[发明专利]一种直接串联三相矩阵式中高压变频器

说明书

技术领域

本发明涉及到一种变频器，尤其涉及一种直接串联三相矩阵式中高压变频器，属于电力电子设备技术领域。

背景技术

中高压大功率交流电力传动领域，目前已经应用的电力电子变换器方案主要包括：1、功率开关或功率单元直接串联的交直交高压变频器；2、二极管钳位的三电平交直交逆变器及电容飞跨的多电平交直交变频器；3、两电平电流型交直交变频器。但在实际应用中，这三类中高压变频器都不可避免的存在缺陷：1类变频器存在功率器件数量众多、设备庞大、能量双向流动困难；2类变频器存在谐波大、功率因数低、效率低下；3类变频器du/dt冲击大、谐波及无功影响大、对电机绝缘影响大。基于以上情况，需要一种新型的中高压电力电子变换器出现，其必备以下特征：无需电解电容或自愈式电容的使用；电网和变换器之间能够实现四象限运行能力；单个变换器单元的容量包括耐压能力和电流能力能适合目前的主流器件要求。这样的变频器不仅输出电压幅值可以调节，输入电流呈现正弦波，功率因数接近1，其高压供电的降压变压器副边绕组结构简单，可以设计相同。因此，整个系统成本低、寿命长、可靠性高、性能优良，适合未来中高压电力电子变频器的发展方向。能够满足以上条件的中高压变频器为高压——低压——高压类型的级联多重化交交变频器，直接串联三相矩阵式中高压变频器就是其中一种，目前，尚未有相关技术公开报道。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出了一种直接串联三相矩阵式中高压变频器，其具有四象限运行能力，输出交流电压和频率连续可调，输入电流和输出电压为正弦波，输入功率因数基本为1，谐波影响可以忽略不计，其结构简单，维护成本低、系统通用性强、可靠性高、性能好、节能，具有广阔的应用前景。

本发明解采用以下技术方案来解决现有的技术问题。

一种直接串联三相矩阵式中高压变频器，包括：进线滤波器LC、降压变压器T1、三相——三相变换器阵列A1-An、平衡电阻网络R11-R1n、R21-R2n及R31-R3n和总控制器；

所述进线滤波器LC)由三只电感L1-L3和三只滤波电容(C1-C3)构成，三只滤波电感分别串接在三相输入线路中，其输入端与电网相连，输出端与降压变压器的输入端相连，三只滤波电容的一端分别连接到三只滤波电感的输出端，电容的另一端相互连接形成一个公共端，公共端接地；

所述的降压变压器T1具有n个副边，当采用高压IGBT做为矩阵阵列的双向开关，降压变压器只要3个副边，当采用低压IGBT做为矩阵阵列的双向开关，降压变压器需要5到8个副边，降压变压器所有副边的相位相同，无相位差；

所述三相——三相矩阵阵列A1-An是由n个三相——三相矩阵变换器组成的1列n行的矩阵阵列，其中每一个三相——三相矩阵变换器对应于降压变压器的一个副边，每一个三相——三相矩阵变换器的三相输出经过RC滤波和平衡电阻网络R11-R1n、R21-R2n及R31-R3n平衡后，直接串联在一起，形成三相高压电压输出，每个矩阵变换器与控制器连接，由控制器统一控制调节；

所述的三相——三相矩阵变换器是由输入滤波器LC1、三相——三相矩阵、滤波RC回路R1C1-R3C3组成，所述输入滤波器LC1由3只电感和3只电容分别串联，同时电感的另一端连接在降压变压器副边，电容的另一端短接在一起，并且接地；

所述三相——三相矩阵由9组双向开关器件S11、S12、S13；S21、S22、S23；S31、S32、S33组成，形成3*3的矩阵，所述双向开关器件S11、S12、S13；S21、S22、S23；S31、S32、S33有共4种结构；

所述RC滤波回路直接并联在三相——三相矩阵变换单元的U-V,V-W,W-U之间分别为R1C1、R2C2、R3C3，他们和平衡电阻网络R11-R1n、R21-R2n、R31-R3n配合使用。

所述的总控制器，包含同步电压检测控制板、CPU运算控制板、脉冲驱动隔离板、电流电压检测板、速度检测板和逻辑电路，同步电压检测控制板通过降压变压器网端采集同步电压信号；电流电压检测板通过每个矩阵单元的进出线侧的霍尔元件检测电流、电压实时信号；速度检测板通过电动机上的光电编码器检测电动机的速度信号；所有信号汇集到CPU运算控制板，控制板通过计算，经过脉冲驱动隔离板驱动矩阵整列中的双向开关。从而保证变频器最终输出电压为负载需要的幅值和频率可调的三相正弦交流电，保证输入电流为三相交流正弦波。同时，保证能量能够双向流动。