(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 105429477 A (43)申请公布日 2016.03.23
(21)申请号 201510857922.9(22)申请日 2015.11.30
(71)申请人北京赛思亿电气科技有限公司
地址100097 北京市海淀区紫竹院路116号
嘉豪国际中心B座506、507室申请人山西汾西重工有限责任公司(72)发明人岳凡 乌云翔 常国梅 武志江
邵诗逸(74)专利代理机构山西科贝律师事务所 14106
代理人陈奇(51)Int.Cl.
H02M 5/458(2006.01)H02M 1/12(2006.01)
权利要求书1页 说明书4页 附图1页
(54)发明名称
24脉波整流变频器系统及其不均衡电流调节方法(57)摘要
本发明公开了一种24脉波整流变频器系统及其不均衡电流调节方法，解决了带有移相变压器的变频器系统对电网侧谐波影响大的问题。包括电网（1）、移相变压器（2）、输入电抗器、整流模块、逆变模块（5）和负载（6），通过调整移相变压器各输出回路上的输入电抗器的电感值达到各整流模块输入电流的平衡，从而减少对电网的谐波影响；并通过在移相变压器输出端设置24脉波整流的方式使整流模块输出高质量直流电压，同时使移相变压器输入侧各路谐波相互抵消，减小谐波对电网的影响。 C N 1 0 5 4 2 9 4 7 7 A CN 105429477 A
权 利 要 求 书
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1.一种24脉波整流变频器系统，包括电网（1）、移相变压器（2）、输入电抗器、整流模块、逆变模块（5）和负载（6），电网（1）的三相输出电压与移相变压器（2）的原边输入端连接在一起，逆变模块（5）的输出端上连接有负载（6），其特征在于，移相变压器（2）的第一路输出上连接有第一路输入电抗器（3），第一路输入电抗器（3）与第一整流模块（4）连接在一起，移相变压器（2）的第二路输出上连接有第二路输入电抗器（7），第二路输入电抗器（7）与第二整流模块（8）连接在一起，移相变压器（2）的第三路输出上连接有第三路输入电抗器（9），第三路输入电抗器（9）与第三整流模块（10）连接在一起，移相变压器（2）的第四路输出上连接有第四路输入电抗器（11），第四路输入电抗器（11）与第四整流模块（12）连接在一起，第一整流模块（4）的直流输出正端、第二整流模块（8）的直流输出正端、第三整流模块（10）的直流输出正端和第四整流模块（12）的直流输出正端并联在一起后与逆变模块（5）的直流输入正端连接在一起，第一整流模块（4）的直流输出负端、第二整流模块（8）的直流输出负端、第三整流模块（10）的直流输出负端和第四整流模块（12）的直流输出负端并联在一起后与逆变模块（5）的直流输入负端连接在一起，在逆变模块（5）的直流输入正端与逆变模块（5）的直流输入负端之间并联有直流支撑电容（13）。
2.根据权利要求1所述的一种24脉波整流变频器系统，其特征在于，第一路输入电抗器（3）、第二路输入电抗器（7）、第三路输入电抗器（9）和第四路输入电抗器（11）是电感值相同的电抗器，第一整流模块（4）、第二整流模块（8）、第三整流模块（10）和第四整流模块（12）是相同的二极管整流模块。
3.一种24脉波整流变频器系统的不均衡电流调节方法，包括以下步骤：第一步、将电网（1）的三相输出电压与移相变压器（2）的原边输入端连接在一起，逆变模块（5）的输出端上连接负载（6），移相变压器（2）的第一路输出上连接第一路输入电抗器（3），第一路输入电抗器（3）与第一整流模块（4）连接在一起，移相变压器（2）的第二路输出上连接第二路输入电抗器（7），第二路输入电抗器（7）与第二整流模块（8）连接在一起，移相变压器（2）的第三路输出上连接第三路输入电抗器（9），第三路输入电抗器（9）与第三整流模块（10）连接在一起，移相变压器（2）的第四路输出上连接第四路输入电抗器（11），第四路输入电抗器（11）与第四整流模块（12）连接在一起，第一整流模块（4）的直流输出正端、第二整流模块（8）的直流输出正端、第三整流模块（10）的直流输出正端和第四整流模块（12）的直流输出正端并联在一起后与逆变模块（5）的直流输入正端连接在一起，第一整流模块（4）的直流输出负端、第二整流模块（8）的直流输出负端、第三整流模块（10）的直流输出负端和第四整流模块（12）的直流输出负端并联在一起后与逆变模块（5）的直流输入负端连接在一起，在逆变模块（5）的直流输入正端与逆变模块（5）的直流输入负端之间并联直流支撑电容（13）；
第二步、同时监测第一路输入电抗器（3）的输入电流、第二路输入电抗器（7）的输入电流、第三路输入电抗器（9）的输入电流和第四路输入电抗器（11）的输入电流；
第三步、比较第二步中监测到的四个电流值，根据电流值调整第一路输入电抗器（3）的电感值、第二路输入电抗器（7）的电感值、第三路输入电抗器（9）的电感值和第四路输入电抗器（11）的电感值，直到监测到的四路电流值相同为止。
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说 明 书
24脉波整流变频器系统及其不均衡电流调节方法
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技术领域
本发明涉及一种变频器系统，特别涉及一种可减少对输入电网产生谐波影响的变频器系统。
[0001]
背景技术
在电动机驱动系统或部分发电系统中所采用的变频器一般为二象限变频器，二象
限变频器对电网输出谐波影响比较大，为了克服该缺点，现有技术中有采用6脉波或12脉波整流方式，为二象限变频器逆变侧提供高品质直流电压，为实现12脉冲整流的方式，在系统中一般引入移相变压器，使并联整流单元的各输入电压实现移相，以实现电网侧谐波相互抵消和整流输出直流电压品质提高。但移相变压器存在各路输出电压不均衡问题，并且各整流回路阻抗不能完全一致，导致并联整流单元输入电流不均衡，使电网侧谐波相互抵消和整流输出直流电压品质提高的功效不能达到预期效果，为了克服该缺点，也有采用其他多脉冲整流方式，但存在控制复杂和成本昂贵的缺陷。
[0002]
发明内容
本发明提供了一种24脉波整流变频器系统及其不均衡电流调节方法，解决了带有移相变压器的变频器系统对电网侧谐波影响大的技术问题。[0004] 本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：
本发明总的构思是通过调整移相变压器各输出回路上的输入电抗器的电感值达到各整流模块输入电流的平衡，从而减少对电网的谐波影响；并通过在移相变压器输出端设置24脉波整流的方式使整流模块输出高质量直流电压，同时使移相变压器输入侧各路谐波相互抵消，减小谐波对电网的影响。
[0005] 一种24脉波整流变频器系统，包括电网、移相变压器、输入电抗器、整流模块、逆变模块和负载，电网的三相输出电压与移相变压器的原边输入端连接在一起，逆变模块的输出端上连接有负载，移相变压器的第一路输出上连接有第一路输入电抗器，第一路输入电抗器与第一整流模块连接在一起，移相变压器的第二路输出上连接有第二路输入电抗器，第二路输入电抗器与第二整流模块连接在一起，移相变压器的第三路输出上连接有第三路输入电抗器，第三路输入电抗器与第三整流模块连接在一起，移相变压器的第四路输出上连接有第四路输入电抗器，第四路输入电抗器与第四整流模块连接在一起，第一整流模块的直流输出正端、第二整流模块的直流输出正端、第三整流模块的直流输出正端和第四整流模块的直流输出正端并联在一起后与逆变模块的直流输入正端连接在一起，第一整流模块的直流输出负端、第二整流模块的直流输出负端、第三整流模块的直流输出负端和第四整流模块的直流输出负端并联在一起后与逆变模块的直流输入负端连接在一起，在逆变模块的直流输入正端与逆变模块的直流输入负端之间并联有直流支撑电容。
[0003]
第一路输入电抗器、第二路输入电抗器、第三路输入电抗器和第四路输入电抗器
是电感值相同的电抗器，第一整流模块、第二整流模块、第三整流模块和第四整流模块是相
[0006]
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说 明 书
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同的二极管整流模块。
[0007] 一种24脉波整流变频器系统的不均衡电流调节方法，包括以下步骤：
第一步、将电网的三相输出电压与移相变压器的原边输入端连接在一起，逆变模块的输出端上连接负载，移相变压器的第一路输出上连接第一路输入电抗器，第一路输入电抗器与第一整流模块连接在一起，移相变压器的第二路输出上连接第二路输入电抗器，第二路输入电抗器与第二整流模块连接在一起，移相变压器的第三路输出上连接第三路输入电抗器，第三路输入电抗器与第三整流模块连接在一起，移相变压器的第四路输出上连接第四路输入电抗器，第四路输入电抗器与第四整流模块连接在一起，第一整流模块的直流输出正端、第二整流模块的直流输出正端、第三整流模块的直流输出正端和第四整流模块的直流输出正端并联在一起后与逆变模块的直流输入正端连接在一起，第一整流模块的直流输出负端、第二整流模块的直流输出负端、第三整流模块的直流输出负端和第四整流模块的直流输出负端并联在一起后与逆变模块的直流输入负端连接在一起，在逆变模块的直流输入正端与逆变模块的直流输入负端之间并联有直流支撑电容；
第二步、同时监测第一路输入电抗器的输入电流、第二路输入电抗器的输入电流、第三路输入电抗器的输入电流和第四路输入电抗器的输入电流；
第三步、比较第二步中监测到的四个电流值，根据电流值调整第一路输入电抗器的电感值、第二路输入电抗器的电感值、第三路输入电抗器的电感值和第四路输入电抗器的电感值，直到监测到的四路电流值相同为止。
[0008] 本发明采用24脉波整流单元并通过对输入电抗器电感值调整，达到了变频器系统各路整流输入电流的均衡，明显改善变频器系统综合性能。解决了变频器在不均衡电流条件下长时间运行带来的局部过热问题，保证变频器运行稳定性，延长了变频器的使用寿命。通过调节电流不均衡度，有效抑制了移相变压器输入电流中的谐波含量，降低了谐波电流对电网的污染。附图说明
[0009]
图1是本发明的电路结构示意图。
具体实施方式
[0010] 下面结合附图对本发明进行详细说明：
一种24脉波整流变频器系统，包括电网1、移相变压器2、输入电抗器、整流模块、逆变模块5和负载6，电网1的三相输出电压与移相变压器2的原边输入端连接在一起，逆变模块5的输出端上连接有负载6，移相变压器2的第一路输出上连接有第一路输入电抗器3，第一路输入电抗器3与第一整流模块4连接在一起，移相变压器2的第二路输出上连接有第二路输入电抗器7，第二路输入电抗器7与第二整流模块8连接在一起，移相变压器2的第三路输出上连接有第三路输入电抗器9，第三路输入电抗器9与第三整流模块10连接在一起，移相变压器2的第四路输出上连接有第四路输入电抗器11，第四路输入电抗器11与第四整流模块12连接在一起，第一整流模块4的直流输出正端、第二整流模块8的直流输出正端、第三整流模块10的直流输出正端和第四整流模块12的直流输出正端并联在一起后与逆变模块5的直流输入正端连接在一起，第一整流模块4的直流输出负端、第二整流模
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块8的直流输出负端、第三整流模块10的直流输出负端和第四整流模块12的直流输出负端并联在一起后与逆变模块5的直流输入负端连接在一起，在逆变模块5的直流输入正端与逆变模块5的直流输入负端之间并联有直流支撑电容13。[0011] 第一路输入电抗器3、第二路输入电抗器7、第三路输入电抗器9和第四路输入电抗器11是电感值相同的电抗器，第一整流模块4、第二整流模块8、第三整流模块10和第四整流模块12是相同的二极管整流模块。
[0012] 一种24脉波整流变频器系统的不均衡电流调节方法，包括以下步骤：
第一步、将电网1的三相输出电压与移相变压器2的原边输入端连接在一起，逆变模块5的输出端上连接负载6，移相变压器2的第一路输出上连接第一路输入电抗器3，第一路输入电抗器3与第一整流模块4连接在一起，移相变压器2的第二路输出上连接第二路输入电抗器7，第二路输入电抗器7与第二整流模块8连接在一起，移相变压器2的第三路输出上连接第三路输入电抗器9，第三路输入电抗器9与第三整流模块10连接在一起，移相变压器2的第四路输出上连接第四路输入电抗器11，第四路输入电抗器11与第四整流模块12连接在一起，第一整流模块4的直流输出正端、第二整流模块8的直流输出正端、第三整流模块10的直流输出正端和第四整流模块12的直流输出正端并联在一起后与逆变模块5的直流输入正端连接在一起，第一整流模块4的直流输出负端、第二整流模块8的直流输出负端、第三整流模块10的直流输出负端和第四整流模块12的直流输出负端并联在一起后与逆变模块5的直流输入负端连接在一起，在逆变模块5的直流输入正端与逆变模块5的直流输入负端之间并联有直流支撑电容13；
第二步、同时监测第一路输入电抗器3的输入电流、第二路输入电抗器7的输入电流、第三路输入电抗器9的输入电流和第四路输入电抗器11的输入电流；
第三步、比较第二步中监测到的四个电流值，根据电流值调整第一路输入电抗器3的电感值、第二路输入电抗器7的电感值、第三路输入电抗器9的电感值和第四路输入电抗器11的电感值，直到监测到的四路电流值相同为止。
[0013] 24脉波整流变频器系统经由移相变压器2从电网1或发电机组取电，移相变压器2的四条输出电路为并联连接，根据公式I=U/Z，
当四路整流回路中阻抗相同时，理论上移相变压器能够输出四路均衡电压，在整流单元输入侧分别配置相同输入电抗器，均能满足电压、电流谐波要求，但实际上移相变压器在使用过程中是无法实现输出四路均衡电压的，由于输出电压不同，导致整流模块输入电流不同，本发明通过监测四路整流模块输入电流来调整四路输入电抗器的电感值来达到四路整流模块输入电流值相同，使整流电路所产生的对电网侧的谐波影响显著减小。[0014] 对于以二极管作为整流模块的二象限变频器系统，可作为发电机回电利用系统和拖动电动机变频电源。无论变频器作为回电利用系统还是变频电源，都必须满足电力系统对于容量、电压、电流谐波含量、应用环境等要求。对于普通二象限变频器系统采用6脉波整流单元，为降低电压、电流谐波对电网的污染，满足电压、电流谐波（THD）要求，需在变压器输出侧，即整流模块输入侧配置电抗器，电抗器起到滤波的作用，使变频器对整个电力系统的电压、电流谐波起到抑制作用，满足系统谐波（THD）要求。对于本发明中涉及的24脉波整流单元，输入侧多绕组移相变压器有四路输出电压。移相变压器原边接入电网，理论上四路副边输出电压有效值相同、电压相位互相错开15°，分别接入四路二极管整流单元，实
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现24脉波整流。移相变压器在实际设计、制造过程中由于受到材料、制造工艺等条件影响，导致实际输出电压出现不平衡。四路整流单元接入此不平衡三相电压， 四路整流模块出现不均衡输入电流。变频器系统在这种长时间不均衡电流条件下运行会造成局部过热现象，影响变频器系统内部器件实际使用寿命，影响系统稳定性。本发明通过在四路整流模块输入侧串入差异化电抗器来实现调节不均衡电流，降低电压、电流谐波对电网污染。
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