
申请(专利权)人：株洲变流技术国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：