专利名称：基于具有多个分支绕组的交流电动机的高压变频系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种高压变频系统，是一种特殊的高压变低压类型的高压变频系统。
背景技术：
现高压变频器有两种，交---交变频器和交---直---交变频器。交---直---交变频又分电流源型和电压源型。交---直---交电流源型变频器分串联二极管式、输出滤波器换相式、负载换相式、GTO-PWM式。交---直---交电压源型变频器分多电平式、单元串联多重化式、直接串联式。这些形式的变频器各有其优缺点。
比起高压变频器，低压变频器简单、技术成熟很多。
在交流电机领域，高压、低压是可以互相转换的，把一个高压电动机的绕组按匝数等分成N个分绕组，按原来的首尾、原来的连接方式把这N个分绕组并联起来，通上原来电压的1/N，则这个新的低压电动机在性能上与原来的高压电动机是一样的。反过来，也是一样的，条件是耐压要够。例如，把一个10KV的高压交流电动机的绕组按匝数等分成10个绕组，并把这10个分绕组的端子都引出来，按原来的首尾、原来的连接方式并联起来，通上1KV的电压，则这个1KV电压的电动机在性能上与原来高压电动机是完全一样的。
电力系统中，电压升得这么高，主要是为了减少传输过程中的损耗。而对一个就在变压器旁的大容量电动机，因电缆线路很近，选用高压电动机和低压电动机是一样，线路损耗、铜材消耗不会有很大差别。
实用新型的内容本实用新型的目的就是利用在交流电机领域高压、低压互相转换的原理，把高压变频器、高压电动机简化为成熟的低压问题处理。
为实现上述目的，本实用新型采用下述方案本实用新型包括主电路、控制电路，主电路包括高压交流电源、高压变压器(有的系统可无)、整流电路、过电流保护电路、电容滤波器、逆变器和交流电动机。其他与一般的高压变频器主要原理是一样的，主要不同点在于本实用新型的交流电动机为具有多个分支绕组的交流电动机，是本人的实用新型专利“具有多种控制方式的电机”在交流电动机的应用，一台这种具有多个分支绕组的交流电动机可以和多个逆变器连接，一个逆变器的输出连接一个分支绕组，一个逆变器并一个滤波电容，并有滤波电容的逆变器与直流电源的连接可分多种情况一、多个逆变器按正、负极相间依次串联连接一个直流电源。二、多个逆变器的输入并联起来连到一个共同的直流电源。三、多个逆变器各自连接不同的直流电源。四、多个逆变器分成几组连接几种直流电源。具有多个分支绕组的交流电动机同个分支绕组的绕线具有相同的截面积、匝数和缠绕方向，不同的分支绕组之间，其绕线的截面积、匝数和缠绕方向不相同或相同，这需要多种逆变器与这些分支绕组相适配，多种逆变器与多个直流电源又有多种不同的连接方式，加上整流器与变压器连接方式的多样化和交流电源的不同，形成了很多种基于具有多个分支绕组的交流电动机的高压变频系统。
全部逆变器桥臂的开关可同时按同一个调制方式进行，也可为达到整体效果最佳每个逆变器桥臂的开关按各自的调制方式进行，可采用多重化和多电平移相式PWM技术。
根据需要可实现四象限运行以便能量回馈，也可实现直流放电制动，达到快速制动目的。
交流电动机分支绕组达到十左右时，系统已有很高的可靠性，因为任一组单元出故障，不会对系统有大的影响。为进一部提高系统的可靠性，系统可易于采用模块化和冗余化设计，每个模块的输出电源的频率、相位、电压、电流的自动调整基于总交流电源的频率、相位、电压、电流进行，以无“公共故障点”的方法实现每个模块输出电源同步并均分负载电流及将出故障的模块快速退出的调控功能。
对一些满负荷、轻负荷交替运行的设备，为节约满负荷时变频器自身的损耗和降低变频设备的投资，可选择接触器和变频器同时拖动具有多个分支绕组的交流电动机，一些分支绕组由接触器供电，一些分支绕组由变频器供电，满负荷时，接触器和变频器共同以市电频率供电，轻负荷时，仅由变频器单独降频供电。变频器自动追踪市电同频率、同相位和与接触器按比例分配负荷电流。
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。
图一 本实用新型所述多个小容量高压变压器方案示意图。
图二 本实用新型所述单个大容量高压变压器方案示意图。
图三 本实用新型所述无高压变压器方案示意图。
具体实施方式
以下仅就相同截面积、匝数、缠绕方向的多分支绕组且经过简单的连接高压、低压易于转换的交流电动机举几个例子。对新制造的大容量交流电动机，把原来每相高压绕组按同样的匝数等分成多个分支绕组，每个分支绕组的两端都引出交流电动机外，经过简单的连接，这个交流电动机可以选择在高压状态下或低压状态下运行，当然，为了省钱也可只考虑在低压状态下运行。对旧的大容量交流电动机可在现场拆分绕组改成多分支绕组的交流电动机。
有三个例子一、包括数个有移相输出绕组的高压变低压的小容量变压器(BY1、BY2---BYN)、数个变频器(B1、B2---BN)和一个具有数个分支绕组(R1、R2---RN)的大容量电动机，其中，变压器、变频器、分支绕组的数量是相同的，变压器、变频器、分支绕组各一个构成一组。变压器移相绕组的角度(Y1、Y2---YN)没有特殊要求，只要能均匀移相，达到输入功率因素高、谐波含量少就行。如图一示，称多个小容量高压变压器方案。这个方案非常适合模块化和冗余化设计，能大大提高系统可靠性。这个方案若高压交流电源为高频电源，则变压器体积可大大缩小，变压器可装入变频器中。二、包括一个具有两个移相输出绕组的高压变低压的大容量变压器、两个整流器、数个滤波电容(D1、D2---DN)、数个逆变器(NB1、NB2---NBN)、一个具有数个分支绕组(R1、R2---RN)的大容量交流电动机，其中，滤波电容的数量与逆变器的数量与分支绕组数量相同，一个滤波电容并一个逆变器，一个逆变器连接一个分支绕组。若进一步提高输入功率因素和降低谐波含量，可增加变压器的移相输出绕组数量和整流器数量，并且变压器的输出绕组的移相角度也要改变。如图二示，称单个大容量高压变压器方案。这个方案，也可按例子一更改，改成包括一个具有数个移相输出绕组的高压变低压的大容量变压器、数个变频器和一个具有数个分支绕组的大容量电动机。其中，变频器、分支绕组数量相同，一个变频器输出连接一个分支绕组。三、包括一个具有两个移相输出绕组的超高压变高压的大容量变压器、两个整流器、多个滤波电容(D1、D2---DN)、多个按正、负极相间依次串联连接的逆变器(NB1、NB2---NBN)、一个具有数个分支绕组(R1、R2---RN)的大容量交流电动机，其中，滤波电容的数量与逆变器的数量与分支绕组的数量相同，一个滤波电容并一个逆变器，一个逆变器连接一个分支绕组。如图三示，称无高压变压器方案。
本实用新型具有的优点1、在距电动机就近的地方，把原来的高压变频器和高压电动机改成低压的变频器和低压的电动机，价格大大降低和系统变得简单、成熟。
2、有利于模块化和冗余设计，给制造、装配、运行带来方便，可靠性高。
3、有利于实现四象限运行和能量回馈，有利于采用直流放电制动装置，实现快速制动。
4、输入谐波含量小和输入功率因素高，输出波形好，输出谐
5、波含量小，无需功率因素补偿和谐波抑制器。和加上有多个逆变器可用较低的频率运行，系统效率高。输出du/dt很低。
权利要求1.一种高压变频系统，包括主电路、控制电路，主电路包括高压交流电源、高压变压器(有的系统可无)、整流电路、过电流保护电路、电容滤波器、逆变器和交流电动机，其特征是所述的基于具有多个分支绕组的交流电动机的高压变频系统的交流电动机为具有多个分支绕组的交流电动机，是本人的实用新型专利“具有多种控制方式的电机”在交流电动机的应用，一台这种具有多个分支绕组的交流电动机可以和多个逆变器连接，一个逆变器的输出连接一个分支绕组，一个逆变器并一个滤波电容，并有滤波电容的逆变器与直流电源的连接可分多种情况一、多个逆变器按正、负极相间依次串联连接一个直流电源；二、多个逆变器的输入并联起来连到一个共同的直流电源；三、多个逆变器各自连接不同的直流电源；四、多个逆变器分成几组连接几种直流电源；具有多个分支绕组的交流电动机同个分支绕组的绕线具有相同的截面积、匝数和缠绕方向，不同的分支绕组之间，其绕线的截面积、匝数和缠绕方向不相同或相同，这需要多种逆变器与这些分支绕组相适配，多种逆变器与多个直流电源又有多种不同的连接方式，加上直流电源整流器与变压器连接方式的多样化和交流电源的不同，形成了很多种基于具有多个分支绕组的交流电动机的高压变频系统。
2.如权利要求1所述的基于具有多个分支绕组的交流电动机的高压变频系统，其特征是全部逆变器桥臂的开关可同时按同一个调制方式进行，也可为达到整体效果最佳每个逆变器桥臂的开关按各自的调制方式进行，可采用多重化和多电平移相式PWM技术。
3.如权利要求1所述的基于具有多个分支绕组的交流电动机的高压变频系统，其特征是根据需要可实现四象限运行以便能量回馈，也可实现直流放电制动，达到快速制动目的。
4.如权利要求1所述的基于具有多个分支绕组的交流电动机的高压变频系统，其特征是系统可易于采用模块化和冗余化设计，每个模块的输出电源的频率、相位、电压、电流的自动调整基于总交流电源的频率、相位、电压、电流进行，以无“公共故障点”的方法实现每个模块输出电源同步并均分负载电流及将出故障的模块快速退出的调控功能。
5.如权利要求1所述的基于具有多个分支绕组的交流电动机的高压变频系统，其特征是对一些满负荷、轻负荷交替运行的设备，可选择接触器和变频器同时拖动具有多个分支绕组的交流电动机，一些分支绕组由接触器供电，一些分支绕组由变频器供电，满负荷时，接触器和变频器共同以市电频率供电，轻负荷时，仅由变频器单独降频供电。
6.如权利要求5所述的基于具有多个分支绕组的交流电动机的高压变频系统，其特征是变频器自动追踪市电同频率、同相位和与接触器按比例分配负荷电流。
7.如权利要求1所述的基于具有多个分支绕组的交流电动机的高压变频系统，其特征是包括数个高压变低压的小容量变压器(BY1、BY2---BYN)、数个变频器(B1、B2---BN)和一个具有数个分支绕组(R1、R2---RN)的大容量交流电动机，其中，变压器、变频器、分支绕组的数量是相同的，变压器、变频器、分支绕组各一个构成一组，称多个小容量高压变压器方案。
8.如权利要求7所述的基于具有多个分支绕组的交流电动机的高压变频系统，其特征是变压器移相绕组的角度(Y1、Y2---YN)，能均匀移相，达到输入功率因素高、谐波含量少。
9.如权利要求7所述的基于具有多个分支绕组的交流电动机的高压变频系统，其特征是若高压交流电源为高频电源，则变压器体积可大大缩小，变压器可装入变频器中。
10.如权利要求1所述的基于具有多个分支绕组的交流电动机的高压变频系统，其特征是包括一个具有两个移相输出绕组的高压变低压的大容量变压器、两个整流器、数个滤波电容(D1、D2---DN)、数个逆变器(NB1、NB2---NBN)、一个具有数个分支绕组(R1、R2---RN)的大容量交流电动机，其中，滤波电容的数量与逆变器的数量与分支绕组数量相同，一个滤波电容并一个逆变器，一个逆变器连接一个分支绕组，称单个大容量高压变压器方案。
11.如权利要求10所述的基于具有多个分支绕组的交流电动机的高压变频系统，其特征是若进一步提高输入功率因素和降低谐波含量，可增加变压器的移相输出绕组数量和整流器数量，并且变压器的输出绕组的移相角度也要改变。
12.如权利要求1所述的基于具有多个分支绕组的交流电动机的高压变频系统，其特征是包括一个具有数个移相输出绕组的高压变低压的大容量变压器、数个变频(B1、B2---BN)和一个具有数个分支绕组(R1、R2---RN)的大容量交流电动机，其中，变频器、分支绕组数量相同，一个变频器连结一个分支绕组。
13.如权利要求1所述的基于具有多个分支绕组的交流电动机的高压变频系统，其特征是包括一个具有两个移相输出绕组的超高压变高压的大容量变压器、两个整流器、多个滤波电容(D1、D2---DN)、多个按正、负极相间依次串联连接的逆变(NB1、NB2---NBN)、一个具有数个分支绕组(R1、R2---RN)的大容量交流电动机，其中，滤波电容的数量与逆变器的数量与分支绕组的数量相同，一个逆变器并一个滤波电容，一个逆变器连接一个分支绕组，称无高压变压器方案。
14.如权利要求13所述的基于具有多个分支绕组的交流电动机的高压变频系统，其特征是若进一步提高输入功率因素和降低谐波含量，可增加变压器的移相输出绕组数量和整流器数量，并且变压器的输出绕组的移相角度也要改变。
专利摘要一种高压变频系统，是一种特殊的高压变低压类型的高压变频系统。主要包括一台具有多个分支绕组的交流电动机和多个逆变器，一个逆变器的输出连接一个分支绕组，一个逆变器并一个滤波电容，并有滤波电容的逆变器与直流电源的连接可分多种情况一、多个逆变器按正、负极相间依次串联连接一个直流电源。二、多个逆变器的输入并联起来连到一个共同的直流电源。三、多个逆变器各自连接不同的直流电源。四、多个逆变器分成几组连接几种直流电源。加上整流器与变压器连接方式的多样化和交流电源的不同，形成了很多种基于具有多个分支绕组的交流电动机的高压变频系统。可以把高压变频器、高压电动机简化为成熟的低压问题处理。
文档编号H02M5/02GK2684460SQ20042001521
公开日2005年3月9日 申请日期2004年2月1日 优先权日2004年2月1日
发明者丁振荣 申请人:丁振荣