[实用新型]驱动两大功率电机的三端口对称型级联变换器拓扑

说明书

技术领域

本实用新型属于电力电子技术领域，特别涉及一种驱动两大功率电机的三端口对称型级联变换器拓扑。

背景技术

公知，作为“十二五”规划提出的七大战略性新兴产业之一的电机产业是节能环保、新能源、新能源汽车、高端装备制造业的先导产业。随着工业自动化程度越来越高，工业现场中高压电机负荷群所占的比例越来越高，其用电量最大，节能迫切性最强。但高效节能电机的高成本影响了终端用户的采购热情，因此通过技术手段驱动其高效运行以达到节能效果显得尤为重要。电机高效运行最突出的一方面就是采用级联多电平电力电子变换器进行变频调速控制实现节能降耗，所以在工业应用中有很大的市场潜力。

目前，在电机再生制动能量回收技术方面，国内主要提出三种类型拓扑改进方案。其一是将部分单元的整流电路改造为SPWM整流电路的有源前端能馈型拓扑结构，其二是功率单元直流储能系统的级联多电平电路拓扑结构，其三是基于零序电流控制的能馈式级联多电平电路拓扑结构。这三种多电平拓扑都属于单输入单输出的电力电子变换拓扑应用，只适用于驱动单台电机，但工业现场更多的是需要驱动多台电机构成的电机群。面临中高压大功率多源多负荷接入情况时，上述三种拓扑结构所需的移相变压器二次绕组和变频器的数量多，使移相变压器和变频器的硬件成本和工艺复杂性升高，严重影响经济效益。且目前大多是一台级联型大功率变换器只能驱动单台中高压大功率电机，无法实现同时驱动两台中高压大功率电机。电机产生的再生制动能大多只能馈入电网，无法在多台电机间直接利用与吸收。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种驱动两大功率电机的三端口对称型级联变换器拓扑。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：

驱动两大功率电机的三端口对称型级联变换器拓扑，包括：

拓扑电路、电源端口、负载端口和移相变压器，其中，拓扑电路由6个桥臂和6个滤波电感间隔着首尾串联构成，所述的桥臂包括3个整流功率单元桥臂和3个储能功率单元桥臂；移相变压器一次侧通过电源端口连接本地电网，其二次侧绕组分别连接3个整流功率单元桥臂；两个电机各相均通过该电机所在的负载端口连接桥臂。

上述整流功率单元桥臂由1个有源前端单元和(n-1)个整流单元级联构成，且，所述的储能功率单元桥臂由m个储能单元级联构成，m和n可以相等或不相等，n取3～8，m取3～8。

作为一种具体实施方式，整流功率单元桥臂中，将(n-1)个整流单元级联后再与有源前端单元级联。

作为另一种具体实施方式，整流功率单元桥臂中，将(n-1)个整流单元分别记为整流单元1、整流单元2、…整流单元n-1，则整流功率单元桥臂按整流单元1、整流单元2、…整流单元i、有源前端单元、整流单元i+1、整流单元i+2、…整流单元n-1的顺序顺次级联构成，n为奇数。

上述储能单元由单相H型桥式逆变电路和超级电容并联构成。

本实用新型是将两台传统整流功率单元级联多电平变换器中性点解开，各桥臂首尾串联构成拓扑结构，其中整流功率单元桥臂与储能功率单元桥臂数量相等，从而形成对称型的六边形拓扑结构。

本实用新型包含三个端口：与本地电网连接的一电源端口，以及分别与两台交流电机连接的两个负载端口，相邻两桥臂的级联叠加电压构成交流电机的一相线电压。三端口间的能量可双向传递，交流电机的再生制动能量可在变换器内部吸收消纳、存储于储能单元中的超级电容或馈入电网。

传统级联变换器拓扑下，一台变换器只能驱动单台大功率电机，若要同时驱动两台大功率电机则需两台单独的变换器，这样移相变压器二次绕组、整流功率单元和储能功率单元数量加倍。另外，传统级联变换器拓扑下，电机产生的再生制动能量只能馈入电网。

和传统级联变换器拓扑相比，本实用新型具有如下优点和有益效果：

1、本实用新型可实现单台变换器同时驱动两台大功率电机，减少了移相变压器二次绕组、整流功率单元和储能功率单元的数量，从而降低移相变压器制造成本和工艺复杂性。

2、采用本实用新型级联变换器拓扑，再生制动能量可在两电机间双向传递，实现再生制动能量在变换器内部的相互传递与消纳、以及回馈能量的统一回收再利用，从而达到电机负荷综合节能的效果。

3、从改造成本看，本实用新型以最小程度改造传统二极管整流方案来实现两电机再生制动能量的回收，降低了工业应用的技术难度。

附图说明

图1是本实用新型级联变换器拓扑的第一种具体结构示意图；