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采用多绕组高频南阳变频器的新型多电平变换器拓扑及控制策略

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采用多绕组高频南阳变频器的新型多电平变换器拓扑及控制策略

发布日期:2017-12-08 作者: 点击:


高性能电力传动等场合。目前常用的多电平南阳变频器拓扑主要有二极管钳位式和级联H桥式两类。二极管钳位式变换器可以直接输出中高压交流电,并且可以采用背靠背的形式实现四象限运行,广泛应用于乳钢等场合。但是该电路拓扑中钳位二极管的数量与电平数呈二次方关系,在更高电平时需要较多的钳位二极管,并且在五电平以上的电路拓扑时,其直流母线电容的电压存在不可控区域,所以一般以三电平的应用最为广泛。由于电平数量的限制,使其工作电压受到限制,输入侧往往要采用变压器降压。例如在CRH2型和谐号动车组中,首先采用牵引变压器把输电线路的25kV交流电变为1500V,然后采用三电平变流器来驱动牵引电机。

级联H桥拓扑理论上可以实现任意多个单元的级联,因此可以应用于更高的电压等级,该拓扑不存在悬浮电容电压平衡的问题,采用移相PWM控制策略也比较简单。级联单元结构模块化,便于工业现场的应用和维修。但是级联H桥拓扑在电网输入侧采用工频移相变压器,这种变压器体积和重量比较大,成本较高,其二次三相绕组数量为3(为级联单元数),二次绕组数量过多导致变压器在工程实现上存在困难,从而也就限制了H桥级联的级数。

南阳变频器

由于传统的多电平变换器拓扑存在各种限制,所以近年来新型的多电平变换器拓扑也成为研究的热点。围绕如何省去工频变压器,模块化多电平变并得到广泛的关注。该电路拓扑采用模块化级联结构,不需要输入变压器,级联数可以任意增加。但是该拓扑中存在大量的悬浮电容,并且输出频率越低时,悬浮电容的电压波动越大,因此目前该拓扑一般应用在直流输电等领域,在电机控制方面的应用较少。

另外一类新型的多电平电路采用高频变压器来代替传统的工频变压器来实现电气隔离和电压幅值的变化,也经常被称作电力电子变压器。目前这一类拓扑主要采用单输入单输出的双绕组高频隔离变压器,首先采用电力电子变换器把高压交流电转变为多个中低压高频交流电,然后经过变压器隔离后再接负载变换器。这样如果各个变压器的二次侧负载不平衡,输入侧的电力电子变换器就需要进行额外的平衡控制。中也使用了一种单输入多输出的多绕组变压器,采用高压交交变换器把工频高压交流电变为高压高频交流,然后经过高频变压器进行降压和隔离,因此二次绕组可以接多个变换器并驱动多个不同的负载,多个二次绕组共用一个磁心,负载侧功率的不均衡不会对一次侧造成影响。

本文提出了一种新型的采用多绕组高频变压器的多电平变换器拓扑结构,输入端可以直接与中高压电网相连,省去了输入侧的工频变压器。采用高频变压器隔离后,变换器的输出侧可以接多个不同的负载,每个负载的电压等级和需要的电平数都可以根据需要灵活配置。通过多绕组高频变压器可以实现功率和电压的平衡,电路拓扑的稳定性较好。


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