一种大功率变频电源装置

摘要

本发明公开了一种大功率变频电源装置，包括移相输入变压器，所述移相输入变压器的输出端连接有高压变换器，所述高压变换器的输出端连接有输出变压器，所述高压变换器的输入端还连接有控制器；所述移相输入变压器包括3N个副边绕组，所述高压变换器由多个功率模块单元组成，所述每个绕组的输出端对应与高压变换器的一个功率模块单元的输入端连接，所述主控器通过控制高压变换器的所有功率模块单元实现电源逆变输出。本发明能够实现单台300-10000kW的功率等级，相对于采用多台并联方式而言具有效率更高、控制更为简单、故障率更低的优点。本发明作为一种性能优良的大功率变频电源装置广泛应用于修理船厂的供电中。

权利要求

1.一种大功率变频电源装置，其特征在于：包括移相输入变压器(1)，所述移相输入变压器(1)的输出端连接有高压变换器(2)，所述高压变换器(2)的输出端连接有输出变压器(3)，所述高压变换器(2)的输入端还连接有控制器(7)；所述移相输入变压器(1)包括3N个副边绕组，所述高压变换器(2)由多个功率模块单元组成，所述每个绕组的输出端对应与高压变换器(2)的一个功率模块单元的输入端连接，所述主控器(7)通过控制高压变换器(2)的所有功率模块单元实现电源逆变输出。

2.根据权利要求1所述的一种大功率变频电源装置，其特征在于：所述高压变换器(2)的每相为N个功率模块单元级联。

3.根据权利要求2所述的一种大功率变频电源装置，其特征在于：所述级联数N为4-10。

4.根据权利要求3所述的一种大功率变频电源装置，其特征在于：所述级联数N为6。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种大功率变频电源装置，其特征在于：所述输出变压器(3)的输出端连接有补偿电容(6)。

6.根据权利要求1至4任一项所述的一种大功率变频电源装置，其特征在于：所述移相输入变压器(1)的输入端连接有用户进线开关(4)，所述输出变压器(3)的输出端连接有用户出线开关(5)。

7.根据权利要求5所述的一种大功率变频电源装置，其特征在于：所述移相输入变压器(1)的输入端连接有用户进线开关(4)，所述输出变压器(3)的输出端连接有用户出线开关(5)。

8.根据权利要求4所述的一种大功率变频电源装置，其特征在于：所述移相输入变压器(1)的副边绕组分为6个不同的相位组，所述相位组互差10°电角度。

9.根据权利要求1所述的一种大功率变频电源装置，其特征在于：所述高压变换器(2)的功率模块单元主要由IGBT功率管组成电源推挽输出电路。

10.根据权利要求1所述的一种大功率变频电源装置，其特征在于：所述控制器(7)输出脉宽调制(PWM)波形信号控制高压变换器(2)的所有功率模块单元。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电源装置，特别是一种大功率变频电源装置。

背景技术

传统的发电机包括柴油发电机或者三相380V/50Hz电动机(同步或异步)带动440V/60Hz发电机向船上供电。该供电方式缺点较多，噪音大、效率低、损耗大；故障率高、维修不方便、有污染、必须由专人管理；特别是加重负载时输出电压动态特性差，频率不稳定等等。
另外还有一种静止式岸电电源，这种电源具有50Hz转变成60Hz电源功能，可以向不同制式的船舶提供岸电；与发电机比较，节能20％以上，更省去了发电机带来的噪声大、运行成本高、损耗大、有污染、维修困难、须专人管理等诸多不便；功能上具有更强的适用性，可以实时监控电源的运行情况等优点。缺点是：输出需要增加滤波装置来满足电源需要；输入侧对电网谐波大，如要改善需要增加装置来滤波；单台容量通常都做不大，最大单台做到几百千瓦，如果要实现大容量需要多台并联运行，控制难度增加，设备故障率也相应提高；操作复杂，维护量加大。
由于世界各国电网频率标准不一致，目前主要存在两种频率，即50Hz与60Hz两种频率。在国内外的一些造船厂、船坞修理厂等，会为不同国家制造和维修船只，而这些厂家厂用电都是本国内的固定制式的50或者60Hz电源，这样就遇到不同制式国家的船舶时需要有频率转换装置。不同的船厂或者船坞修理厂需要不同容量的转换装置，使用很不灵活、不方便。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种频率和电压可调、效率高、故障率低的大功率变频电源装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种大功率变频电源装置，包括移相输入变压器，所述移相输入变压器的输出端连接有高压变换器，所述高压变换器的输出端连接有输出变压器，所述高压变换器的输入端还连接有控制器；所述移相输入变压器包括3N个副边绕组，所述高压变换器由多个功率模块单元组成，所述每个绕组的输出端对应与高压变换器的一个功率模块单元的输入端连接，所述主控器通过控制高压变换器的所有功率模块单元实现电源逆变输出。
进一步，所述高压变换器的每相为N个功率模块单元级联。
进一步，所述级联数N为4-10。
进一步，所述级联数N为6。
进一步，所述输出变压器的输出端连接有补偿电容。
进一步，所述移相输入变压器的输入端连接有用户进线开关，所述输出变压器的输出端连接有用户出线开关。
进一步，所述移相输入变压器的副边绕组分为6个不同的相位组，所述相位组互差10°电角度。
进一步，所述高压变换器的功率模块单元主要由IGBT功率管组成电源推挽输出电路。
进一步，所述控制器输出脉宽调制PWM波形信号控制高压变换器的所有功率模块单元。
本发明的有益效果是：本发明能够实现单台300-10000KW的功率等级，相对于采用多台并联方式而言具有效率更高、控制更为简单、故障率更低的优点。输入采用移相整流变压器，副边有多个绕组，输出采用多个电平叠加技术，使得对电网的污染大幅减少，无需增加谐波治理装置就能完全满足IEEE519～1992及国标/T14519～93标准对电压失真及电流谐波的要求。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的主电气连接框图；
图2是本发明的功率模块原理图；
图3是本发明的高压变换器输出原理图；
图4是本发明的整体装置原理示意图。

具体实施方式

参照图1，一种大功率变频电源装置，包括移相输入变压器1，所述移相输入变压器1的输出端连接有高压变换器2，所述高压变换器2的输出端连接有输出变压器3，所述高压变换器2的输入端还连接有控制器7；所述移相输入变压器1包括3N个副边绕组，所述高压变换器2由多个功率模块单元组成，所述每个绕组的输出端对应与高压变换器2的一个功率模块单元的输入端连接，所述主控器7通过控制高压变换器2的所有功率模块单元实现电源逆变输出。
进一步，所述高压变换器2的每相为N个功率模块单元级联。
进一步，所述级联数N为4-10。
进一步，所述级联数N为6。
进一步，所述输出变压器3的输出端连接有补偿电容6。
进一步参照图1，所述移相输入变压器1的输入端连接有用户进线开关4，所述输出变压器3的输出端连接有用户出线开关5。
进一步参照图4，所述移相输入变压器1的副边绕组分为6个不同的相位组，所述相位组互差10°电角度。
进一步参照图2和3，所述高压变换器2的功率模块单元主要由IGBT功率管组成电源推挽输出电路。
进一步，所述控制器7输出脉宽调制PWM波形信号控制高压变换器2的所有功率模块单元。
如图1所示，一种变频电源装置，主要由用户进线开关、输入移相变压器、高压变换器、输出变压器、用户进线开关组成。用户厂用电经输入开关进入移相变压器，移相变压器副边输出3N组三相电压，分别供给高压变换器的3N个模块使用，每个模块根据主控系统指令输出相应PWM波，每相N个模块的输出相互串联起来，形成每相输出，经过输出变压器，再到用户出线开关，得到用户需要的规格的电压等级；图1中电容器的作用有：一是为降压变压器提供无功功率补偿，二是对输出电压进行滤波，降低谐波污染，可以根据用户需要选配。
电网(10kV/50Hz或者10KV/60Hz或者其他，由用户厂用电决定)电源经用户开关后进入输入移相变压器，移相变压器副边采用多重化移相设计，此变压器副边共3N个绕组，每个绕组为高压变换器里的一个模块(每相N个，三相共3N个模块)提供模块需要的的三相电源，对应在同一列上的每三个绕组的移相角度是一致的，列和列之间变压器副边绕组移相角为60/N度，这样对整个变压器而言，就是6N脉波整流。如图4所示，以6KV，6级副边绕组为例，采用延边三角形连接，次级绕组分为6个不同的相位组，互差10°电角度，分别有±5°，±15°，±25°，这种移相接法理论上可以消除36次以下的谐波，对电网不会超过国家标准的谐波，完全符合IEEE519～1992及国标/T14519～93标准对电压失真及电流谐波的要求。
图2为模块原理图，变换器每个模块得电后，控制部分通过发出SPWM波形来导通/封锁每个模块逆变侧输出；如图3所示，高压变换器每相采用N个单元级联模式，模块逆变侧输出叠加之后就形成了几近完美无谐波的正弦波，此输出完全符合IEEE519～1992及国标/T14519～93标准对电压失真及电流谐波的要求，不需要另外增加滤波装置。
高压变换器输出到输出变压器，就可为用户提供需要的电源；该变压器可实现高压变换器的输出降压变换、隔离及滤波等功能。控制上在该变压器的输出侧检测电压输出，根据用户设定的输出进行比较，采用闭环控制，保证输出电压恒定，不会因为负载的波动输出电压有大幅的波动。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。