阅读说明：本技术 一种高压变频电机一体式装置 (High-voltage variable frequency motor integrated device ) 是由 尹彭飞 张长元 王伟 张岩 郭培彬 于 2020-03-26 设计创作，主要内容包括：一种高压变频电机一体式装置,包括输入电抗器、整流单元、直流母线滤波、逆变单元和多输入端的电动机,其特征是所述的输入电抗器与电网电连接,所述的整流单元与输入电抗器电连接,所述的直流母线滤波与整流单元电连接,所述的逆变单元与直流母线滤波电连接,通过逆变单元得到交流电,所述的多输入端的电动机与逆变单元电连接；具有结构紧凑,系统效率高,性能优良的特点,解决了电磁之间的多次转换,提高了整个系统的效率；在逆变器和电机之间采用了多相结构,系统具有一定的冗余能力,当电机驱动系统中的电机或者逆变器的一相发生故障时,可以将其断开,系统仍可在运行而不必要停车,系统仍然能够继续工作,可靠性得到了很大提高。(A high-voltage variable frequency motor integrated device comprises an input reactor, a rectifying unit, a direct current bus filter, an inverting unit and a multi-input-end motor, and is characterized in that the input reactor is electrically connected with a power grid, the rectifying unit is electrically connected with the input reactor, the direct current bus filter is electrically connected with the rectifying unit, the inverting unit is electrically connected with the direct current bus filter, alternating current is obtained through the inverting unit, and the multi-input-end motor is electrically connected with the inverting unit; the system has the characteristics of compact structure, high system efficiency and excellent performance, solves the problem of multiple conversion between electromagnetism, and improves the efficiency of the whole system; a multi-phase structure is adopted between the inverter and the motor, the system has certain redundancy capability, when the motor in the motor driving system or one phase of the inverter fails, the motor can be disconnected, the system can still operate without stopping, the system can still continue to work, and the reliability is greatly improved.)

一种高压变频电机一体式装置

技术领域

本发明涉及电力电子功率变换技术领域，尤其涉及一种高压变频电机一体式装置。

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，输入侧均有一个的隔离移相变压器。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

针对现有普通高压电机进行变频调速系统效率低，结构复杂，体积庞大，变频器输出到电机的电缆长的问题，提出了一种高压变频电机一体式装置，通过变频电气拓扑结构的改变和普通高压电机绕组的改变，可实现高压变频电机一体的设计，从而提高整个系统的效率，减小体积，减小电缆长度，提高整个系统的性能。为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种高压变频电机一体式装置，包括输入电抗器、整流单元、直流母线滤波、逆变单元和多输入端的电动机，所述的输入电抗器与电网电连接，引入高压电，所述的整流单元与输入电抗器电连接，通过整流单元的整流后得到直流母线电压，所述的直流母线滤波与整流单元电连接，所述的逆变单元与直流母线滤波电连接，通过逆变单元得到交流电，所述的多输入端的电动机与逆变单元电连接。

进一步地，输入电抗器设置为三相共铁芯的电抗器。

进一步地，整流单元设置为三相全控整流，包括多个串联的二极管，所述的二极管上均并联有RC均压网络。整流中使用的二极管进行多个串联，如D1、D2、…、Dn个二极管进行串联，串联二极管的个数由二极管的电压等级来计算决定，每个二极管上均并联RC均压网络，如D1二极管上并联有R1、CC1并联而组成的RC均压网络，D2二极管上并联有R2、CC2并联而组成的RC均压网络，Dn二极管上并联有Rn、CCn并联而组成的RC均压网络，这样可以有效的解决二极管进行串联后的静态和动态的均压问题。

进一步地，直流母线滤波包括多组串联的电容组，所述电容组包括多个并联的电容，电容组均并联有均压电阻。直流母线滤波是由n组电容组C11、C12、…、C1n串联组成，每组电容组C11、C12、…、C1n上有多个电容并联组成，并联电容的多少由具体一体机系统容量大小计算决定，每组电容组C11、C12、…、C1n两端还并联有均压电阻R11、R12、…、R1n，所使用的电容组均由膜电容并联组成。

进一步地，逆变单元包括预设数量的逆变模块，预设数量的逆变模块通过串联的方式相连接，逆变模块设置为两电平电路拓扑结构或三电平逆变模块结构。逆变单元通过采用n个相同的逆变模块串联分压形成n组逆变单元串联组成，逆变单元的输出具有3n路输出的主回路电气拓扑结构，逆变单元的输出端对应连接于具有3n路绕组组成的电动机的电源输入端。每个逆变模块中可采用两电平电路拓扑结构，也可采用如附图2所示的三电平逆变模块结构，如附图1所示，每个逆变模块中均采用三桥臂结构输出，功率模块的输出A1、B1、C1，在A1、B1、C1桥臂输出中，相互之间的基波输出相位互差120度。

进一步地， 多输入端的电动机的电动机定子结构上包括n个三相线圈绕组，n个线圈绕组L1、L2、…、Ln，L1、L2、…、Ln的每一组均为星形连接，形成的n个星点O1、O2、…、On，这n个星点之间相互独立没有任何连接，同时这n个线圈绕组L1、L2、…、Ln之间相互电气隔离，每一组的线圈绕组都是由原设计的同等电压、容量下的定子绕组平均分段形成，分解的段数大于等于4个，电机在工作中，电机定子上的这n个线圈绕组共同作用产生电动机内部的旋转磁场，在多相驱动下系统转矩性能平稳，并且电机噪音也小。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：具有结构紧凑，系统效率高，性能优良的特点，解决了电磁之间的多次转换，提高了整个系统的效率，同时也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；在逆变器和电机之间采用了多相结构，系统具有一定的冗余能力，当电机驱动系统中的电机或者逆变器的一相发生故障时，可以将其断开，系统仍可在运行而不必要停车，系统仍然能够继续工作，可靠性得到了很大提高。

附图说明

以下结合附图对本发明做进一步详细描述。

附图1是本发明电气拓扑的结构示意图；

附图2是逆变单元中的一种三电平逆变模块拓扑；

附图3是电机的三相绕组线圈平均分段而成的多相多段绕组线圈的连接示意图；

附图中：105、输入电抗器，104、整流单元，103、直流母线滤波，102、逆变单元，1021、逆变模块，101、多输入端的电动机。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图1、附图2和附图3及具体实施例对本发明作进一步的说明。

如附图1所示，一种高压变频电机一体式装置，包括输入电抗器105、整流单元104、直流母线滤波103、逆变单元102和多输入端的电动机101，所述的输入电抗器105与电网电连接，引入高压电，所述的整流单元104与输入电抗器105电连接，通过整流单元104的整流后得到直流母线电压，所述的直流母线滤波103与整流单元104电连接，所述的逆变单元102与直流母线滤波103电连接，通过逆变单元102得到交流电，所述的多输入端的电动机101与逆变单元102电连接。

进一步地，输入电抗器105设置为三相共铁芯的电抗器。

进一步地，整流单元104设置为三相全控整流，包括多个串联的二极管，所述的二极管上均并联有RC均压网络。整流中使用的二极管进行多个串联，如D1、D2、…、Dn个二极管进行串联，串联二极管的个数由二极管的电压等级来计算决定，每个二极管上均并联RC均压网络，如D1二极管上并联有R1、CC1并联而组成的RC均压网络，D2二极管上并联有R2、CC2并联而组成的RC均压网络，Dn二极管上并联有Rn、CCn并联而组成的RC均压网络，这样可以有效的解决二极管进行串联后的静态和动态的均压问题。

进一步地，直流母线滤波103包括多组串联的电容组，所述电容组包括多个并联的电容，电容组均并联有均压电阻。直流母线滤波103是由n组电容组C11、C12、…、C1n串联组成，每组电容组C11、C12、…、C1n上有多个电容并联组成，并联电容的多少由具体一体机系统容量大小计算决定，每组电容组C11、C12、…、C1n两端还并联有均压电阻R11、R12、…、R1n，所使用的电容组均由膜电容并联组成。

进一步地，逆变单元102包括预设数量的逆变模块1021，预设数量的逆变模块1021通过串联的方式相连接，逆变模块1021设置为两电平电路拓扑结构或三电平逆变模块结构。逆变单元通过采用n个相同的逆变模块串联分压形成n组逆变单元串联组成，逆变单元的输出具有3n路输出的主回路电气拓扑结构，逆变单元的输出端对应连接于具有3n路绕组组成的电动机的电源输入端。每个逆变模块1021中可采用两电平电路拓扑结构，也可采用如附图2所示的三电平逆变模块结构，如附图1所示，每个逆变模块1021中均采用三桥臂结构输出，功率模块的输出A1、B1、C1，在A1、B1、C1桥臂输出中，相互之间的基波输出相位互差120度。

进一步地， 多输入端的电动机101的电动机定子结构上包括n个三相线圈绕组，n个线圈绕组L1、L2、…、Ln，L1、L2、…、Ln的每一组均为星形连接，形成的n个星点O1、O2、…、On，如附图3所示，这n个星点之间相互独立没有任何连接，同时这n个线圈绕组L1、L2、…、Ln之间相互电气隔离，每一组的线圈绕组都是由原设计的同等电压、容量下的定子绕组平均分段形成，分解的段数大于等于4个，电机在工作中，电机定子上的这n个线圈绕组共同作用产生电动机内部的旋转磁场，在多相驱动下系统转矩性能平稳，并且电机噪音也小。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：具有结构紧凑，系统效率高，性能优良的特点，解决了电磁之间的多次转换，提高了整个系统的效率，同时也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；在逆变器和电机之间采用了多相结构，系统具有一定的冗余能力，当电机驱动系统中的电机或者逆变器的一相发生故障时，可以将其断开，系统仍可在运行而不必要停车，系统仍然能够继续工作，可靠性得到了很大提高。

利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。