[实用新型]一种新型6kV中压变频器

说明书

技术领域

本实用新型属于交流电动机变频调速技术领域，尤其是一种新型6kV中压变频器。

背景技术

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为所需频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动或变频调速，最常用的变频器是交-直-交电压型变频器，通常分为四部分：整流器、贮能电容、逆变器和控制器。整流器是将频率固定的交流电转换为直流电的设备；贮能电容用来存储转换后的电能；逆变器是将直流电转化成不同频率、幅度的交流电的设备；控制器是按设定的程序工作，控制变频器输出电压方波的脉冲宽度，使输出电压基波为等效正弦波，进而驱动交流电动机的设备。

中点钳位三电平(简称3L-NPC)变频器是大功率(＞1MW)中压交流电动机变频调速技术领域目前应用最广泛的电压型变频器之一。现有的3L-NPC变频器的逆变器由三个3L-NPC支路并联构成，如图1所示，在每个3L-NPC支路上均由四个开关组件(其中每个开关组件包含一个可控器件和一个续流二极管)及两个中点钳位二极管构成，其优点是：主电路简单，开关器件数量少，只需一套整流电源，能量回馈容易实现，其存在的问题是：在现有高压开关器件不串联的情况下，3L-NPC变频器的逆变器的额定输出电压达不到6kV，不满足我国国标；而且输出电压波形的dv/dt较高，影响普通标准电动机的绝缘和使用寿命，需使用加强绝缘的特殊电动机。

为了提高输出电压，一种方法是采用开关组件串联方式实现：其将图1主电路中的每个开关组件改为两串，直流母线电压Ud提高至9kV，使得逆变器最大输出线电压达到6.3kV，这种方法存在的问题是：开关组件串联需有均压措施，可靠性受到影响，而且由于dv/dt增大，需要加装庞大的输出滤波器；另一种方法是采用3个3L-NPC单相H桥构成的变频器，每相一个单相H桥，每桥由两个并联3L-NPC支路及一组浮空的±2.5kV整流电源构成，如图2所示，这种方法存在的问题是：需要使用3套浮空整流电源，丧失了常规3L-NPC变频器的变压器和整流电源简单、实现回馈容易的优点，而且，单相H桥要求比三相逆变 桥大的多的贮能电容量。

综上所述，现有技术不能在保证现有3L-NPC变频器优点的基础上将其额定输出电压提高至6kV。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型6kV中压变频器，既保留现有3L-NPC变频器的优点，同时又能够将其额定输出电压提高至6kV。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种新型6kV中压变频器，包括整流电源、中点钳位三电平逆变器和零序电抗器，在中点联线打开的电动机定子三相绕组两边各连接一套中点钳位三电平逆变器构成串联回路，两套中点钳位三电平逆变器共用一组整流电源，零序电抗器绕组与电动机定子三相绕组串联在一起。

而且，所述的中点钳位三电平逆变器由三个中点钳位三电平支路并联构成，每个中点钳位三电平支路均由四个开关组件及两个中点钳位二极管构成，每个开关组件均由一个可控器件和一个续流二极管反向并联构成。

而且，所述的可控器件为IGBT或IGCT或IEGT高压器件。

而且，所述的零序电抗器为3绕组零序电抗器或6绕组零序电抗器。

而且，所述电动机定子三相绕组与零序电抗器绕组采用如下三种方式之一连接：使用一台3绕组零序电抗器串接于电动机定子三相绕组一侧；使用两台3绕组零序电抗器分别串接于电动机定子三相绕组的两侧；使用一台6绕组零序电抗器，其中3个绕组串接于电动机定子三相绕组一侧，另3个绕组串接于电动机定子三相绕组另一侧。

而且，所述的整流电源由整流器和贮能电容组成。

而且，所述的整流电源的直流母线电压Ud≈5kV，该整流电源为如下三种方式之一：不可控整流电源、整流/回馈电源和PWM整流电源。

而且，所述两套中点钳位三电平逆变器的输入端分别连接一对贮能电容，或两套中点钳位三电平逆变器共用一对贮能电容。

而且，两套中点钳位三电平逆变器的PWM调制策略为电压空间矢量法或有3倍频交流偏置的三角载波比较法，两套中点钳位三电平逆变器的PWM调制周期错开半周期，使输出相电压达到5电平、等效开关频率加倍。

本实用新型的优点和积极效果是：

1、本中压变频器通过在中点联线打开的电动机定子三相绕组两边各连接一套3L-NPC中点钳位三电平逆变器构成串联回路，实现了将现有的3L-NPC变频器的输出电压从3kV提高到了6kV，满足了我国电压等级标准要求，具有电路简单、容易实现回馈、运行可靠等特点。