[发明专利]无输入变压器多相电动机高压变频器

说明书

技术领域

本发明属于电气工程技术领域，提供了一种无输入变压器多相电动机高压变频器。

背景技术

能源短缺与环境污染是制约人类社会发展，经济快速增长的主要问题。要解决能源与环境问题，实现可持续发展，需要依靠科技进步，大规模地开发利用绿色可再生能源。然而，可再生能源往往受地域和天气的影响，并且难于直接利用。因此，要使可再生能源得到很好的利用，只有将其转化为易于传输、便于使用的能源。

电能因其易于生产、便于传输、使用方便、利用率高和污染小的特点，广泛应用于现代工农业生产、科学技术研究及人民生活等各个领域，在人类社会的各个方面起着举足轻重的作用。将可再生能源转化为电能，是使可再生能源得到充分利用的有效途径。

电动机是将电能转化为机械能的电气设备，其输出的功率范围很大，从毫瓦级到兆瓦级。电动机的使用和控制非常方便，具有自起动、加速、制动、反转、掣住等能力，能满足各种运行要求；电动机的工作效率较高，又没有烟尘、气味，无环境污染，噪声也较小。由于它的一系列优点，在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等各方面广泛应用。

各种电动机中应用最广的是三相交流异步电动机(又称感应电动机)。它使用方便、运行可靠、结构牢固，但功率因数较低，调速也较困难。20世纪70年代以后，随着电力电子技术的发展，交流电动机的调速技术渐趋成熟，设备价格日益降低，已得到广泛应用。然而，由于电力电子器件的耐压有限，在高压大功率电动机调速系统中，需要将多个电力电子器件串联以承受足够高的电压，这不仅增加了成本、体积、降低了系统可靠性，还需要解决串联器件的静态和动态均压问题。这些问题导致了高压大功率电动机调速系统无法得到良好的应用，在某种程度上制约了工业的发展。

相对于三相电动机而言，多相电动机具有脉动转矩小；谐波电流小；在相电压不变的情况下，增大了相电流，提高了电动机功率；降低了直流环节电压等级；可靠性得到提高等优点。由于多相电动机的这些优点，使得它在高压大功率场合得到了良好的应用。

对于电动机驱动而言，在输出功率相同的情况下，多相电动机驱动系统相对于三相电动机驱动具有更小的相电压、相电流，单个电力电子器件足以满足耐压和通流的需要，从而无需考虑器件的串联均压或并联均流等问题。此外，当多相电动机某一相定子失去励磁情况时，可以通过调整多相电动机驱动系统的工作方式，来维持电动机输出功率不变，系统连续工作可靠性得到了提高。

然而，多相电动机驱动系统需要一个多相整流变压器作为电源输入，相数越多，该整流变压器设计越复杂，体积越大，成本越高。一般情况，多相整流变压器占多相电动机驱动系统总成本的20％以上。此外，由于多相整流变压器通常使用不控整流技术，电网侧谐波较大，电动机也无法对电网进行能量回馈，同时，对于某一特定相数的多相电动机，必须设计对应相数的整流变压器，这制约了该系统的可移植性，不易于实现冗余设计。

如果能发明一种无输入变压器多相电动机驱动系统，不但能减小系统体积，节约成本，满足多相电动机四象限运行的要求，可以在必要时向电网回馈能量，减小电网侧谐波，还能根据负载电动机相数的不同，做出相应的变化，提高了系统的适应能力。同时，还可以接入备用单元，增强系统可靠性，实现系统的冗余设计，这将具有重大的创新与实用意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无输入变压器多相电动机高压变频器，该变频器不但能对多相电动机工况进行控制，更无需增加多相整流变压器作为输入，减小了系统体积，减少了成本。同时，通过模块化设计，可以方便地对多相电动机驱动系统进行冗余设计，提高系统可靠性。

无输入变压器多相电动机高压变频器，所涉及的多相电动机具有N个独立的定子绕组，该高压变频器包括级联可控整流单元、N个直流环节、多相逆变单元和控制电路；

所述级联可控整流单元包括三个单相级联结构，单相级联结构由N/3个单相全桥整流电路级联构成，单相全桥整流电路的输出端接一直流环节的输入端；

所述直流环节的输出端接多相逆变单元的输入端；

所述多相逆变单元包括N个单相逆变单元，每一个单相逆变单元的输入端接一所述直流环节的输出端，输出端接多相电动机的一个定子绕组；

所述控制电路采集所述直流环节及多相逆变单元的输出电流和电压，对级联可控整流单元进行斩波控制以保证直流环节的输出电压稳定，对多相逆变单元进行逆变控制以实现对多相电动机的工况调控。