專利名稱：：抑制高壓變頻器網側電流脈動過大的方法
技術領域：
：本發明涉及一種抑制高壓變頻器網側電流脈動過大的方法，尤指一種抑制無網側電抗器的功率單元串聯多電平型高壓變頻器網側電流脈動過大的方法。技術背景隨著電力電子技術的發展，高壓變頻器作為節能降耗的主要手段，在國民經濟的各個領域，如冶金、石化、供水、電力等行業得到廣泛的應用，并發揮著越來越重要的作用。在諸多拓撲結構的高壓變頻器中，圖1所示的功率單元串聯多電平型高壓變頻器，由于其電壓輸出能力強，對電網的諧波污染小，對電機輸出電壓的dv/dt小，成為高壓變頻器的最主流和最優的形式之一。在功率單元串聯多電平型高壓變頻器的實際應用中，對于需要電氣制動的負載，如大慣量風機、礦井提升機、軋鋼機等，在被控電機制動時需要將其制動能量從負載側反饋至電網側。為了抑制功率單元串聯多電平型高壓變頻器能量回饋時網側電流的脈動值，如圖1所示，通常在每個功率單元1的網側與三相多副邊繞組變壓器2的副邊繞組之間增設一個低壓網側電抗器3;或者在三相多副邊繞組變壓器2的原邊與三相電網之間另外增設一個三相高壓網側電抗器4。在高壓變頻器內安裝如此多的網側電抗器，勢必將顯著地增加變頻器的體積、重量和制造成本。為了減小上述高壓變頻器的體積和重量，降低其制造成本，本發明人經過潛心研究開發了一種無網側電抗器的功率單元串聯多電平型高壓變頻器，如圖2所示。在研制的過程中，本發明人發現當取消了每個功率單元網側與變壓器副邊繞組之間的低壓網側電抗器，以及三相多副邊繞組變壓器原邊與三相電網之間的三相高壓網側電抗器之后，變頻器網側電流脈動過大，影響變頻器的正常運行，對電網有污染。_
發明內容鑒于上述原因，本發明的目的是提供一種抑制無網側電抗器的高壓變頻器網側電流脈動過大的方法。為實現上述的目的，本發明采用以下的設計方案一種抑制無網側電抗器的高壓變頻器網側電流脈動過大的方法，其特征在于增大構成高壓變頻器的變壓器原邊、副邊間的漏感。本發明通過麼險變壓器的鐵/銅比，降低變壓器的鐵芯截面積，同時增加各個繞組的匝數來增大變壓器原邊和副邊間的漏感。本發明還通過增大變壓器原、副邊間的氣隙寬度來增大變壓器漏感。具體方法是通過提高變壓器的銅/鐵比，增大變壓器原邊、副邊間的漏感。或者，通過增大變壓器原、副邊間的氣隙寬度來增大變壓器原邊、副邊間的漏感。實驗表明，采取了上述方法后，變壓器原、副邊間的漏感將有顯著的增加，在相同的開關頻率下，變頻器的網側電流脈動值減小至原先的一半以下。圖1為帶有網側電抗器的功率單元串聯多電平型高壓變頻器的主電路拓撲結構；圖2為無網側電抗器的功率單元串聯多電平型高壓變頻器主電路拓撲結構圖。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步說明，并非對本發明的限定。為了抑制無網側電抗器的高壓變頻器網側電流脈動過大，本發明增大了變壓器原邊、副邊間的漏感。對于變壓器設計來說，一般鐵芯和銅繞組的用料是互補的設計的鐵芯磁通越小，在磁密度一定的情況下，鐵芯的截面積就越小，鐵芯材料就越節省；但同時銅繞組的匝數就越多，銅繞組的用料也就越多。一般在設計中，以鐵芯材料和銅繞組材料的總成本最低為條件優化變壓器的銅/鐵比。對于取消網側電抗器的高壓變頻器來說，需要其變壓器具有較大的漏感，以抑制網側電流的脈動量，因此需要偏離上述經濟設計點進行設計。為了抑制網側電流的脈動量，本發明提高了變壓器的銅/鐵比，即通過降低變壓器的鐵芯截面積，同時增加各個繞組的匝數，使變壓器的銅/鐵比提高。本發明將變壓器的鐵芯截面積設計為小于等于正常設計值的85%。在本發明的具體實施例中，本發明將變壓器的鐵芯截面積設計為正常設計值的85%，使鐵芯截面積降低了15%，同時，使銅繞組匝數提高了15%，最終將變壓器的銅/鐵比提高了30%左右，這樣可以在一定的變壓器成本增幅下，使變壓器的漏感有足夠的上升。為了抑制網側電流的脈動量，本發明還通過適當增大原、副邊間的氣隙寬度來增大變壓器漏感，但由于受變壓器的體積限制，以及用銅量的成本限制，這個優化的范圍不是很大，一般將現有設計中原、副邊繞組間的氣隙寬度增加30%，即將變壓器原、副邊間的氣隙寬度設計成大于等于正常設計值的130%，就能帶來一定的漏感量的提升。這種方法同時還可以增加變壓器的散熱效果。下表為500kW/6kV變頻器采用上述方法前后的性能對比:<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>從上表可以看出，未采用本專利方法的無網側電抗器的變頻器，由于網側電流脈動量較大，因此需要選擇更大過流能力的電力電子開關原件(如IGBT)，更大容量的直流母線電解電容，其變壓器為了保證額定工況下溫升和工作效率，需要增加銅繞組的截面積，其整體上帶來的成本的增加量比本發明更多。實驗表明，采取了上述兩種方法后，變壓器原、副邊間的漏感將有顯著的增加，在相同的開關頻率下，變頻器的網側電流脈動值減小至原先的一半以下。雖然，上述兩種方法可能導致變壓器成本少量的上升，但相對于取消網側電抗器所節約的大量成本來說，對變壓器結構的改造還是必要的，可進一步降低變頻器的整體成本。權利要求1、一種抑制高壓變頻器網側電流脈動過大的方法，其特征在于增大構成高壓變頻器的變壓器原邊、副邊間的漏感。2、根據權利要求1所述的抑制高壓變頻器網側電流脈動過大的方法，其特征在于通過提高變壓器的銅/鐵比，增大變壓器原邊、副邊間的漏感。3、根據權利要求2所述的抑制高壓變頻器網側電流脈動過大的方法，其特征在于通過降低變壓器的鐵芯截面積，同時增加各個繞組的匝數，提高變壓器的銅/鐵比。4、根據權利要求3所述的抑制高壓變頻器網側電流脈動過大的方法，其特征在于所述變壓器的鐵芯截面積小于等于正常設計值的85%。5、根據權利要求1所述的抑制高壓變頻器網側電流脈動過大的方法，其特征在于通過增大變壓器原、副邊間的氣隙寬度來增大變壓器原邊、副邊間的漏感。6、根據權利要求5所述的抑制高壓變頻器網側電流脈動過大的方法，其特征在于所述變壓器原、副邊間的氣隙寬度大于等于正常設計值的130%。全文摘要本發明公開了一種抑制高壓變頻器網側電流脈動過大的方法，它通過增大構成高壓變頻器的變壓器原邊、副邊間的漏感來抑制網側電流的脈動。具體地說，本發明通過提高變壓器的銅/鐵比；或者通過增大變壓器原、副邊間的氣隙寬度來增大變壓器漏感，抑制網側電流的脈動。實驗表明，采取了上述方法后，變壓器原、副邊間的漏感將有顯著的增加，在相同的開關頻率下，變頻器的網側電流脈動值減小至原先的一半以下。文檔編號H02M1/00GK101267154SQ200710179729公開日2008年9月17日申請日期2007年12月17日優先權日2007年12月17日發明者馬永健申請人:北京利德華福電氣技術有限公司