[发明专利]一种10kV高压变频电机一体机电气拓扑结构

说明书

本发明的10kV高压变频电机一体机电气拓扑结构，包括输入电抗器、整流单元、母线滤波电路、逆变单元和直流母线，逆变单元由N个四桥臂逆变模块串联组成，四桥臂逆变模块的输出接于线圈绕组数为4N的多输入端电动机的电源输入端；从电网引入的高压三相交流电接于输入电抗器的输入端，依次经整流、滤波和逆变后，转换为驱使多输入端电动机运行的可控交流电；N≥3。本发明的电机一体机电气拓扑结构，实现了对高压电动机的高压变频控制，具有结构紧凑，系统效率高，性能优良等特点，解决了高压变频器输出距离受限，输出电缆对周围设备产生干扰的问题，也避免了长距离电平供电造成的电机端电压尖峰过大导致的电机绝缘老化甚至击穿的情况的发生。

技术领域

本发明涉及一种高压变频电机一体机电气拓扑结构，特别是一种10kV变频器与电机一体的电气拓扑结构，属于电力电子功率变换领域。

背景技术

目前，高电压电机调速一般采用级联式多电平技术的高压变频器，结构上采用功率单元串联的方式实现，受到电压等级、模块性能和生产成本等因素的制约，采用该结构的高压变频器体积普遍偏大，同时该结构的高压变频器当中，输入侧均有一个隔离移相变压器。从整个高压电机的变频调速系统来看，变频器里面的隔离移相变压器进行了一次电磁转换，电机本身也进行了电磁转换，相当于进行了两次电磁的转换，这样使得整个系统的效率偏低，由于隔离移相变压器的存在，在功率大的时候，其发热量也是比较可观的，并且对其冷却也提出了一定的难度。同时，一般情况下，电机和变频器之间有一定的距离，由于变频器体积比较大，占地面积也不小，而且由于连接电缆的存在会使得系统性能降低，若是长距离变频供电会引起电机端电压过大，进而对电机寿命产生很大影响。

目前，高电压的高压变频器普遍采用H桥功率模块单元，功率单元级联后既有较高的电压等级，功率单元与隔离移相变压器之间电缆连线较多，在高压变频器的制造中相对都比较复杂，给生产带来了极大的不便。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种10kV高压变频电机一体机电气拓扑结构。

本发明的10kV高压变频电机一体机电气拓扑结构，包括输入电抗器、整流单元、母线滤波电路、逆变单元和直流母线，输入电抗器、整流单元均为三相，输入电抗器的输出接于整流单元的输入端，整流单元的输出端接于直流母线上，母线滤波电路的两端接于直流母线上；其特征在于：所述逆变单元由N个四桥臂逆变模块串联组成，四桥臂逆变模块串联后的两端接于直流母线上；四桥臂逆变模块的输出接于线圈绕组数为4N的多输入端电动机的电源输入端；从电网引入的高压三相交流电接于输入电抗器的输入端，依次经整流单元、母线滤波电路、逆变电路的整流、滤波和逆变后，转换为驱使多输入端电动机运行的可控交流电；N≥3。

本发明的10kV高压变频电机一体机电气拓扑结构，所述逆变单元由4个四桥臂逆变模块串联组成，四桥臂逆变模块中相邻桥臂之间的基波输出相位差90°，每个四桥臂逆变模块具有4路输出；逆变单元形成具有16路输出的电气拓扑结构，接于具有16路线圈绕组的多输入端电动机的电源输入端。

本发明的10kV高压变频电机一体机电气拓扑结构，所述逆变模块采用两电平电路拓扑或三电平电路拓扑，采用两电平电路拓扑时：逆变模块的每个桥臂由两串联的6.5kV的电力电子开关功率器件构成；采用三电平电路拓扑时：逆变模块的每个桥臂由4个串联的3.3kV的电力电子开关功率器件构成。

本发明的10kV高压变频电机一体机电气拓扑结构，所述多输入端电动机的16个线圈绕组分为4组，每一组均为星形连接，形成的4个星点之间相互独立没有任何连接，4个线圈绕组之间相互电气隔离。

本发明的10kV高压变频电机一体机电气拓扑结构，所述输入电抗器采用三相共铁芯的电抗器，所述整流单元为三相全桥整流，每个整流桥臂由多个串联的二极管形成，每个二极管的两端均并联有RC均压网络，RC均压网络用于保证二极管静态和动态的均压；所述母线滤波电路由4组电容组串联组成，每组电容组有多个电容并联组成，每组电容组两端并联有均压电阻，电容组由膜电容并联组成。