DE112009002287T5 - Modular multipulse transformer Rectifier for use in multi-level power converters - Google Patents
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Abstract
In einem Ausführungsbeispiel kann ein System mehrere Transformatoren umfassen, die jeder einer Ausgabe an eine oder mehrere Leistungszellen bereitstellen, wobei die Leistungszellen einer Last Wechselstromleistung bereitstellen. Jeder Transformator kann wenigstens eine Primärwicklung und mehrere Sekundärwicklungen aufweisen, wobei die Primärwicklung von jedem Transformator phasenverschoben bezüglich ihrer benachbarten Transformatoren ist, und die Sekundärwicklungen auch phasenverschoben sind. Die Phasenverschiebung der Primärwicklung kann auf der Phasenverschiebung der Sekundärwicklungen und einer Anzahl der mehreren Transformatoren basiert sein.In one embodiment, a system may include a plurality of transformers each providing an output to one or more power cells, wherein the power cells of a load provide AC power. Each transformer may include at least one primary winding and a plurality of secondary windings, the primary winding of each transformer being out of phase with respect to its adjacent transformers, and the secondary windings also being out of phase. The phase shift of the primary winding may be based on the phase shift of the secondary windings and a number of the plurality of transformers.
Description
Hintergrundbackground
Allgemein wird ein Betriebsmittel, das als Leistungsumsetzer, Inverter oder Ansteuerung bezeichnet wird, verwendet, um einem anderen Betriebsmittel, wie einem Motor, Leistung bereitzustellen. Insbesondere wird solch ein Umsetzer (Umsetzer wird hierin allgemein verwendet, um Umsetzer, Inverter und Ansteuerungen zu bezeichnen) mit einem Versorgungsanschluss gekoppelt, so dass er eingehende Leistung, wie eine dreiphasige Wechselstromleistung, empfängt. Der Umsetzer bereitet die Leistung auf, so dass dem Betriebsmittel, dem Leistung zur Verfügung gestellt werden soll, ein aufbereitetes Leistungssignal bereitgestellt wird. Dadurch kann eingehende Leistung für das Betriebsmittel eine verbesserte Effizienz aufweisen, was zu reduzierten Kosten im Betrieb des Betriebsmittels führt.Generally, a resource referred to as a power converter, inverter, or driver is used to provide power to another resource, such as a motor. In particular, such a converter (converter is commonly used herein to refer to converters, inverters, and drivers) is coupled to a supply terminal to receive incoming power, such as three-phase AC power. The converter recycles the power so that a conditioned power signal is provided to the resource to which power is to be provided. As a result, incoming power to the resource may have improved efficiency, resulting in reduced costs in operating the equipment.
Leistungsumsetzer mit mehreren Niveaus haben an Popularität gewonnen, vor allem aufgrund verbesserter Leistungsqualität, geringerer Schaltverluste, besserer elektromagnetischer Verträglichkeit und höherem Spannungsvermögen. Diese Verbesserungen in der Leistungsumsetzung werden durch Verwendung einer Mehrfachspannungsstufenstrategie erreicht. Eine gewöhnliche Invertertopologie mit mehreren Niveaus ist ein Reihen-H-Brückeninverter, in dem mehrere H-Brückeninverter in Reihe geschaltet werden. Da diese Topologie aus Reihen-Leistungsumsetzzellen besteht, können das Spannungs- und das Leistungsniveau leicht bemessen werden.Multi-level power converters have gained popularity mainly due to improved power quality, lower switching losses, better electromagnetic compatibility, and higher voltage capability. These improvements in power conversion are achieved by using a multiple voltage step strategy. A common multi-level inverter topology is a series H-bridge inverter in which multiple H-bridge inverters are connected in series. Because this topology consists of series power conversion cells, the voltage and power levels can be easily scaled.
Allerdings erfordert diese Topologie eine große Anzahl isolierter Gleichstromspannungsquellen, um jede Zelle zu versorgen. Die gewöhnliche Praxis ist, einen Trenntransformator zu verwenden, um einen Gleichrichter einer Leistungszelle zu versorgen. Allerdings enthält der Versorgungsstrom für den Gleichrichter viele harmonische Stromkomponenten, die für ein Betriebsmittel und Leistungssysteme sehr störend sind und elektromagnetische Interferenz (EMI) verursachen.However, this topology requires a large number of isolated DC power sources to power each cell. The common practice is to use an isolation transformer to power a rectifier of a power cell. However, the supply current to the rectifier contains many harmonic current components that are very troublesome to a resource and power systems and cause electromagnetic interference (EMI).
Einige Systeme verwenden einen einstufigen Transformator mit mehreren phasenverschobenen Sekundärwicklungen. Allerdings kann Löschen von Harmonischen in einem einstufigen Transformator nicht optimiert werden. Das Haupthindernis ist dabei der Herstellungsprozess und ein geringerer Freiheitsgrad aufgrund einer geringeren Anzahl an Windungen, was es sehr schwer macht, kleine Phasenverschiebungswinkel zu implementieren, die zur effizienten und optimierten Löschung von Harmonischen erforderlich sind.Some systems use a single stage transformer with multiple phase shifted secondary windings. However, deleting harmonics in a single-stage transformer can not be optimized. The main obstacle is the manufacturing process and a lower degree of freedom due to fewer turns, which makes it very difficult to implement small phase shift angles required for efficient and optimized cancellation of harmonics.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Nach einem Aspekt ist die vorliegende Erfindung auf ein Mittelspannungsansteuerungssystem gerichtet, das modulare Transformatoren umfasst. Das System kann mehrere Transformatoren umfassen, von denen jeder eine Ausgabe für eine oder mehrere Leistungszellen bereitstellt, wobei die Leistungszellen einer Last Wechselstromleistung zur Verfügung stellen. Jeder Transformator kann wenigstens eine Primärwicklung und mehrere Sekundärwicklungen aufweisen, wobei die Primärwicklung von jedem Transformator bezüglich seiner benachbarten Transformatoren phasenverschoben ist und die Sekundärwicklungen ebenfalls phasenverschoben sind. In einer Implementierung basiert die Phasenverschiebung der Primärwicklung auf der Phasenverschiebung der Sekundärwicklungen und einer Anzahl der mehreren Transformatoren. Zum Beispiel kann es drei modulare Transformatoren geben, und das System wirkt als 54-Impulstransformator. In einigen Implementierungen können zusätzlich zu den phasenverschobenen Transformatoren ein oder mehrere nicht phasenverschobene Transformatoren ebenfalls vorhanden sein, so dass wenigstens einer Leistungszelle eine Ausgabe bereitgestellt wird.In one aspect, the present invention is directed to a medium voltage drive system that includes modular transformers. The system may include a plurality of transformers, each providing an output for one or more power cells, wherein the power cells provide AC power to a load. Each transformer may have at least one primary winding and a plurality of secondary windings, the primary winding of each transformer being phase shifted with respect to its neighboring transformers, and the secondary windings also being out of phase. In one implementation, the phase shift of the primary winding is based on the phase shift of the secondary windings and a number of the plurality of transformers. For example, there may be three modular transformers, and the system acts as a 54-pulse transformer. In some implementations, in addition to the phase-shifted transformers, one or more non-phase-shifted transformers may also be present to provide at least one power cell with an output.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein System mit mehreren modularen Transformatoren gerichtet, von denen jeder wenigstens einen phasenverschobenen Primärsatz von Wicklungen umfasst, um Leistung von einem Versorgungsanschluss zu empfangen, und mehrere Sekundärsätze von Wicklungen umfasst. Zusätzlich umfasst das System Leistungszellen, von denen jede mit einem der Sekundärsätze von Wicklungen von einem der modularen Transformatoren gekoppelt ist. Die Leistungszellen sind so konfiguriert, dass ein erster Teilsatz der Leistungszellen mit einer ersten Phasenausgabeleitung gekoppelt ist, ein zweiter Teilsatz der Leistungszellen mit einer zweiten Phasenausgabeleitung gekoppelt ist und ein dritter Teilsatz der Leistungszellen mit einer dritten Phasenausgabeleitung gekoppelt ist. Jeder modulare Transformator stellt einer ersten Anzahl von Leistungszellen von einem Paar der drei Phasenausgabeleitungen und einer zweiten Anzahl von Leistungszellen von einer letzten der Phasenausgabeleitung eine Ausgabe bereit. Des Weiteren kann irgendeine der Leistungszellen mit irgendeinem der Sekundärsätze von Wicklungen von irgendeinem der modularen Transformatoren gekoppelt werden.Another aspect of the present invention is directed to a system having a plurality of modular transformers, each of which includes at least one out-of-phase primary set of windings for receiving power from a supply terminal and comprising a plurality of secondary sets of windings. In addition, the system includes power cells, each of which is coupled to one of the secondary sets of windings of one of the modular transformers. The power cells are configured such that a first subset of the power cells is coupled to a first phase output line, a second subset of the power cells is coupled to a second phase output line, and a third subset of the power cells is coupled to a third phase output line. Each modular transformer provides output to a first number of power cells of a pair of the three phase output lines and a second number of power cells of a last one of the phase output lines. Furthermore, any of the power cells may be coupled to any of the secondary sets of windings of any of the modular transformers.
In einer Implementierung stellt jeder Transformator der ersten Anzahl von Leistungszellen von einem anderen Paar der drei Phasenausgabeleitungen die Ausgabe bereit. Zum Beispiel kann ein erster modularer Transformator einer ersten Leistungszelle der ersten und zweiten Phasenausgabeleitung und zwei Leistungszellen der dritten Phasenausgabeleitung Ausgaben bereitstellen.In one implementation, each transformer provides the output to the first number of power cells from another pair of the three phase output lines. For example, a first modular transformer of a first power cell of the first and second phase output lines and provide two power cells of the third phase output line outputs.
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung richtet sich auf ein System mit mehreren Transformatoren, von denen jeder wenigstens einer Leistungszelle, die mit wenigstens einer Phasenausgabeleitung gekoppelt ist und konfiguriert ist, einer Last Wechselstromleistung bereitzustellen, eine Ausgabe bereitstellt. Jeder Transformator kann wenigstens eine Primärwicklung und mehrere Sekundärwicklungen umfassen, wobei die Primärwicklung von jedem Transformator bezüglich seiner benachbarten Transformatoren phasenverschoben ist, und die Sekundärwicklungen phasenverschoben bezüglich der anderen Sekundärwicklungen des entsprechenden Transformators sind. Zusätzlich umfasst das System des Weiteren einen nicht phasenverschobenen Transformator, der wenigstens einer zweiten Leistungszelle eine Ausgabe bereitstellt. Solche zweite(n) Leistungszelle(n) können so konfiguriert sein, dass sie teilweise Regenerationen von der Last durchführen. Zu diesem Zweck umfassen die zweite(n) Leistungszelle(n) einen aktiven Eingang, der mit einer Ausgabe seiner entsprechenden Sekundärwicklung(en) gekoppelt ist. Ein Steuerelement kann mit wenigstens der (den) zweiten Leistungszelle(n) gekoppelt sein, um Schalten des aktiven Eingangs zu steuern.Yet another aspect of the present invention is directed to a system having multiple transformers, each of which provides an output for at least one power cell coupled to at least one phase output line and configured to provide AC power to a load. Each transformer may include at least one primary winding and a plurality of secondary windings, the primary winding of each transformer being phase shifted with respect to its adjacent transformers, and the secondary windings being out of phase with the other secondary windings of the corresponding transformer. In addition, the system further includes a non-phase-shifted transformer that provides output to at least a second power cell. Such second power cell (s) may be configured to partially regenerate the load. For this purpose, the second power cell (s) include an active input coupled to an output of its corresponding secondary winding (s). A controller may be coupled to at least one of the second power cell (s) to control switching of the active input.
Nach einem Aspekt richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein Ansteuerungssystem, das modulare Transformatoren umfasst. Das System kann mehrere modulare Transformatoren umfassen, von denen jeder eine phasenverschobene Primärwicklung umfasst, die mit einer Eingabeleistungsquelle gekoppelt ist, und phasenverschobene Sekundärwicklungen, von denen jede mit einer Leistungszelle verbunden ist. Das System umfasst des weiteren verschiedene Phasenausgabeleitungen, die mit einer Last gekoppelt sind. Diese Leitungen können eine erste, eine zweite und eine dritte Phasenausgabeleitung umfassen. Die erste Phasenausgabeleitung kann wenigstens Leistungszellen ersten und zweiten Niveaus aufweisen, wobei ein erster der modularen Transformatoren eine erste Mehrzahl der phasenverschobenen Sekundärwicklungen umfasst, die mit den Leistungszellen ersten Niveaus gekoppelt sind, und eine zweite Mehrzahl der phasenverschobenen Sekundärwicklungen aufweisen, die mit der Leistungszelle zweiten Niveaus gekoppelt sind. Gleichermaßen kann die zweite Phasenausgabeleitung wenigstens Leistungszellen ersten und zweiten Niveaus aufweisen, wobei ein zweiter der modularen Transformatoren eine erste Mehrzahl der phasenverschobenen Sekundärwicklungen aufweist, die mit der Leistungszelle ersten Niveaus gekoppelt sind, und eine zweite Mehrzahl der phasenverschobenen Sekundärwicklungen aufweist, die mit der Leistungszelle zweiten Niveaus gekoppelt sind. Die dritte Phasenausgabeleitung kann wiederum wenigstens Leistungszellen ersten und zweiten Niveaus aufweisen, wobei ein dritter der modularen Transformatoren eine erste Mehrzahl der phasenverschobenen Sekundärwicklungen aufweist, die mit der Leistungszelle ersten Niveaus gekoppelt sind, und eine zweite Mehrzahl der phasenverschobenen Sekundärwicklungen aufweist, die mit der Leistungszelle zweiten Niveaus gekoppelt sind.In one aspect, the present invention is directed to a drive system that includes modular transformers. The system may include a plurality of modular transformers, each including a phase-shifted primary winding coupled to an input power source, and phase-shifted secondary windings, each of which is connected to a power cell. The system further includes various phase output lines coupled to a load. These lines may include first, second and third phase output lines. The first phase output line may include at least first and second level power cells, wherein a first of the modular transformers includes a first plurality of the phase shifted secondary windings coupled to the first level power cells and a second plurality of the phase shifted secondary windings connected to the second level power cell are coupled. Likewise, the second phase output line may include at least first and second level power cells, a second one of the modular transformers having a first plurality of the phase shifted secondary windings coupled to the first level power cell and a second plurality of the second phase shifted windings second to the power cell Levels are coupled. The third phase output line may in turn comprise at least first and second level power cells, a third of the modular transformers having a first plurality of the phase shifted secondary windings coupled to the first level power cell and a second plurality of the phase shifted secondary windings second to the power cell Levels are coupled.
In einigen Implementierungen kann die erste Phasenausgabeleitung eine Leistungszelle dritten Niveaus aufweisen, wobei wenigstens eine der phasenverschobenen Sekundärwicklungen des ersten modularen Transformators mit der Leistungszelle dritten Niveaus gekoppelt ist. Die Leistungszellen verschiedener Niveaus können von verschiedenen Spannungen sein, wobei die Leistungszelle ersten Niveaus von einer höheren Spannungen ist als die Leistungszelle zweiten Niveaus und die Leistungszelle zweiten Niveaus von einer höheren Spannung ist als die Leistungszelle dritten Niveaus. Jeder modulare Transformator kann vom gleichen Ausgabeniveau sein.In some implementations, the first phase output line may include a third level power cell, wherein at least one of the phase shifted secondary windings of the first modular transformer is coupled to the third level power cell. The power cells of different levels may be of different voltages, wherein the power cell is first level of a higher voltage than the second level power cell and the second level power cell is of a higher voltage than the third level power cell. Each modular transformer can be of the same level of expenditure.
Gemäß eines weiteren Aspekts umfasst die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung mit mehreren modularen Transformatoren, von denen jeder wenigstens einen phasenverschobenen Primärsatz von Wicklungen umfasst, um Leistung von einem Versorgungsanschluss zu empfangen, und mehrere Sekundärsätze von Wicklungen umfasst. Zusätzlich kann es Leistungszellen mehrerer Niveaus geben, wobei die Leistungszellen ersten Niveaus jeweils mit einer ersten Mehrzahl der Sekundärsätze von Wicklungen von wenigstens zwei der modularen Transformatoren gekoppelt sind, und die Leistungszellen zweiten Niveaus jeweils mit einer zweiten Mehrzahl der Sekundärsätze von Wicklungen von wenigstens zweien der modularen Transformatoren gekoppelt sind. In einigen Implementierungen kann irgendeine der Leistungszellen ersten Niveaus und der Leistungszellen zweiten Niveaus mit irgendeinem der Sekundärsätze von Wicklungen von irgendeinem der modularen Transformatoren gekoppelt sein.In another aspect, the present invention includes a device having a plurality of modular transformers, each of which includes at least one out-of-phase primary set of windings to receive power from a supply port, and a plurality of secondary sets of windings. In addition, there may be power cells of multiple levels, the first level power cells each coupled to a first plurality of secondary sets of windings of at least two of the modular transformers, and the second level power cells each having a second plurality of secondary sets of windings of at least two of the modular ones Transformers are coupled. In some implementations, any of the first level and second level power cells may be coupled to any one of the secondary sets of windings of any one of the modular transformers.
Gemäß eines noch weiteren Aspekts umfasst ein System mehrere modulare Transformatoren. Ein erster modularer Transformator umfasst wenigstens eine phasenverschobene Primärwicklung, um mit einer Versorgung gekoppelt zu sein, und phasenverschobene Sekundärwicklungen, jede um mit einer Leistungszelle dritten Niveaus zu koppeln. Mehrere zweite modulare Transformatoren umfassen jeweils wenigstens eine phasenverschobene Primärwicklung, um mit der Versorgung zu koppeln, und phasenverschobene Sekundärwicklungen, jede um mit einer Leistungszelle zweiten Niveaus zu koppeln. Mehrere der phasenverschobenen Sekundärwicklungen der zweiten modularen Transformatoren sollen mit der gleichen Leistungszelle zweiten Niveaus koppeln. Mehrere dritte modulare Transformatoren umfassen jeweils wenigstens eine phasenverschobene Primärwicklung, die mit der Versorgung gekoppelt ist, und phasenverschobene Sekundärwicklungen, jede um mit einer Leistungszelle ersten Niveaus zu koppeln. Das System kann so umgesetzt werden, dass mehrere phasenverschobene Sekundärwicklungen der dritten modularen Transformatoren mit der gleichen Leistungszelle ersten Niveaus gekoppelt sind. Des Weiteren sollen mehr der Sekundärwicklungen des dritten Transformators mit der gleichen Leistungszelle ersten Niveaus koppeln, als phasenverschobene Sekundärwicklungen des zweiten Transformators, die mit der gleichen Leistungszelle zweiten Niveaus gekoppelt sind.In yet another aspect, a system includes a plurality of modular transformers. A first modular transformer includes at least one phase-shifted primary winding to be coupled to a supply and phase-shifted secondary windings, each for coupling to a third-level power cell. A plurality of second modular transformers each include at least one phase-shifted primary winding for coupling to the supply and phase-shifted secondary windings each for coupling to a second level power cell. Several of the phase-shifted secondary windings of the second modular transformers are intended to be connected to the same second-level power cell couple. A plurality of third modular transformers each include at least one phase-shifted primary winding coupled to the supply and phase-shifted secondary windings each for coupling to a first level power cell. The system may be implemented such that a plurality of phase-shifted secondary windings of the third modular transformers are coupled to the same first-level power cell. Further, more of the secondary windings of the third transformer are to couple to the same first level power cell than second transformer phase shifted secondary windings coupled to the same second level power cell.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Detaillierte BeschreibungDetailed description
Ausführungsbeispiele können modulare Transformatoren mit mehreren phasenverschobenen Wicklungen bereitstellen, so dass sie die höchste Leistungsqualität an einem Versorgungsanschluss erreichen, während sie Skalierbarkeit und Modularität für verschiedene Invertertopologien bereitstellen, so wie ein Reihen-H-Brückeninverter. Insbesondere können in verschiedenen Implementierungen sowohl eine Primärwicklung als auch Sekundärwicklungen von jedem modularen Transformator phasenverschoben sein. Besondere Implementierungen einer solchen Phasenverschiebung werden weiter unten diskutiert. Es hat also jeder modulare Transformator eine Primärwicklung, die wenigstens bezüglich seiner benachbarten Transformatoren phasenverschoben ist.Embodiments may provide modular transformers having multiple phase shifted windings to achieve the highest power quality at a supply terminal while providing scalability and modularity for various inverter topologies, such as a series H-bridge inverter. In particular, in various implementations, both a primary winding and secondary windings of each modular transformer may be out of phase. Particular implementations of such a phase shift are discussed below. Thus, each modular transformer has a primary winding which is at least phase shifted with respect to its neighboring transformers.
Durch Bereitstellen von modularer Transformatortechnologie mit angemessener Phasenverschiebung sowohl in sekundären Wicklungen als auch primären Wicklungen können die problematischsten Harmonischen auf der Versorgungsseite des Mehrstufeninverters eliminiert werden. Des weiteren kann durch Bereitstellen von modularen Transformatorkonfigurationen die Notwendigkeit für einen einzigen großen Transformator, der schwierig herzustellen, zu installieren und zu verpacken sein kann, eliminiert werden.By providing modular transformer technology with adequate phase shifting in both secondary windings and primary windings, the most problematic harmonics on the supply side of the multistage inverter can be eliminated. Furthermore, by providing modular transformer configurations, the need for a single large transformer, which may be difficult to manufacture, install, and package, can be eliminated.
In verschiedenen Implementierungen hat jeder Transformator wenigstens einen Satz Primärwicklungen und einen Satz Sekundärwicklungen, wobei sich jeder Satz auf Mehrphasenwicklungen bezieht (z. B. Dreiphasenwicklungen). Wie hierin verwendet, kann eine Wicklung einen Satz von Wicklungen bezeichnen (z. B. einen Satz Sekundärwicklungen, der mit einer Dreiphasenleistungszelle gekoppelt ist). Sowohl Primär- als auch Sekundärwicklungen können zur optimalen Löschung von Harmonischen phasenverschoben sein. Der Grad der Phasenverschiebung von sekundären und primären Wicklungen kann gemäß den folgenden Gleichungen berechnet werden: wobei NT die Anzahl der Transformatormodule ist; Ndc die Anzahl der isolierten Gleichstromquellen ist; NS eine Integer-Anzahl der Anzahl von Sekundärwicklungen in jedem Transformator ist; Nph die Anzahl von Phasen einer Versorgung ist; αsec die Sekundärwicklungenphasenverschiebung in jedem Modul ist; und αprim die Primärwicklungsphasenverschiebung in jedem Modul ist.In various implementations, each transformer has at least one set of primary windings and a set of secondary windings, each set relating to polyphase windings (eg, three phase windings). As used herein, a winding may designate a set of windings (eg, a set of secondary windings coupled to a three-phase power cell). Both primary and secondary windings may be out of phase for optimal cancellation of harmonics. The degree of phase shift of secondary and primary windings can be calculated according to the following equations: where N T is the number of transformer modules; N dc is the number of isolated DC sources; N S is an integer number of the number of secondary windings in each transformer; N ph is the number of phases of a supply; α sec is the secondary winding phase shift in each module; and α prim is the primary winding phase shift in each module.
Wenn beispielsweise die Anzahl von benötigten isolierten Gleichstromquellen Ndc = 9 ist, mit NT = 3 Transformatormodulen (und eine Dreiphasenversorgung angenommen), kann die Phasenverschiebung zwischen Sekundärwicklungen jeden Transformators berechnet werden als: NS = 9/3 = 3; und αsec = 360/18 = 20°. Die Primärwicklungsphasenverschiebung (zwischen jedem Transformator) kann wiederum berechnet werden als: αprim = 20/3 = 6,7°.For example, if the number of DC isolated power sources needed is N dc = 9, with N T = 3 transformer modules (and assuming a three-phase supply), the phase shift between secondary windings of each transformer can be calculated as: N S = 9/3 = 3; and α sec = 360/18 = 20 °. The primary winding phase shift (between each transformer) can in turn be calculated as: α prim = 20/3 = 6.7 °.
Jetzt Bezug nehmend auf
Bei jedem Primärtransformator
Wie des Weiteren in
Die Ausgabe jeder der Sekundärwicklungen
Die modularen Transformatoren können unter Verwendung von Transformatorherstellungstechniken hergestellt werden und verschiedene Arten von Wicklungsgestaltungen sowohl für Primär- als auch für Sekundärwicklungen implementieren. In der in
In verschiedenen Implementierungen versorgt jeder modulare Transformator isoliert Dreiphasenleistung an eine oder mehrere Leistungszellen der gleichen Spannung von jeder Phasenausgabeleitung. Durch Trennen eines Transformators in modulare Einheiten ergibt sich mehr Oberfläche für den Kern und er kann Hitze effektiver ableiten. Des Weiteren kann jedes modulare Kernvolumen in der Größe reduziert sein, da das Wicklungsfenster nur eine oder eine kleine Anzahl von Sekundärwicklungen pro Ausgabephase aufnehmen muss. Zudem wird die Verwendung Von modularen Transformatoren der Unterbringung des Inverters zugute kommen. Allerdings kann die Querschnittsfläche des Kerns im Wesentlichen die gleiche sein wie in einer Implementierung mit einem einzelnen Transformator, um eine gleiche Flussdichte zu gewährleisten. Auch können die sekundären Kupferwicklungen die gleiche Drahtdicke aufweisen, da die Stromdichte konstant bleibt. Während also der mittlere Flusspfad für einen modularen Kern kürzer sein kann, wird das kombinierte Volumen zwischen allen modularen Kernen größer sein als das Volumen eines einzelnen Transformators.In various implementations, each modular transformer provides isolated three-phase power to one or more power cells of the same voltage from each phase output line. By separating a transformer into modular units, there is more surface area for the core and it can dissipate heat more effectively. Furthermore, each modular core volume may be reduced in size since the winding window must accommodate only one or a small number of secondary windings per output phase. In addition, the use of modular transformers will benefit the placement of the inverter. However, the cross-sectional area of the core may be substantially the same as in a single transformer implementation to ensure equal flux density. Also, the secondary copper windings may have the same wire thickness because the current density remains constant. Thus, while the average flux path for a modular core may be shorter, the combined volume between all modular cores will be greater than the volume of a single transformer.
Der modulare Ansatz gestattet, eine einzelne Transformatoreinheit über einen großen Spannungs- und Leistungsbereich zu verwenden. Durch Erhöhen einer Anzahl von modularen Einheiten ist ein Umsetzer in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu höherer Spannung und Leistung mit geringerer harmonischer Verzerrung in der Lage. Modulare Einheiten können leicht entfernt werden, um Kosten zu reduzieren und effizient niedrigere Spannungen unterzubringen. Im Gegensatz dazu müsste ein konventioneller Transformator für andere Raten vollständig neu entworfen werden. Indem stattdessen ein modularer Transformator bereitgestellt wird, können mehr Anbieter in der Lage sein, so einen kleineren Transformator herzustellen.The modular approach allows a single transformer unit to be used over a wide voltage and power range. By increasing a number of modular units, a converter in accordance with one embodiment of the present invention is capable of higher voltage and lower harmonic distortion performance. Modular units can be easily removed to reduce costs and efficiently accommodate lower voltages. In contrast, a conventional transformer would have to be completely redesigned for other rates. By providing a modular transformer instead, more suppliers may be able to make such a smaller transformer.
Modulare Transformatoren in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können eine Vielfalt von Vorteilen bereitstellen, einschließlich besserer Löschung von Harmonischen und Zuverlässigkeit. Bezüglich der Vorteile der Löschung von Harmonischen, können diese modularen Transformatoren bessere Leistungsqualität in der Versorgung bereitstellen, da durch die Phasenverschiebung der Primärseite und der Sekundärseite eine N-Impulsausgabe erhalten werden kann, die eine harmonische Verzerrung im Versorgungsstrom aufweist, die geringer ist als die Anforderungen des
Des Weiteren können modulare Transformatoren Fortschritte in der Zuverlässigkeit bereitstellen, da verschiedene Bedenken, die einem einzigen Transformator innewohnen, durch Bereitstellen von vielen kleineren modularen Transformatoren vermieden werden können. Zum Beispiel können Bedenken bezüglich Kurzschlüssen von Wicklung zu Wicklung reduziert werden, indem die mehreren Sekundärseiten in verschiedenen modularen Transformatoren isoliert werden. Des Weiteren können thermische Effekte entfernt werden, so wie ein Skineffekt, der verursacht wird, in dem andere Wicklungen über inneren Wicklungen konfiguriert werden. Des Weiteren kann durch Bereitstellen kleinerer getrennter modularer Transformatoren eine Lawine von Fehlern vermieden werden. Des Weiteren können, indem viele Transformatoren vorhanden sind, im Falle eines Fehlers von einem Transformator die verbleibenden Transformatoren einen weiteren Systembetrieb gestatten, trotz eines möglicherweise niedrigeren Leistungsniveaus. Ausführungsbeispiele können des Weiteren verschiedene Bypass- oder Umschaltmechanismen umfassen, um so eine dynamische Entfernung von einem oder mehr Transformatoren im Falle eines Fehlers zu ermöglichen. Außerdem werden durch modulare Transformatoren im Vergleich zu einem einzelnen Transformator mit vielen Sekundärseiten Leckflüsse reduziert. Kleinerer Leckfluss bedingt eine bessere Verwendung von Eisen und geringere Kernverluste.Furthermore, modular transformers can provide advances in reliability as various concerns inherent in a single transformer can be avoided by providing many smaller modular transformers. For example, concerns about short circuits from winding to winding can be reduced by isolating the multiple secondary sides in different modular transformers. Furthermore, thermal effects can be removed, such as a skin effect caused by configuring other windings over inner windings. Furthermore, by providing smaller separate modular transformers, avalanche of errors can be avoided. Further, by having multiple transformers in place, in the event of a fault from a transformer, the remaining transformers may permit further system operation despite a potentially lower power level. Embodiments may further include various bypass or switching mechanisms so as to enable dynamic removal of one or more transformers in the event of a fault. In addition, modular transformers reduce leakage in comparison to a single transformer with many secondary sides. Smaller leakage causes better use of iron and lower core losses.
Wie in
In dem Beispiel von
Des Weiteren versteht sich, dass in einigen Implementierungen ein Inverter, der aus mehreren modularen Transformatoren und entsprechenden Leistungszellen gebildet ist, wenigstens einen Transformator umfassen kann, der nicht phasenverschoben ist. Allerdings können die Leistungszellen, die Leistung von solch einem nicht phasenverschobenen Transformator empfangen, unter Verwendung von elektronischen Mitteln gesteuert werden, so dass eine relativ harmonische verzerrungsfreie Sinuswellenausgabe ermöglicht wird. Somit können einige Ausführungsbeispiele eine Kombination von aktiven und passiven Gleichrichtern ermöglichen. Die phasenverschobenen Transformatoren können nämlich passive Phasengleichrichter bereitstellen, so wie Diodengleichrichter, während aktive Phasenverschiebungen, so wie in der Form von Eingangsschaltmechanismen von Leistungszellen, die mit einem nicht phasenverschobenen Transformator gekoppelt sind, eine äquivalente Steuerung eines Inverters ermöglichen. In solchen Fällen kann daher ein äquivalenter N-Impulsinverter unter Verwendung einer Kombination von phasenverschobenen und nicht phasenverschobenen Transformatoren realisiert werden.Further, it is understood that in some implementations, an inverter formed from multiple modular transformers and corresponding power cells may include at least one transformer that is not out of phase. However, the power cells that receive power from such a non-phase-shifted transformer may be controlled using electronic means, thus allowing relatively harmonic distortion-free sine wave output. Thus, some embodiments may enable a combination of active and passive rectifiers. Namely, the phase-shifted transformers can provide passive phase rectifiers, such as diode rectifiers, while active phase shifts, such as in the form of input switching mechanisms of power cells coupled to a non-phase-shifted transformer, allow for equivalent control of an inverter. In such cases, therefore, an equivalent N-pulse inverter can be realized using a combination of phase shifted and non-phase shifted transformers.
Des Weiteren versteht sich, dass während sie in einem Dreiphasensystem in dem Ausführungsbeispiel von
Jetzt bezugnehmend auf
Die Sekundärwicklungen
Jetzt Bezug nehmend auf
Jetzt Bezug nehmend auf
Ausführungsbeispiele können auch an asymmetrischen kaskadierten Mehrniveauinvertern angewandt werden.
Wie in
Jetzt Bezug nehmend auf
Wie in dieser Implementierung gezeigt, können Sekundärwicklungen
Insbesondere wie in
Wie oben erwähnt, kann in anderen Implementierungen eine Kombination von aktiver und passiver Phasenverschiebung in einem Inverter vorhanden sein. Jetzt Bezug nehmend auf
Nichtsdestoweniger können die Wicklungssätze der primärseitigen und sekundärseitigen Transformatormodule
Des Weiteren, durch Bereitstellen eines aktiven Eingangs stellt diese Implementierung die Möglichkeit zur teilweisen Regeneration bereit. Natürlich sind andere Implementierungen unter Verwendung von verschiedenen Kombinationen von aktiven und passiven Transformatoren möglich, wie auch ein Steuermittel zum aktiven Steuern von einer oder mehr Leistungszellen. Beachten Sie in dem Ausführungsbeispiel von
Während die vorliegende Erfindung mit Bezug auf eine beschränkte Anzahl von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, werden Fachleute zahlreiche Modifikationen und Variationen davon erkennen. Es ist vorgesehen, dass die angehängten Ansprüche alle solche Modifikationen und Variationen abdecken, die in den wahren Geist und Bereich der vorliegenden Erfindung fallen.While the present invention has been described with reference to a limited number of embodiments, those skilled in the art will recognize numerous modifications and variations thereof. It is intended by the appended claims to cover all such modifications and variations that fall within the true spirit and scope of the present invention.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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- Standard IEEE 519 [0054] Standard IEEE 519 [0054]
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9825551B2 (en) | 2012-01-31 | 2017-11-21 | General Electric Technology Gmbh | Converter and electric generator in which groups of windings are used to generate output voltages according to a power requirement |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130258729A1 (en) * | 2012-03-29 | 2013-10-03 | Delta Electronics, Inc. | Medium voltage power apparatus |
CN205093032U (en) * | 2012-10-18 | 2016-03-16 | 海别得公司 | Plasma arc cutting system |
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CN106104996B (en) * | 2014-02-03 | 2019-07-05 | 约翰逊控制技术公司 | Multiple-pulse constant-voltage transformer for the variable speed drive in chiller applications |
AU2016202657B2 (en) | 2015-04-28 | 2021-02-04 | Joy Global Surface Mining Inc | Multi-pulse transformer for use with an industrial machine |
CN106953532B (en) * | 2017-04-24 | 2019-04-02 | 福州大学 | The improvement topology and its implementation of multiple-pulse AC/DC converter in a kind of HVDC and VFD system |
CN107896065B (en) * | 2017-11-21 | 2019-12-06 | 北京合力电气传动控制技术有限责任公司 | High-power high-voltage frequency converter and control method, device and system thereof |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5638263A (en) * | 1994-03-01 | 1997-06-10 | Halmar Robicon Group | Low and medium voltage PWM AC/DC power conversion method and apparatus |
US5625545A (en) * | 1994-03-01 | 1997-04-29 | Halmar Robicon Group | Medium voltage PWM drive and method |
GB2330254B (en) * | 1997-10-09 | 2000-10-18 | Toshiba Kk | Multiple inverter system |
US6150731A (en) * | 1999-02-16 | 2000-11-21 | Electric Boat Corporation | Integrated high frequency marine power distribution arrangement with transformerless high voltage variable speed drive |
US6301130B1 (en) * | 1999-09-01 | 2001-10-09 | Robicon Corporation | Modular multi-level adjustable supply with parallel connected active inputs |
US6697271B2 (en) * | 2000-08-16 | 2004-02-24 | Northrop Grumman Corporation | Cascaded multi-level H-bridge drive |
CA2619724C (en) * | 2005-08-18 | 2012-10-30 | Siemens Energy & Automation, Inc. | System and method for limiting ac inrush current |
CN2919679Y (en) * | 2006-04-17 | 2007-07-04 | 山东新风光电子科技发展有限公司 | Mulriple rectifier equipment consisting of twelve commutating pulses |
-
2009
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Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Standard IEEE 519 |
Standards IEEE 519 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9825551B2 (en) | 2012-01-31 | 2017-11-21 | General Electric Technology Gmbh | Converter and electric generator in which groups of windings are used to generate output voltages according to a power requirement |
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WO2010036666A2 (en) | 2010-04-01 |
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