[发明专利]一种高压矩阵变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种变频器。

背景技术

随着电力电子技术，控制技术的日益发展，交流变频调速也应用得越来越广泛。交流变频调速系统按原理分可分成交－直－交变频系统与交－交变频系统。交－直－交变频系统按电平又可以分为三电平，五电平和多电平，这三种拓扑结构都有中间直流贮能环节，因而成本高，体积大，寿命短。而传统的交－交变频系统通常工作于相控方式，其输出电压谐波严重，功率因素低，输出频率不宜高于输入电压频率的一半。

矩阵变换器是一种新型的交－交变频器，其已较广泛应用于低压变频器，但在高压变频器仅限于概念提出阶段，并无实际产品推广。公开号为CN102185490A的中国专利《交交直接变换的中压变频器》提出了一种交交直接变换的变频器拓扑结构，可以实现交流到交流的直接变频，但是它需要升压和降压变压器，增加了体积和成本。公开号为CN102545644的中国专利《一种矩阵式交-交高压变频器的拓扑结构》提出多个H桥功率单元串联替代传统的双向开关，存在单元间直流侧短路的风险，控制难度极高。公开号为CN1988353A的中国专利《级联多重化间接矩阵变换器》提出的矩阵变换器包括总输入滤波器、移相变压器、矩阵变换单元阵列和总控制器，其矩阵变换单元又包括输入滤波器和开关阵列，总输入滤波器是高压滤波器，体积庞大，成本又高，而且其矩阵变换单元的开关也是采用双向开关或逆阻型开关，控制很复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提出一种新的一种高压矩阵变换器结构，通过对矩阵变换单元输入滤波器的优化和移相变压器本身阻抗的利用，再加上移相PWM技术，不必在高压前端配置输入滤波器就可以控制输入电流谐波。为此，本发明采取以下技术方案。

一种高压矩阵变换器，包括移相隔离变压器、矩阵变换单元阵列和总控制器，移相隔离变压器具有3n个三相次级绕组，n为自然数，每3个次级绕组为一组且具有相同的相位，次级绕组组相位依次递增，初始相位为0°，相邻之间相位差为60/n度；三相高压交流电通过移相隔离变换压器输出3的整倍数组隔离低压三相交流电，为变换单元阵列供电，变换器阵列由3n个矩阵变换单元排成3列×n行的阵列结构构成，移相隔离变压器次级绕组组分别与变换器阵列中的行对应，每组中的三个次级绕组分别与每行中的三个变换单元一一对应相连；矩阵变换单元阵列中，每一列矩阵变换单元的功率输出端依次串联，形成一相频率幅值都可调的交流电压输出，同时获得叠加的输出电压能力，三列变换单元输出采用Y接法形成三相交流电压输出，每个变换单元分别通过信号光纤与总控制器连接；矩阵变换单元由输入滤波器、功率开关阵列和分控制器组成，所述输入滤波器由串接在移相隔离变压器的次级绕组与功率开关阵列的输入端之间，输入侧的多重化移相变压器的内阻抗与输入滤波器共同作用滤除输入电流中由于开关动作而产生的高频电流谐波成分，减小对输入电源侧的高频谐波污染，并提高输入功率因数。分控制器电源线与功率开关阵列中的前级三相桥式整流电路的输入端中的任意两相或三相相连，同时分控制器信号线与功率开关阵列相连实现检测、保护、驱动等功能。次级绕组组相位依次递增。

本技术方案中的矩阵变换器为交－交结构，无中间贮能环节，相比现有的单元级联型高压变频器功率单元交－直－交变频器，具有成本低、体积小，寿命长的优点。且矩阵变换器输入可双向控制，因而能量可双向流动，易于实现能量反馈，电机可四象限运行；移相隔离变压器起到降压隔离作用，避免传统矩阵变换器直流回路短路风险，使变频器工作安全、稳定。移相PWM技术降低了输入电流谐波和输出电压谐波，工作稳定、可靠。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。