专利名称：一种高压变频器拓扑电路和基础变流链电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及高压变频调速技术领域，特别是涉及一种高压变频器拓扑电路和基础变流链电路。
背景技术：
随着变频调速技术的发展，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，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形式之一。在很多实际应用场合，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。现有技术中，专利《一种可变电压等级恒功率输出的变流器实现方法》涉及一种变频拓扑电路，该变频拓扑电路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，实现多种电压等级的输出。但是本领域技术人员在使用上述变频拓扑电路实现多种电压等级输出时，发现有如下缺点上述变频拓扑电路，通过多个相同的变频功率单元串联和并联而形成变流链，实现了多种电压等级额定容量的输出。但是，由于变频器功率单元个体自身的参数存在固有差异，由多个相同的变频功率单元串联和并联形成的电路拓扑结构，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拓扑电路本身的一致性决定，容易造成不同并联支路之间产生环流，降低拓扑电路的输出容量，增加了拓扑电路的故障率；其次，该拓扑电路，随着额定电压等级的降低，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降低，使得变频器输出的波形正弦度变差，满足不了国标要求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高压变频器拓扑电路和基础变流链电路，以基础变流链为串、并联最小单元，基础变流链中串联的电抗器，并联均流效果好。一种高压变频拓扑电路，所述电路包括M个基础变流链和N个开关；每个基础变流链的一端与一个开关相连，另一端与另外一个开关相连和/或作为输出端；所述基础变流链包括，S个功率单元和一个电抗器串联，每个功率单元有单独的供电电源输入端；所述开关，用于控制M个基础变流链的串链和/或并联方式；
其中，M的大小由电路的最高输出电压决定；N的大小和每个开关的开闸或合闸由电路的多种输出电压大小决定；S的大小由功率单元额定输出电压和电路最低输出电压决定。优选的，所述开关为三相真空接触器。优选的， 三相拓扑电路包括12个基础变流链，8个真空接触器，每个基础变流链为3个功率单元和一个电抗器串联； 第一基础变流链的一端与第一真空接触器第一相相连，并作为第一输出端，另一端与第二真空接触器第一相相连；第二基础变流链的一端与第一真空接触器第二相相连，并作为第二输出端，另一端与第二真空接触器第二相相连；第三基础变流链的一端与第一真空接触器第三相相连，并作为第三输出端，另一端与第二真空接触器第三相相连；第四基础变流链的两端分别与第二真空接触器的第一相和第三真空接触器的第一相相连；第五基础变流链的两端分别与第二真空接触器的第二相和第三真空接触器的第二相相连；第六基础变流链的两端分别与第二真空接触器的第三相和第三真空接触器的第三相相连；第七基础变流链的两端分别与第四真空接触器的第一相和第五真空接触器的第一相相连；第八基础变流链的两端分别与第四真空接触器的第二相和第五真空接触器的第二相相连；第九基础变流链的两端分别与第四真空接触器的第三相和第五真空接触器的第三相相连；第十基础变流链的一端与第五真空接触器的第一相相连，另一端作为第四输出端;第十一基础变流链的一端与第五真空接触器的第二相相连，另一端作为第五输出端;第十二基础变流链的一端与第五真空接触器的第三相相连，另一端作为第六输出端;第一真空接触器、第二真空接触器、第三真空接触器、第四真空接触器和第五真空接触器未与基础变流链相连的一端的三相以导线连接；第六真空接触器一端的三相分别与第一输出端、第二输出端和第三输出端对应相连，另一端的三相分别与第三真空接触器与基础变流链相连的一端的三相对应相连；第七真空接触器一端的三相分别与第三真空接触器与基础变流链相连的一端的三相对应相连，另一端的三相分别与第四真空接触器与基础变流链相连的一端的三相对应相连；第八真空接触器一端的三相分别与第四真空接触器三相分别对应相连，另一端的三相分别与第四输出端、第五输出端和第六输出端对应相连。优选的，所述第一真空接触器和第七真空接触器合闸，第二真空接触器、第三真空接触器、第四真空接触器、第五真空接触器、第六真空接触器和第八真空接触器开闸。优选的， 所述第三真空接触器和第四真空接触器合闸，第一真空接触器、第二真空接触器、第五真空接触器、第六真空接触器、第七真空接触器和第八真空接触器开闸。优选的，所述第二真空接触器和第五真空接触器合闸，第一真空接触器、第三真空接触器、第四真空接触器、第六真空接触器、第七真空接触器和第八真空接触器开闸；所述第三真空接触器和第四真空接触器与基础变流链相连的一端的三相作为输出端口。优选的，所述功率单元为H桥功率单元。优选的，所述开关为三个单相真空接触器组成。一种基础变流链电路，所述电路包括S个功率单元和一个电抗器串联，每个功率单元有单独的电流输入端；其中，S的大小由功率单元额定输出电压和电路最低输出电压决定。优选的，所述功率单元为H桥功率单元。由上述内容可知，本发明有如下有益效果本发明所提供的高压变频器拓扑电路，包括M个基础变流链和N个开关；每个基础变流链的一端与一个开关相连，另一端与另外一个开关相连和/或作为输出端；所述基础变流链包括，S个功率单元和一个电抗器串联，每个功率单元有单独的供电电源输入端；所述开关，用于控制M个基础变流链的串链和/或并联方式，拓扑电路以基础变流链为串、并联最小单元，基础变流链中串联的电抗器，并联均流效果好，避免了现有技术中并联时产生的环流现象，保证了电路多个电压等级的额定电压输出；其次，电抗器串联在电路中起滤波的作用，保证了变频器的输出电压波形的品质。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为本发明功率单元的第一种具体电路结构示意图2为本发明功率单元的第一种具体电路结构示意图；图3为本发明一种闻压变频拓扑电路实施例_■结构不意图；图4为本发明拓扑电路13. 8KV额定电压输出等效电路图；图5为本发明拓扑电路6. 9KV额定电压输出等效电路图；图6为本发明拓扑电路3. 45KV额定电压输出等效电路图。
具体实施例方式本发明提供了一种高压变频器拓扑电路和基础变流链电路，通过高压真空接触器的开合，控制多个基础变流链的串、并联方式，实现多种电压的额定输出。 本发明所提供的一种高压变频拓扑电路，M个基础变流链和N个开关；每个基础变流链的一端与一个开关相连，另一端与另外一个开关相连和/或作为输出端；所述基础变流链包括，S个功率单元和一个电抗器串联，每个功率单元有单独的供电电源端；所述开关，用于控制M个基础变流链的串链和/或并联方式；其中，M的大小由电路的最高输出电压决定；N的大小和每个开关的开闸或合闸由电路的多种输出电压大小决定；S的大小由功率单元额定输出电压和电路最低输出电压决定。本发明所提供的一种基础变流链电路，S个功率单元和一个电抗器串联，每个功率单元有单独的电流输入端；其中，S的大小由功率单元额定输出电压和电路最低输出电压决定。下面结合附图对具体实施例进行详细说明。实施例一一种高压变频拓扑电路包括M个基础变流链和N个开关。基础变流链的个数M的大小可以根据电路的最高输出电压决定。若为三相电路，最高输出线电压为U,每个基础变流链的额定输出电压为U。，则基础变流链的个数M为M = 3-( I )开关的个数N的大小，每个开关的开闸或合闸的状态，由电路所需输出的多种额定电压的大小决定。每个基础变流链的一端与一个开关相连，另一端与另外一个开关相连和/或作为输出端。所述基础变流链包括，S个功率单元和一个电抗器串联，每个功率单元有单独的电流输入端。S的大小由功率单元额定输出电压和电路最低输出电压决定。每个基础变流链，对电抗器的串联位置不进行限定，可以先将S个功率单元串联后，在两端串联一个电抗器；也可以将电抗器串联在任意两个功率单元之间。每个功率单元有一个输入端口和两个输出端口，一个输入端口与外部输入电路相连，用于输入供电电流；两个输出端口用于与其他的功率单元和电抗器串联。每个基础变流链与电抗器串联的功率单元的个数S，S的具体的大小，由功率单元额定输出电压和电路的最低输出电压决定。优选的，本发明中，基础变流链中串联的功率单元为H桥功率单元，图I所示的是H桥功率单元的第一种具体电路结构。和图2所示的是H桥功率单元的第二种具体电路结构。采用图I所示的本发明功率单元的第一种具体电路结构示意图，变频电路可以实现两象限或单象限运行功能，左边为供电电压输入端口，右边为两个输出端口。采用图2所示的本发明功率单元的第二种具体电路结构示意图，变频电路可实现四象限运行功能，左边为供电电压输入端口，右边为两个输出端口。所述开关，用于控制M个基础变流链的串链和/或并联方式。开关的开闸或合闸，控制电路中的每个基础变流链之间的连接方式。开关的种类有很多种，这里不进行限定，优选的，本发明实施例二中使用的是三相真空接触开关，还可以是三个单相真空接触开关星形连接，还可以使用刀闸接触型开关等。·
由上述内容可知，本发明有如下有益效果本发明所提供的高压变频器拓扑电路，包括M个基础变流链和N个开关；每个基础变流链的一端与一个开关相连，另一端与另外一个开关相连和/或作为输出端；所述基础变流链包括，S个功率单元和一个电抗器串联，每个功率单元有单独的供电电源输入端；所述开关，用于控制M个基础变流链的串链和/或并联方式，拓扑电路以基础变流链为串、并联最小单元，基础变流链中串联的电抗器，并联均流效果好，避免了现有技术中并联时产生的环流现象，保证了电路多个电压等级的额定电压输出；其次，电抗器串联在电路中起滤波的作用，保证了变频器的输出电压波形的品质。实施例二图3所示的是本发明一种高压变频拓扑电路实施例二结构示意图，本实施例中，三相拓扑电路具体包括12个基础变流链，8个真空接触器，每个基础变流链为3个功率单元和一个电抗器串联。拓扑电路第一相由第一基础变流链、第四基础变流链、第七基础变流链和第十基础变流链组成。拓扑电路第二相由第二基础变流链、第五基础变流链、第八基础变流链和第i^一基础变流链组成。拓扑电路第一相由第三基础变流链、第六基础变流链、第九基础变流链和第十二基础变流链组成。第一基础变流链的一端与第一真空接触器401第一相相连，并作为第一输出端501，另一端与第二真空接触器402第一相相连。功率单元101、102和103串联后与电抗器I串联作为第一基础变流链。其中，电抗器I串联的位置不进行限定，除了图3所示的串联方式外，还可以串联在功率单元101和功率单元102之间，或功率单元102和功率单元103之间，或功率单元103和第二真空接触器402第一相之间。第二基础变流链的一端与第一真空接触器401第二相相连，并作为第二输出端502，另一端与第二真空接触器402第二相相连。功率单元201、202和203串联后与电抗器2串联作为第二基础变流链。其中，电抗器2串联的位置不进行限定。第三基础变流链的一端与第一真空接触器401第三相相连，并作为第三输出端503，另一端与第二真空接触器402第三相相连。功率单元301、302和303串联后与电抗器3串联作为第三基础变流链。其中，电抗器3串联的位置不进行限定。第四基础变流链的两端分别与第二真空接触器402的第一相和第三真空接触器403的第一相相连。功率单元104、105和106串联后与电抗器4串联作为第四基础变流链。其中，电抗器4串联的位置不进行限定。第五基础变流链的两端分别与第二真空接触器402的第二相和第三真空接触器403的第二相相连。功率单元204、205和206串联后与电抗器5串联作为第五基础变流链。其中，电·抗器5串联的位置不进行限定。第六基础变流链的两端分别与第二真空接触器402的第三相和第三真空接触器403的第三相相连。功率单元304、305和306串联后与电抗器6串联作为第六基础变流链。其中，电抗器6串联的位置不进行限定。第七基础变流链的两端分别与第四真空接触器404的第一相和第五真空接触器405的第一相相连。功率单元107、108和109串联后与电抗器7串联作为第七基础变流链。其中，电抗器7串联的位置不进行限定。第八基础变流链的两端分别与第四真空接触器的第二相和第五真空接触器的第二相相连。功率单元207、208和209串联后与电抗器8串联作为第八基础变流链。其中，电抗器8串联的位置不进行限定。第九基础变流链的两端分别与第四真空接触器的第三相和第五真空接触器的第三相相连。功率单元307、308和309串联后与电抗器9串联作为第九基础变流链。其中，电抗器9串联的位置不进行限定。第十基础变流链的一端与第五真空接触器的第一相相连，另一端作为第四输出端504。功率单元110、111和112串联后与电抗器10串联作为第十基础变流链。其中，电抗器10串联的位置不进行限定。第十一基础变流链的一端与第五真空接触器的第二相相连，另一端作为第五输出端 505。功率单元210、211和212串联后与电抗器11串联作为第i^一基础变流链。其中，电抗器11串联的位置不进行限定。第十二基础变流链的一端与第五真空接触器的第三相相连，另一端作为第六输出端 506。功率单元310、311和312串联后与电抗器12串联作为第十二基础变流链。其中，电抗器12串联的位置不进行限定。
第一真空接触器401、第二真空接触器402、第三真空接触器403、第四真空接触器404和第五真空接触器405未与基础变流链相连的一端的三相以导线连接。第一真空接触器401未与基础变流链相连的一端的三相以导线连接，节点为601。第二真空接触器402未与基础变流链相连的一端的三相以导线连接，节点为602。第三真空接触器403未与基础变流链相连的一端的三相以导线连接，节点为603。第四真空接触器404未与基础变流链相连的一端的三相以导线连接，节点为604。第五真空接触器405未与基础变流链相连的一端的三相以导线连接，节点为605。第六真空接触器406 —端的三相分别与第一输出端501、第二输出端502和第三输出端503对应相连，另一端的三相分别与第三真空接触器403与基础变流链相连的一端的三相对应相连。 第七真空接触器407 —端的三相分别与第三真空接触器403与基础变流链相连的一端的三相对应相连，另一端的三相分别与第四真空接触器404与基础变流链相连的一端的三相对应相连。第八真空接触器408 —端的三相分别与第四真空接触器404三相分别对应相连，另一端的三相分别与第四输出端504、第五输出端505和第六输出端506对应相连。优选的，上述电路中，每个功率单元采用H桥功率单元。优选的，上述电路中的8个真空接触器，可以是一个三相真空接触器，还可以由三个单相真空接触器组成。上述具体的高压变频拓扑电路中，每个功率单元有单独的供电电源输入端口，每一个功率单兀与移相变压器的一个输出端相连，每个功率单兀的额定输出电压为670V,整个拓扑电路可以实现13. 8KV、6. 9KV和3. 45KV三种额定电压的输出。下面对具体实现13. 8KV、6. 9KV和3. 45KV三种额定电压输出的电路连接方式进行详细说明8个高压真空接触器的开合状态如表I所示时，可以实现13. 8KV的额定电压输出模式。表1、13. 8KV电压等级输出模式下各高压真空接触器开合状态
权利要求
1.一种高压变频拓扑电路，其特征在于，所述电路包括 M个基础变流链和N个开关； 每个基础变流链的一端与一个开关相连，另一端与另外一个开关相连和/或作为输出端; 所述基础变流链包括，S个功率单元和一个电抗器串联，每个功率单元有单独的供电电源输入端； 所述开关，用于控制M个基础变流链的串链和/或并联方式； 其中， M的大小由电路的最闻输出电压决定； N的大小和每个开关的开闸或合闸由电路的多种输出电压大小决定； S的大小由功率单元额定输出电压和电路最低输出电压决定。
2.根据权利要求I所述的电路，其特征在于，所述开关为 三相真空接触器。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于， 三相拓扑电路包括12个基础变流链，8个真空接触器，每个基础变流链为3个功率单兀和一个电抗器串联； 第一基础变流链的一端与第一真空接触器第一相相连，并作为第一输出端，另一端与第二真空接触器第一相相连； 第二基础变流链的一端与第一真空接触器第二相相连，并作为第二输出端，另一端与第二真空接触器第二相相连； 第三基础变流链的一端与第一真空接触器第三相相连，并作为第三输出端，另一端与第二真空接触器第三相相连； 第四基础变流链的两端分别与第二真空接触器的第一相和第三真空接触器的第一相相连； 第五基础变流链的两端分别与第二真空接触器的第二相和第三真空接触器的第二相相连； 第六基础变流链的两端分别与第二真空接触器的第三相和第三真空接触器的第三相相连； 第七基础变流链的两端分别与第四真空接触器的第一相和第五真空接触器的第一相相连； 第八基础变流链的两端分别与第四真空接触器的第二相和第五真空接触器的第二相相连； 第九基础变流链的两端分别与第四真空接触器的第三相和第五真空接触器的第三相相连；第十基础变流链的一端与第五真空接触器的第一相相连，另一端作为第四输出端；第十一基础变流链的一端与第五真空接触器的第二相相连，另一端作为第五输出端；第十二基础变流链的一端与第五真空接触器的第三相相连，另一端作为第六输出端；第一真空接触器、第二真空接触器、第三真空接触器、第四真空接触器和第五真空接触器未与基础变流链相连的一端的三相以导线连接；第六真空接触器一端的三相分别与第一输出端、第二输出端和第三输出端对应相连，另一端的三相分别与第三真空接触器与基础变流链相连的一端的三相对应相连； 第七真空接触器一端的三相分别与第三真空接触器与基础变流链相连的一端的三相对应相连，另一端的三相分别与第四真空接触器与基础变流链相连的一端的三相对应相连； 第八真空接触器一端的三相分别与第四真空接触器三相分别对应相连，另一端的三相分别与第四输出端、第五输出端和第六输出端对应相连。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于， 所述第一真空接触器和第七真空接触器合闸，第二真空接触器、第三真空接触器、第四真空接触器、第五真空接触器、第六真空接触器和第八真空接触器开闸。
5.根据权利要求3所述的电路，其特征在于， 所述第三真空接触器和第四真空接触器合闸，第一真空接触器、第二真空接触器、第五真空接触器、第六真空接触器、第七真空接触器和第八真空接触器开闸。
6.根据权利要求3所述的电路，其特征在于， 所述第二真空接触器和第五真空接触器合闸，第一真空接触器、第三真空接触器、第四真空接触器、第六真空接触器、第七真空接触器和第八真空接触器开闸； 所述第三真空接触器和第四真空接触器与基础变流链相连的一端的三相作为输出端□。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的电路，其特征在于，所述功率单元为 H桥功率单元。
8.跟权利要求1-6任意一项所述的电路，其特征在于，所述开关为 三个单相真空接触器组成。
9.一种基础变流链电路，其特征在于，所述电路包括 S个功率单元和一个电抗器串联，每个功率单元有单独的电流输入端； 其中， S的大小由功率单元额定输出电压和电路最低输出电压决定。
10.根据权利要求9所述的电路，其特征在于，所述功率单元为 H桥功率单元。
全文摘要
本发明公开了一种高压变频拓扑电路和基础变流链电路，所述高压变频拓扑电路包括M个基础变流链和N个开关；每个基础变流链的一端与一个开关相连，另一端与另外一个开关相连和/或作为输出端；所述基础变流链包括，S个功率单元和一个电抗器串联，每个功率单元有单独的供电电源输入端；所述开关，用于控制M个基础变流链的串链和/或并联方式；其中，M的大小由电路的最高输出电压决定；N的大小和每个开关的开闸或合闸由电路的多种输出电压大小决定；S的大小由功率单元额定输出电压和电路最低输出电压决定，电路中各支路之间并联均流效果好，避免并联的各支路之间产生环流，保证多种额定电压输出。
文档编号H02M7/49GK102882416SQ20121040161
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月19日 优先权日2012年10月19日
发明者彭力, 黄欢, 罗仁俊, 范伟, 邓霆, 钟强, 欧海平, 王博, 陈志新, 梁金成, 王世平, 黄志国 申请人:株洲变流技术国家工程研究中心有限公司