一种高压大功率变流器拓扑结构的制作方法

1.本实用新型属于大功率电能变换技术领域，具体涉及一种高压大功率变流器拓扑结构。


背景技术：

2.高压大功率变流器是一种将固定电压及频率交流电能转换为电压、电流可变的交流电能的装置，可实现变频调速及大功率电机控制。现有变流器拓扑主要集中在三相两电平逆变器、三电平(npc)逆变器、级联h桥高压变频器、模块化多电平换流器(mcc)等拓扑，可以满足小功率电能变换、低压大电流、高压小电流应用场所，为满足高压大功率变流器需求，常常依赖功率器件自身电压、电流突破或者功率器件并联。
3.目前在高压大功率领域，存在一种高低高变流器拓扑如图1所示，原边采用变压器将原边侧高压变换为功率器件所能接受的电压等级，再进过整流及逆变后输入后端变压器升降压，有效的满足不同电压等级负载。
4.现有技术存在的问题
①
现有变流器功率受到功率器件的限制，只能通过多管并联提升容量，功率受到限制；
②
变流器逆变侧采用三相两电平，电压谐波大；
③
变流器拓扑无法满足低频下大扭矩的驱动问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的功率受到限制、电压谐波大、无法提供低频大扭矩等技术问题，本实用新型提供了一种高压大功率变流器拓扑结构，采用npc三电平逆变器和变压器串联输出，设计通用化、模块化、组合化的变流器拓扑，满足各种电能变换场所需求。
6.为了解决现有技术存在的技术问题，本实用新型提供了一种高压大功率变流器拓扑结构，包括多脉波整流器、直流斩波器、npc三电平逆变器、变压器，所述多脉波整流器输出端连接直流斩波器，所述直流斩波器输出端并联多个 npc三电平逆变器，所述npc三电平逆变器输出端连接一个变压器的原边，多个变压器的副边串联。
7.进一步地，所述多脉波整流器采用6脉波、12脉波或者24脉波整流器串联或并联实现。
8.进一步地，所述多脉波整流器采用两个并联的12脉波整流器，所述12脉波整流器为原边移相
±
7.5
°
的两分裂变压器组合成。
9.进一步地，所述直流斩波器采用公共母线形式。
10.进一步地，所述变压器采用多抽头设计。
11.进一步地，所述变流器拓扑结构的工作方式为一个npc三电平逆变器直接低频输出，或者多个变压器的副边串联输出。
12.本实用新型与现有技术相比的有益效果：
13.(1)本实用新型采用变压器串联输出方案，根据容量需求适配相应个数的逆变器及变压器，实现较大范围的电压和电流变换需求，解决功率受到限制的问题。
14.(2)本实用新型采用npc三电平逆变器具有输出谐波小特点。
15.(3)本实用新型利用一个npc三电平逆变器低频直出的方式，满足低频下大扭矩的驱动。
附图说明
16.所包括的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本实用新型的实施例，并与文字描述一起来阐释本实用新型的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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。
17.图1为现有技术中一种高压大功率变流器拓扑结构示意图；
18.图2为本实用新型具体实施例提供的变压器串联输出变流器拓扑结构示意图。
19.其中，上述附图包括以下附图标记：
20.1.多脉波整流器，2.直流斩波器，3.npc三电平逆变器，4.变压器，5.变压器串联输出结构。
具体实施方式
21.下面对本实用新型的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本实用新型。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本实用新型。
22.在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与本实用新型的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。
23.随着人类社会的发展，人们越来越依赖于能源，伴随着高科技及一批大科学装置的出现，大容量电能变换装置需求越来越迫切，现有变流器拓扑或多或少不能满足目前市场对高压大功率变流器的需求，本实用新型提供了一种通用化、模块化、组合化的变流器拓扑，满足各种电能变换场所需求。
24.本实用新型提供的一种高压大功率变流器拓扑结构，如图2所示，包括多脉波整流器1、直流斩波器2、中点钳位(npc)三电平逆变器3、变压器4、变压器串联输出结构5。多脉波整流器1将交流电变换为三相直流电输出；直流斩波器2采用公共母线形式，输入端连接多脉波整流器1输出端；多个npc三电平逆变器3并联，输入端分别连接直流斩波器2输出端，npc三电平逆变器 3输出端分别连接一个变压器4的原边三相绕组；多个变压器4的副边串联构成变压器串联输出结构5，变压器4采用多抽头设计。
25.多脉波整流器1：变流器前端交-直变换采用两个原边移相
±
7.5
°
的两分裂变压器组合成的12脉波整流器并联而成，即实现24脉波整流器效果，又满足整流器冗余的设计。在减小网测谐波的同时，大大提高了变流器的可靠性。整流器适配可以多样化，可以采用6、12、24等脉波串并联来满足不同使用场合需求。
26.直流斩波器2：本实用新型直流侧采用公共母线形式，能较为简单的实现能馈制动，满足设备的制动需求。相较于独立母线，公共母线只需要一组直流斩波器，有效的降低了成本。直流斩波器用于防止变压器泵升。
27.npc三电平逆变器3：用于将三相直流变换为交流电。相较于传统的三相两电平或者h桥逆变器，npc三电平逆变器具有输出谐波小特点。
28.变压器4：采用宽频输出变压器。本实用新型变流器拓扑结构的一种工作模式为逆变器直接输出，满足变流器低频下的输出，可以满足低频大扭矩的驱动。单纯采用变压器输出存在逆变器低频谐波和直流分量大，容易引起变压器磁路饱和并使得输出波形畸变，甚至烧毁变压器。
29.变压器串联输出结构5：本实用新型逆变器、变压器采用模块化设计，在模块化设计的基础上，变压器4串联输出，变流器采用变压器副边串联的结构且变压器可以采用多抽头设计，根据容量需求适配相应个数的逆变器及变压器，实现较大范围的电压和电流变换需求。
30.本实用新型提供的一种高压大功率变流器拓扑结构，可以广泛应用于轨道交通、高压大功率电机及其驱动、轧机变频驱动、磁悬浮与电磁推进、大型钢厂、电厂等高耗能设备的驱动，可以有效的节省能源，减少碳排放。
31.如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。
32.应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。
33.这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本实用新型的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
34.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
35.本实用新型未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。