CN101188385B - 一种五电平高压变频器 - Google Patents
一种五电平高压变频器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101188385B CN101188385B CN2007101144607A CN200710114460A CN101188385B CN 101188385 B CN101188385 B CN 101188385B CN 2007101144607 A CN2007101144607 A CN 2007101144607A CN 200710114460 A CN200710114460 A CN 200710114460A CN 101188385 B CN101188385 B CN 101188385B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- voltage
- circuit
- inverter
- groups
- level
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
本发明涉及多电平高压变频器技术领域，特别涉及一种基于混联器件组成的五电平变频器，及其控制方法。本发明的五电平变频器，是由高压整流电路、高压电容滤波电路、均压电路和逆变电路依次连接，其特别之处在于：所述的逆变电路采用IGBT和IGCT的一种或两种器件组成逆变器，采用二极管钳位五电平结构，三个桥臂相同的逆变器。本发明的优点在于：对信号的低电压区，可提供较高的分辨率，获得更好的谐波特性；对信号的高电压区，既可以获得良好的输出特性，又能获得高压大功率输出；同时具有控制简单，安全可靠。
Description
(一)技术领域
本发明涉及多电平高压变频器技术领域，特别涉及一种基于混联器件组成的五电平高压变频器，及其控制方法。
(二)背景技术
随着现代电力电子器件的发展，其电压等级不断提高，但是直接用高电压等级的功率器件做高压变频器还是存在很多的缺陷：1、器件的耐压等级越高，其du/dt就越大，对电机的绝缘不利；2、器件受到耐压材料的限制，不可能无限制的提高。目前，高压变频器一般都采用输入端加移相变压器的方法解决器件耐压不足的问题，但是，由于输入端有移相变压器，使得整机损耗高体积庞大，不利于产品向小型化、低成本、高效率方向发展。
(三)发明内容
本发明的目的就是要提供一种基于混联器件组成的五电平高压变频器，对信号的低电压区，可提供较高的分辨率，获得更好的谐波特性；对信号的高电压区，即可以获得良好的输出特性，又能获得高压大功率输出；同时具有控制简单，安全可靠。
本发明是通过以下措施来实现的：
本发明的五电平高压变频器，是由高压整流电路、高压电容滤波电路、均压电路和逆变电路依次连接，其特别之处在于：所述的逆变电路采用IGBT和IGCT的一种或两种器件组成逆变器，采用二极管钳位五电平结构，三个桥臂相同的逆变器。
本发明的五电平高压变频器，所述的整流电路是由电源变压器和二极管整流电路组成，变压器具有4个副边绕组，其中两组为星形接法，两组为三角形接法，四组三相桥式整流提供四个合适的电压，作为逆变器的供电电源及钳位电源；对于同一器件组成的五电平，各副边绕组均为原边的1/4；对于两种不同器件混合式，副边绕组中，两组为原边的1/6，另两组为原边的1/3。
本发明的五电平高压变频器，所述的整流电路还可以为PWM整流电路。
本发明的五电平高压变频器，高压整流电路的电源为一对辅助电源，辅助电源由一辅助变压器提供，辅助变压器的两个副边绕组分别为角接或星接，辅助电源的大小均为主电源电压的1/6。
本发明整流电路的优点在于：变频器的高压整流电路，可以采用下列结构形式中的任一种来实现其AC/DC功能：
(1)高压变频器输入端通过三相电源变压器，变压器具有4个三相副边绕组，其中两组为星形接法，两组为三角形接法，四组三相桥式二极管不控整流提供四个相等的电压，作为逆变器的供电电源及钳位电源，如图2所示。
(2)变频器的前端为PWM整流电路，采用二极管钳位五电平结构，三个桥臂相同的整流电路，其中一个桥臂的电路如图3所示。
在需要实现四象限运行时，整流电路的形式与逆变器电路结构完全相同。若不需要实现四象限运行时，其中一半整流功率开关可以用二极管代替。为得到各钳位电位均衡，设置强制均压电路，强制均压电路如图4所示。
(3)变频器的前端为PWM整流电路，同时设置一对辅助电源，简化强制均压电路，简化强制均压电路如图5所示。
辅助电源由一辅助变压器提供，辅助变压器的两个副边绕组分别为角接或星接。一对辅助电源的大小均为主电源电压的1/6。
本发明逆变器采用混联结构电路的优点在于：高压逆变电路采用IGBT与IGCT两种器件共同组成逆变器，采用二极管钳位五电平结构，三个桥臂相同的逆变器，其中一个桥臂的电路如图6所示。其中，当IGBT采用3300V电压等级器件，IGCT采用4500V电压等级器件时，可实现6000V输出。IGBT与IGCT的工作电压不同，因此，钳位电压亦不同，VC1＝2VC2。VC1与VC2的比也可为其他合适数值，IGBT与IGCT采用不同的调制频率，此发明中的调制波为下述形式的四个三角波。如图7所示。其中，中间两个三角波幅度为两边三角波幅度的一半，两者幅度比等于钳位电压VC1与VC2之比，中间载波的频率高于两边的三角波频率。
本发明频率调制的优点在于：对信号的低电压区，即信号过零附近，电压变化率大，这时采用较高频率调制，可提供较高的分辨率，获得更好的谐波特性。这一区间，如果开关器件为IGBT，可以工作在较高频率。对于信号的高电压区，信号的电压变化率小，可以用较低的频率调制。这一区间，如果开关器件为IGCT，它的工作电压比较高，这样，两种器件配合工作，可以即获得良好的输出特性，又能获得高压大功率输出。
(四)附图说明
图1是本发明的五电平高压变频器的结构框图
图中：1、整流电路2、滤波电路3、均压电路4、逆变电路。
图2是本发明的带输入变压器的整流电路图。
图3是本发明的PWM整流电路单相电路图。
图4是本发明的强制均压电路图。
图5是本发明的简化均压电路图。
图6是本发明的逆变电路中的一个桥臂电路图。
图7是本发明的混合载波波形图。
上述附图中，逆变电路等各由相同的三部分组成，附图中只画出各相同部分中的一相电路，以说明各相同部分的电路原理。
(五)、具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作具体说明。
如图1所示，三相高压6KV-10KV交流电直接送入整流单元1进行整流，通过电容电路2和强制均压电路3，然后送入高压逆变单元电路4，高压逆变单元电路4直接输出三相高压6KV-10KV交流电。
如图2所示，高压变频器带输入变压器的整流电路结构为：电源变压器的四个副边绕组T2、T3、T4、T5的接法为，T2、T5为三角形接法，T3、T4为星形接法。T2组的三相整流滤波器件由二极管V1、V2、V3、V4、V5、V6接成三相桥式不控整流，电容C1进行滤波。其他T3、T4、T5三组与T2结构相同，四组以串联的形式接于正负电源母线之间，并以A、B、C点为电压输出端。
如图3所示，高压变频器PWM整流单元的单相电路结构为：整流器件在正负母线之间以串联的形式连接，以点R为中心分为上下桥臂。其中，V1、V2、V14、V16为快恢复二极管；S1、S2为可控器件IGBT；Sa1、Sa2为可控器件IGCT。钳位二极管的接法为：快恢复二极管V3、V4、V6、V9串联后，其负端接于V1、V2之间，其正端接于Sa2的阴极与S2的集电极之间，V3、V4之间为钳位点A；快恢复二极管V5、V7、V10、V12串联后，其负端接于V2负极与S1集电极之间，其正端接于S2发射极与V14负极之间，V7、V10之间为钳位点B；快恢复二极管V8、V11、V13、V15串联后，其负端接于S1发射极与Sa1阳极之间，其正端接于V14、V16之间，V13、V15之间为钳位点C。
如图4所示，电容强制均压电路结构为：滤波电容C1、C2、C3、C4以及可控器件S1、S2、S3、S4都以串联的形式接于正、负母线之间。其中，可控器件S1的发射极与S2的集电极之间通过接一滤波电感L1与电容C1、C2之间相接，钳位点A与整流电路钳位点A相接。可控器件S2的发射极与S3的集电极之间与滤波电感L2的一端及电容C2、C3之间B点相接，钳位点B与整流电路钳位点B相接。可控器件S3的发射极与S4的集电极之间通过接一滤波电感L3与电容C3、C4之间相接，钳位点C与整流电路钳位点C相接。可控器件S5的发射极与S6的集电极之间通过接一滤波电感L2与可控器件S2的发射极与S3的集电极之间及B点相接。S5的集电极接于A点，S6的发射极接于C点。
如图5所示，高压变频器简化均压电路的结构为：辅助电源变压器的两个副边绕组T02、T03的接法为，T02为三角形接法，T03为星形接法。T02组的三相整流滤波器件由二极管V1、V2、V3、V4、V5、V6接成三相桥式整流，T03组的三相整流滤波器件由二极管V7、V8、V9、V10、V11、V12接成三相桥式整流，同时电容C1、C2、C3、C4以串联的形式接于正负母线之间，组成滤波电路。两组整流电压以串联的形式连接后，其A、B、C点分别连接于：A点接于C1、C2之间；B点接于C2、C3之间；C点接于C3、C4之间。可控器件S1集电极接于正母线P+，发射极通过一电感L1接于A点，可控器件S2集电极通过一电感L2接于C点，发射极接于负母线P-。
如图6所示，可控器件混合式逆变单元的单相电路结构为：可控器件在正负母线之间以串联的形式连接，以点U为中心分为上下桥臂。其中，Sa13、Sa22、Sa25、Sa34为可控器件IGCT；S16、S19、S28、S31为可控器件IGBT；钳位二极管的接法为：快恢复二极管V17、V19、V22、V25串联后，其负端接于Sa13的阴极与S16集电极之间，其正端接于Sa25的阴极与S28的集电极之间，V17、V19之间为钳位点A，并与其余两桥臂的同一点及整流桥、强制均压电路中的钳位点A连接在一起；快恢复二极管V18、V21、V24、V27串联后，其负端接于S16的发射极与S19的集电极之间，其正端接于S28的发射极与S31的集电极之间，V21、V24之间为钳位点B，并与其余两桥臂的同一点及整流桥、强制均压电路中的钳位点B连接在一起；快恢复二极管V20、V23、V26、V28联后，其负端接于S19的发射极与Sa22阳极之间，其正端接于S31的发射极与Sa34的阳极之间，V26、V28之间为钳位点C。并与其余两桥臂的同一点及整流桥、强制均压电路中的钳位点C连接。
本发明的基于混联器件组成的五电平高压变频器及其控制方法，其逆变器采用混合结构电路的特征在于：高压逆变电路采用IGBT与IGCT两种器件共同组成逆变器，采用二极管钳位五电平结构，三个桥臂相同的逆变器。其中，当IGBT采用3300V电压等级器件，IGCT采用4500V电压等级器件时，可实现6000V输出。IGBT与IGCT的工作电压不同，因此，钳位电压亦不同，VC1＝2VC2，VC1与VC2的比也可为其他合适数值。
IGBT与IGCT采用不同的载波频率，此发明中的载波为四个一定形式的三角波。其中，中间两个三角波幅度为两边三角波幅度的一半，两者幅度比等于钳位电压VC1与VC2之比，但是频率高于两边的三角波频率。
本发明的基于混联器件组成的五电平高压变频器及其控制方法，频率调制的特征在于：对信号的低电压区，即信号过零附近，电压变化率大，这时采用较高频率调制，可提供较高的分辨率，获得更好的谐波特性。这一区间，如果开关器件为IGBT，可以工作在较高频率。对于信号的高电压区，信号的电压变化率小，可以用较低的频率调制。这一区间，如果开关器件为IGCT，它的工作电压比较高，这样，两种器件配合工作，可以即获得良好的输出特性，又能获得高压大功率输出。
本发明的基于混联器件组成的五电平高压变频器及其控制方法，逆变器电路采用混联结构，其特征在于：逆变器的采用不同电压等级的现代电力电子全控器件有利于用低电平数输出高电压，同时采用载波混合控制技术有利于减小整机du/dt及简化输出滤波电路结构。
Claims (2)
1.一种五电平高压变频器，是由高压整流电路(1)、高压电容滤波电路(2)、均压电路(3)和逆变电路(4)依次连接，其特征在于：所述的逆变电路采用IGBT和IGCT的一种或两种器件组成逆变器，所述的逆变器为三个桥臂相同的二极管钳位五电平结构；所述的高压整流电路是由电源变压器和二极管整流电路组成，所述的电源变压器具有4个副边绕组，其中两组为星形接法，两组为三角形接法，所述的二极管整流电路为四组三相桥式整流电路，四组三相桥式整流电路提供四个电压，作为逆变器的供电电源及钳位电源；对于由IGBT和IGCT之一的同一器件组成的逆变器，电源变压器的每个副边绕组均为原边的1/4；对于由IGBT和IGCT两种不同器件组成的混合式逆变器，电源变压器的两组副边绕组为原边的1/6，电源变压器的另两组副边绕组为原边的1/3。
2.根据权利要求1所述的五电平高压变频器，其特征在于：采用PWM整流电路代替所述的高压整流电路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2007101144607A CN101188385B (zh) | 2007-11-21 | 2007-11-21 | 一种五电平高压变频器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2007101144607A CN101188385B (zh) | 2007-11-21 | 2007-11-21 | 一种五电平高压变频器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101188385A CN101188385A (zh) | 2008-05-28 |
| CN101188385B true CN101188385B (zh) | 2011-01-12 |
Family
ID=39480619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2007101144607A Active CN101188385B (zh) | 2007-11-21 | 2007-11-21 | 一种五电平高压变频器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101188385B (zh) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101826838B (zh) * | 2010-05-11 | 2012-07-04 | 北京乐普四方方圆科技股份有限公司 | 一种高能效igbt直接串联多电平高压变频调速装置 |
| CN102244477A (zh) * | 2011-07-07 | 2011-11-16 | 西南交通大学 | 具有直流电容辅助均压电路的多电平变换器 |
| CA2853868A1 (en) * | 2011-11-15 | 2013-05-23 | Alstom Technology Ltd | A power electronic module |
| CN102891611B (zh) * | 2012-06-30 | 2014-10-08 | 华为技术有限公司 | 五电平功率变换器及其控制方法、控制装置 |
| CN104578816B (zh) * | 2014-12-23 | 2017-04-26 | 西安交通大学 | 一种带有飞跨电容辅助桥臂的钳位型五电平背靠背变流器 |
| CN105207476B (zh) * | 2015-07-17 | 2019-10-11 | 西安交通大学 | 一种基于电容分压结构的高压直流变压器及其控制方法 |
| CN106253773A (zh) * | 2016-07-29 | 2016-12-21 | 无锡研奥电子科技有限公司 | 步进电机控制系统 |
| CN107482943B (zh) * | 2017-07-03 | 2019-07-30 | 中国科学院电工研究所 | 一种多电平变换器直流电容组的均压电路 |
| EP3910773A1 (en) * | 2020-05-14 | 2021-11-17 | ABB Schweiz AG | Multi-level ac, alternating current, to dc, direct current, converter |
-
2007
- 2007-11-21 CN CN2007101144607A patent/CN101188385B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101188385A (zh) | 2008-05-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101188385B (zh) | 一种五电平高压变频器 | |
| US9331595B2 (en) | Multi-level inverter | |
| CN110460260B (zh) | 一种变换器及供电系统 | |
| CN104638940A (zh) | 基于级联模块化多电平的电力电子变压器 | |
| EP3837759A1 (en) | Electrical power converter | |
| CN106230268A (zh) | 一种交错并联llc谐振dc/dc功率变换器 | |
| CN108923663B (zh) | 单相双极性ac-ac变换器拓扑结构及其调制方法 | |
| CN110798074A (zh) | 一种级联型单相交流转直流隔离变换器 | |
| CN212969455U (zh) | 一种并联交错全桥llc电路 | |
| CN112688572A (zh) | 一种双向dc-dc变换器 | |
| CN104883084B (zh) | 一种中点箝位型级联h桥混合多电平变流器 | |
| CN100596008C (zh) | 一种七电平高压变频器 | |
| CN210578295U (zh) | 混合多电平逆变器及高铁永磁牵引系统 | |
| CN113924724A (zh) | 一种电力电子变压器及供电系统 | |
| CN114567191B (zh) | 一种基于混合mmc的btb换流器及其控制方法 | |
| CN215186501U (zh) | 一种ntps功率主电路结构及设备 | |
| CN113659608B (zh) | 一种隔离级同步调制的混合多电平sst拓扑及控制方法 | |
| CN215871226U (zh) | 一种混合钳位五电平电压源型变换器 | |
| CN214045457U (zh) | 一种双向dc-dc变换器 | |
| CN206077236U (zh) | 一种电桥结构、换流电路及电力电子变压器 | |
| CN108551267B (zh) | 功率单元组成的高压变频装置 | |
| CN100596009C (zh) | 一种七电平变频调速器装置 | |
| CN100596010C (zh) | 一种五电平变频调速器装置 | |
| CN209432992U (zh) | 一种直流电流互感器现场校验用的电流标准源电路 | |
| CN104767394A (zh) | 一种单相半桥多电平交-直-交变换器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee |
Owner name: XINFENGGUANG ELECTRONICS TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER NAME: SHANDONG XINFENG PHOTOELECTRIC SCIENCE + TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO., LTD. |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: County Road 272500 square Shandong city of Jining province Wenshang County No. 2 Patentee after: Shandong Xinfengguang Electronic Technology Development Co., Ltd. Address before: County Road 272500 square Shandong city of Jining province Wenshang County No. 2 Patentee before: Shandong Xinfeng Photoelectric Science & Technology Development Co., Ltd. |