CN102067431A - 电源变换设备和电源装置 - Google Patents

Abstract

一种电源变换单元包括多个电压变换单元，每个包括多个输出端，每个输出端适合于输出电压信号且每个被耦合到被磁性地耦合到同一桥间变压器的次级线圈的桥间变压器的初级线圈的第一接头，其中，第一线圈的输出端被连接到相继桥间变压器的第二接头，其中，第二线圈的第一接头被连接到最终输出节点，其中，相继桥间变压器是用于最后一个桥间变压器的第一桥间变压器，其中，与每个电压变换单元有关的多个桥间变压器的组件被组合成一个可制造单元。

Description

电源变换设备和电源装置

技术领域

本发明涉及电源变换设备。

此外，本发明涉及电源装置。

背景技术

电源变换设备被用于电源生成以用于使发电设备的可变电压、可变频率和变化的功率特性适合、特别地匹配电力网络或电网的一般固定的频率和固定的电压特性。

按照惯例，电源变换设备包括适合于将不同相位的AC电压信号转换成不同相位的DC电压信号或反之亦然的至少一个电压变换单元。此外，所述电源变换设备包括适合于对电源变换单元的电压信号进行操作的至少一个相间变换单元。公共节点被用于将由相间变化单元输出的已变换电压信号组合。在使用相间变换单元时，总电源变换设备的通常三个相本身中的每一个均具有被与相间变换系统组合的子相（sub-phase）。

US 5,852,554公开了包括第一、第二和第三电源逆变（inverting）单元和第一、第二和第三相间反应器的电源逆变器。所述电源逆变单元被布置和构造为适合于被并行地驱动。每个逆变单元输出第一、第二和第三电压信号，逆变单元之一的第一、第二和第三电压信号的相位彼此不同，并且不同逆变单元的第一、第二和第三电压信号分别彼此相同。每个相间反应器适合于对相同相位的电压信号进行操作并包括三个相间变换单元，即三个线圈。相间反应器之一的每个线圈被电连接到电源逆变单元的一个不同输出端。相同相的已变换第一、第二和第三电压信号被组合，使得生成第一、第二和第三输出电压信号。用于给定相位的三个电压源的组合分别导致被指向可以是发电机或网络的负载的单相输出电压。

WO 2008/030919 A2公开了包括被相互并联地电连接的第一、第二和第三转换单元的多相变换器。每个转换单元适合于输出不同相位的电压信号。不同相位的这些第一、第二和第三电压信号中的每一个被馈送到第一、第二和第三变压器中的不同的一个。第一、第二和第三变压器中的每一个包括被相互磁性地耦合的两个线圈。由第一、第二和第三变压器输出的已变换第一、第二和第三电压信号被取平均值并馈送到公共节点，使得生成单相的输出电压信号。对完整的电源变换设备中的通常三个相中的每一个重复此操作。

然而，已知电源变换设备受困于非常复杂的结构设计。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种电源变换设备和包括电源变换设备的电源装置，其中，所述电源变换设备和所述电源装置提供改进的结构设计。

为了实现上述目的，提供了一种电源变换设备和一种电源单元。

根据本发明的示例性方面，提供了包括每个包括两个输出端的多个N个电压变换单元的电源变换设备，其中，每个电压变换单元适合于在第一输出端处输出第一相位的第一电压信号，并在第二输出端处输出第二相位的第二电压信号。此外，所述电源变换设备还包括多个N个第一相间变换单元，每个包括被磁性地耦合的初级线圈和次级线圈，其中，所述多个N个变换单元中的每一个的第一输出端被连接到所述多个第一相间变换单元中的不同的一个的初级线圈，其中，所述多个第一相间变换单元中的每一个的初级线圈被电连接到所述多个N个第一相间变换单元中的另一个的一个次级线圈。此外，所述电源变换设备还包括多个N个第二相间变换单元，每个包括被磁性地耦合的初级线圈和次级线圈，其中，所述多个N个电压变换单元中的每一个的第二输出端被连接到所述多个N个第二相间变换单元中的不同的一个的初级线圈，其中，所述多个第二相间变换单元中的每一个的初级线圈被电连接到所述多个N个第二相间变换单元中的另一个的一个次级线圈，其中，所述多个N个第一相间变换单元和所述多个N个第二相间变换单元被分组成N组相间变换单元，每个包括所述N个第一相间变换单元中的一个和所述N个第二相间变换单元中的一个，其中，所述N组相间变换单元中的每一个被组合在一个模块化单元中。

特别地，所述第一电压信号的第一相位可以是相同的。或则，基波（fundamental）电压和相位可以是相同的，但是每个电压变换单元的谐波电压的相位可以是不同的（相差360度/电压变换单元的数目），因此，该组合在基本PWM频率下可以导致零发射。或者，这可以在相对于另一个电压变换单元对每个电压变换单元应用相移脉宽调制模式时实现，例如目的是实现公共节点处的更高效的转换频率。例如，当使用每个具有2.5kHz的PWM频率、但彼此时间偏移100微秒的4个并联电压变换单元时，可以导致在公共节点处测量的10 kHz的转换频率。此外，每个模块化单元可以形成被布置在公共载体、板或支撑体上的一个可制造单元。特别地，第一相位和第二相位可以彼此不同，例如第二相位相对于第一相位可以具有120°或-120°的相差。

根据另一示例性方面，一种可连接到供电网络的电源装置包括用于产生电压信号的发电设备和根据示例性方面的电源变换设备。

术语“相间变换单元”可以特别地表示适合于例如将电压信号从第一电平变换到第二电平的任何变换单元。特别地，第一电平可以是高电压电平，并且第二电平可以是低电压电平，命名“第一”和“第二”是互相可互换的。特别地，术语“相间变换单元”可以与术语“相间反应器”、“桥间变换单元”和/或“桥间反应器”同样地使用，术语“相间”和“桥间”可能分别缩写为“IPT”和“IBT”。特别地，相间变换单元可以包括变压器。

术语“初级线圈”和“次级线圈”可以特别地分别表示“第一线圈”和“第二线圈”。

根据示例性方面，可以提供一种电源变换设备，其可以包括多个电压变换单元，其中的每一个适合于在所述电压变换单元的第一输出端处输出第一相位的第一电压信号。所述第一相位可以彼此相同。特别地，所述多个电压变换单元可以被彼此相同地设计，并且可以适合于将AC电压信号转换成DC电压信号，或者可以适合于将DC电压信号转换成AC电压信号。可以提供多个第一相间变换单元，其中，第一相间变换单元中的每一个可以与所述电压变换单元中不同的一个相关联，因为每个电压变换单元的第一输出端可以被电连接到所述多个第一相间变换单元中的不同的一个。因此，所述电压变换单元可以被相互并联地电连接。每个第一相间变换单元可以包括初级和次级线圈，其可以被相互磁性地耦合，使得可以由每个第一相间变换单元来提供一个磁路。特别地，所述第一相间变换单元的初级和次级线圈可以仅被相互磁性地耦合。每个第一变换单元的初级线圈和每个第一相间变换单元的次级线圈可以被相互电连接，使得可以提供所述相间变换单元的循环环形结构。此外，每个第一相间变换单元可以适合于输出已变换第一电压信号。特别地，所述第一相间变换单元可以在物理上被以行或连续（in a series）布置，使得所述多个第一相间变换单元中的一个相间变换单元可以包括所述多个第一相间变换单元之中的两个相邻相间变换单元，除此系列中的第一个和最后一个第一相间变换单元之外。特别地，连续排列的所述多个第一相间变换单元中的每一个的每个初级或次级线圈可以被磁性地耦合到同一第一相间变换单元的各次级或初级线圈和所述多个第一相间变换单元中的相邻的一个的各次级或初级线圈，除该系列中的所述多个第一相间变换单元中的第一个的次级线圈和该系列中的所述多个第一相间变换单元中的最后一个的次级线圈。特别地，沿电压信号传输方向、即沿第一电压信号的信号传输方向看，所述多个第一相间变换单元中的相间变换单元的初级线圈的绕组的旋转方向可以是顺时针方向。特别地，可以相反地布置所述多个第一相间变换单元中的相间变换单元的次级线圈，其中，沿电压信号传输方向、即沿输出的已变换第一电压信号的方向看，所述多个第一相间变换单元中的相间变换单元的次级线圈的绕组的旋转方向可以是顺时针方向。

特别地，每个电压变换单元的第一输出端可以被电连接到所述多个第一相间变换单元中的一个的初级线圈的第一输入接头。特别地，所述多个第一相间变换单元中的一个的初级线圈的输出端可以被电连接到所述多个第一相间变换单元中的另一个的次级线圈的输入接头。特别地，所述多个第一相间变换单元中的一个的次级线圈的输出接头可以被电连接到负载，特别地电连接到所述多个第一相间变换单元中的所有相间变换单元的公共负载。

应注意的是所有上述特性对于所述多个第二相间变换单元也是有效的。

特别地，每个已变换电压信号可以源自于包括两个线圈的电信号路径，所述两个线圈即所述多个第一相间变换单元中的一个相间变换单元的初级线圈和所述多个第一相间变换单元中的另一相间变换单元的次级线圈。因此，可以生成相等的已变换第一电压信号，并且可以便于对已变换第一电压信号的后续操作。

此外，电源变换设备的容易且具有成本效益的结构设计可以源自于所述特定实施例，因为根据电压变换单元和相间变换单元的常规组件被以非常容易的方式组合。特别地，提供其它电压变换单元和第一相间变换单元可以在缩放（scaling）输出额定功率时产生电源变换设备的非常模块化的布置。特别地，模块中或公共载体上的成组的相间变换单元的布置可以是使得能够实现整个电源变换设备的模块化可伸缩性的有效方式。例如，附加电压变换单元和各组相间变换单元可以容易地连接到现有电源变换设备。

此外，由于将被取平均值并馈送给公共节点的第一电压信号的数目可以根据在电源变换设备的公共负载处生成的期望额定功率而变，所以特别地当预定应用的额定功率增加时，则可能必须增加提供电压平均功能的相间变换单元的数目。因此，可以以非常容易的方式实现改变期望额定功率，特别是额定功率的增加或减小。特别地，通过仅包括或删除电压变换单元和相间变换单元的各模块，可以调整所提供的功率输出。

接下来，将解释电源变换设备的其它示例性实施例。然而，这些实施例还适用于电源装置。

根据示例性实施例，所述电源变换设备还包括第一公共节点，其中，所述多个第一相间变换单元中的每一个的次级线圈可以被电连接到第一公共节点。特别地，所述电源变换设备可以包括第二公共节点，其中，所述多个第二相间变换单元中的每一个的次级线圈被电连接到所述第二公共节点。因此，可以基于相同相位的第一电压信号来生成单相的输出电压信号。此外，可以分别通过增加或减少被相互并联地电连接的电压变换单元的数目来实现被输入到电压变换单元的电压信号的放大或缩小（up or down scaling）。

根据电源变换设备的示例性实施例，所述多个N个电压变换单元中的每一个包括第三输出端，其中，每个电压变换单元适合于在第三输出端出输出第三相位的第三电压信号。此外，所述电源变换设备还包括多个N个第三相间变换单元，每个包括被磁性地耦合的初级线圈和次级线圈，其中，所述多个N个电压变换单元中的每一个的第三输出端被电连接到所述N个第三相间变换单元中的不同的一个的初级线圈。此外，所述多个N个第三相间变换单元中的每一个的初级线圈被电连接到所述多个N个第三相间变换单元中的另一个的一个次级线圈，并且所述N个相间变换单元组中的每一个包括所述多个N个第三相间变换单元中的一个。特别地，应注意的是可以将所述N个相间变换单元组中的每一个以及其相关相间变换单元组装成一个可制造单元或模块化单元。

特别地，所述第三相位可以不同于所述第一相位和所述第二相位。例如，相移可以是每个120°，即，分别地，第一相位可以具有到第二相位的120°或-120°的相移，而第二相位可以具有120°或-120°的相移。

特别地，所述电源变换设备可以是多相电源变换设备，其中，所述电源变换设备可以在三个或三个以上不同的相上进行操作。特别地，所述电源变换单元可以是两相电源变换设备，其中，所述电源变换设备可以适合于仅在两个相上进行操作。特别地，在物理上看，可以被电连接到同一电压变换单元的第一、第二、和第三相间变换单元可以被垂直地堆叠在特定电压变换单元下面，使得可以形成基本模块。因此，串联地布置此类基本模块，可以将基本模块布置为相互邻近。电压变换单元及第一、第二和第三相间变换单元的此特定布置还可以提高电源变换设备的结构设计的容易性。特别地，提供此类基本模块，可以显著地降低制造电源变换设备的成本，因为可以在一个基本模块中共享所有相间变换单元所需的附加设备，例如空气冷却或液体冷却接口。特别地，如果一个基本模块的第一、第二和第三相间变换单元的所有初级线圈和所有次级线圈的绕组的旋转方向是统一的，则分别由第一、第二和第三相间变换单元提供的三个磁路可以被相互解耦，从而实现预定的电磁特性，减少信号路径中的电损耗，同时提高电源变换设备的性能。

根据示例性实施例，所述电源变换设备还可以包括第二和第三公共节点，其中，所述多个第二相间变换单元中的每一个的次级线圈可以被电连接到所述第二公共节点，其中，所述多个第三相间变换单元中的每一个的次级线圈可以被电连接到第三公共节点。因此，基于相同相位的已变换第二和第三电压信号，分别可以生成每个是单个但不同相位的另外两个总输出电压信号。此外，可以通过增加和减少被相互并联地电连接的电压变换单元的数目来实现被输入到电压变换单元的电压信号的放大或缩小。

根据所述电源变换设备的示例性实施例，N等于二、三、四、或六。换言之，所述多个第一相间变换单元、所述多个第二相间变换单元、以及所述多个第三相间变换单元中的至少一个可以包括两个、特别地四个、更特别地六个相间变换单元。特别地，所述多个第一相间变换单元、所述多个第二相间变换单元和所述多个第三相间变换单元中的相间变换单元的数目和/或电压变换单元的数目可以彼此相等。添加其它电压变换单元和其它第一、第二和第三相间变换单元允许将包括此类电源变换设备的电源装置的额定功率放大。

根据所述电源变换设备的示例性实施例，由鱼尾板形成所述第一组相间变换单元和所述第二组相间变换单元的初级线圈之间的电连接中的至少一个。特别地，可以由鱼尾板来形成布置在不同模块上或中的相间变换单元之间的所有电连接。例如，不同的模块可以通过此类鱼尾板相互连接。

换言之，可以由鱼尾板来形成所述多个第一相间变换单元中的一个的初级线圈和所述多个第一相间变换单元中的另一个的次级线圈之间的连接、所述多个第二相间变换单元中的一个的初级线圈和所述多个第二相间变换单元中的另一个的次级线圈之间的连接、以及所述多个第三相间变换单元中的一个的初级线圈和所述多个第三相间变换单元中的另一个的次级线圈之间的连接中的至少一个。特别地，可以分别由鱼尾板来形成第一相间变换单元之间、第二相间变换单元之间、和第三相间变换单元之间的所有连接。

特别地，可以使用鱼尾板作为被相互邻近地布置或相互非常接近的两个不同相间变换单元的初级和次级线圈之间的电连接。

根据所述电源变换设备的示例性实施例，由环回（loop-back）导线来形成所述第一组相间变换单元和所述第二组相间变换单元的初级线圈之间的电连接中的至少一个。特别地，可以由环回导线来形成布置在不同模块上或中的相间变换单元之间的所有电连接。例如，可以通过此类环回导线将不同的模块相互连接。

换言之，可以由环回导线来形成所述多个第一相间变换单元中的一个的初级线圈和所述多个第一相间变换单元中的另一个的次级线圈之间的连接、所述多个第二相间变换单元中的一个的初级线圈和所述多个第二相间变换单元中的另一个的次级线圈之间的连接、以及所述多个第三相间变换单元中的一个的初级线圈和所述多个第三相间变换单元中的另一个的次级线圈之间的连接中的至少一个。

特别地，环回导线可以是基于电线连接的反馈环路。特别地，可以分别由环回导线来形成第一相间变换单元之间、第二相间变换单元之间、和第三相间变换单元之间的所有连接。特别地，可以使用环回导线作为未被被相互邻近地布置或相互非常接近的两个不同相间变换单元的初级和次级线圈之间的电连接。

根据所述电源变换设备的示例性实施例，所述第一相间变换单元中的一个的初级和次级线圈、所述第二相间变换单元中的一个的初级和次级线圈、以及所述多个第三相间变换单元中的一个的初级和次级线圈中的至少一个可以彼此相同。特别地，所述多个第一相间变换单元中的每一个的初级和次级线圈可以彼此相同，所述多个第二相间变换单元中的每一个的初级和次级线圈可以彼此相同，并且所述多个第三相间变换单元中的每一个的初级和次级线圈可以彼此相同， 特别地，所述第一、第二和第三相间变换单元的每个初级和次级线圈可以彼此相同。

特别地，绕组的数目可以是相同的。例如，每个相间变换单元的初级线圈的绕组的数目可以相等。另外，每个相间变换单元的次级线圈的绕组的数目可以相等。替代地，只有所述多个N个第一相间变换单元、所述多个N个第二相间变换单元和/或所述多个N个第三相间变换单元的初级线圈和/或次级线圈的绕组的数目可以相等。

换言之，一组的相间变换单元可以相等或相同。特别地，全部的多个第一相间变换单元、和/或全部的多个第二相间变换单元、和/或全部的多个第三相间变换单元可以相同或相等。

特别地，至少第一、第二和第三相间变换单元的相同初级和次级线圈可以促使由所述电压变换单元的第一、第二和第三输出端输出的已变换电压信号在分别被馈送到第一、第二和第三公共节点之前被通过两个相同的线圈馈送。因此，在这些线圈中出现的电感泄露可以是相同的，使得可以精确地确定额定输出功率。

根据电源变换设备的示例性实施例，所述多个第一、第二和第三相间变换单元中的至少一个相间变换单元可以包括磁芯部件，在该磁芯部件处可以布置初级和次级线圈。特别地，所述电源变换设备的每个相间变换单元可以包括磁芯部件。例如，可以相同地设计第一、第二和第三相间变换单元。此外，至少一组相间变换单元的每个相间变换单元可以包括磁芯部件。替代地，仅第一多个相间变换单元的相间变换单元、仅第二多个相间变换单元的相间变换单元、和/或仅第三多个相间变换单元的相间变换单元可以包括磁芯部件。特别地，可以将此类磁芯部件设计为矩形铁元件，在该矩形铁元件的相对的腿处布置初级和次级线圈。使用磁芯部件可以增强相邻磁耦合的线圈之间的磁通量，使得可以提高相间变换单元的性能。

接下来，将解释电源装置的其它示例性实施例。然而，这些实施例还适用于电源变换设备。

所述发电设备可以是风轮机。替代地，所述发电设备可以是太阳能电池或多个太阳能电池。因此，可以在可连接到供电网络的任何类型的电源装置中实现根据本发明的示例性方面的电源变换设备。

根据本发明的另一示例性方面，可以提供电源变换设备和包括此类电源变换设备的电源装置。特别地，可以提供用于桥间变压器（IBT）的模块布置以实现在不增加实际转换频率的情况下增加多并联逆变器或变换器的有效转换频率的好处。特别地，所述电源变换设备和所述电源装置可以实现用于各种数目的多并联逆变器的IBT组件的标准化和模块化。

可以知道的是在用于各种额定值的风轮机的应用中，可以使用1个IBT设计，对于在风轮机产品功率范围内的所有额定功率而言，采取不同的数目。IBT布置可以提供输出电压，该输出电压可以是通过IBT连接被引入并行操作的所有逆变器相的输出电压的平均值。单独逆变器相的谐波输出的适当相移可以导致在公共节点（被连接到负载）处看到的得到的谐波频率没有每个逆变器的转换频率的至少第一谐波分量。以4个逆变器模块为例，每个具有使用相互适当地相移的各PWM（脉宽调制）信号的2.5kHz的转换频率且在阵列中用如这里所述的1BT连接在一起，其可以在输出节点处导致涉及10kHz的谐波，因此在公共节点处实现2.5 kHz、5 kHz和7.5 kHz相关谐波的消除。

IBT或电源变换设备的组织使得每个3相IBT组件可以直接与每个三相逆变器模块相关联。更多的三相逆变器模块可以直接导致更多的IBT组件，其全部是相同的，因此允许系统级（system level）的递增额定功率。阵列中的每个3相逆变器可以是相同的，因为其可以是阵列中的每个3相IBT组件。将完整逆变器/IBT阵列的额定功率放大可以是添加另一个（或多个）相同部分（section）的问题。当以系统级要求一定范围的额定功率时，这可能具有特别的优点。从系统布线的角度出发，IBT可以结合完成环回（环形）的导线，其中，可以使来自阵列中的最后一个IBT的电流返回到第一IBT。然后，可以用简单的鱼尾板来实现阵列中的所有IBT之间的互连。

特别地，可以应用此类布置的用于所有额定功率的IBT组件的模块化和标准化。然后，这可以提供IBT本身的生产中的生产物流和规模经济方面的好处，因为仅制造一个版本。

映射到相关逆变器模块的三个单独相所需的三个单独功能IBT可以被集合成一个制造组件。虽然每个IBT的磁路保持分离－因为可能必须如此以实现预定的电磁特性－诸如在全部的三个IBT之间可能共享液体冷却接口或空气冷却设备（provision）的其它要求，因此，降低组件的总成本并仍具有可以应用所述布置的用于所有额定功率的IBT的模块化和标准化的好处。

对所应用的IBT的环状构造的要求可以如下：可以独立于整个阵列中的逆变器的总数将每个逆变器相与仅两个其它输出相相比较。此外，可以独立于整个阵列中的逆变器的总数由仅两个线圈将每个逆变器相连接到输出节点。这可以保证对于每个相而言可以出现相同的泄露（共模）电感。但进一步，所有IBT可以是相同的，并且其端子和点标记特别地明确是初级和次级线圈的绕组旋转可以被设置为接纳环形结构（and their terminals and dot notation particularly in terms wining rotations of the primary and secondary coils may be set up to accommodate the ring configuration）。另外，该环形结构可能需要支持稍后可以定义的任意数目的IBT组件。

每个IBT可能必须被设置为接纳该环形结构。以下机械端子设置可以保证这一点。此设置当然可以在X和Y轴两者中被镜像，如果其接纳逆变器模块结构的话，只要可以相应地改变点公约（convention）即可。这可以与更常规的IBT布置不同，由此，线圈绕组方向可以是对角地相反的，以保证左手侧和右手侧的分支（limb）之间的绕组布置（旋转）一致。

一个IBT包括四个端子“a”、“b”、“c”和“d”。端子“a”可以是“相输出（Phase Out）”端子，因此此端子是一个相到公共相节点的输出端。端子“b”可以是“相输入（Phase Input）”，因此，此端子连接到逆变器。端子“c”可以是“来自前一IBT（From previous IBT）”端子，因此，此端子必要地与前一IBT的前一个“到下一IBT（To Next IBT）”端子对准。端子“d”可以是“到下一IBT（To Next IBT）”端子，因此此端子必要地与下一个IBT的“来自前一IBT（From previous IBT）”端子对准。

如上文所解释的设置IBT端子的优点可以是来自环形结构的下一个逆变器的下一组IBT由于端子“b”和“d”的结构而可以“接合（click）”到第一个中。并且，每个逆变器相可以通过2个线圈连接到输出接点，与逆变器的数目无关，因为端子“a”和“b”可以被电连接。

可以将一个IBT组件定义为堆叠在一起的单个BIT，每个将相应逆变器的一个相（U、V、W）连接到下一个IBT组件。在此设置中可以包括鱼尾板连接。这些可以表示形成环形结构的单独IBT组件之间的互连。现在，由于可以已经定义用于连接的规则和IBT组件，所以环形结构可以满足要求。

为了形成逆变器和IBT模块的线性阵列，并且从电气角度出发仍实现环形结构，可以提出如所述的电源变换单元的特定布置。

环回导线的末端连接还可以举例说明在不打破环形结构的情况下可以添加任意数目的IBT组件和逆变器，只要最后一个IBT环回到第一IBT即可。三相IBT组件可以包括第一、第二和第三相间变换单元，其中的每一个被连接到同一逆变器的第一、第二和第三输出端。

可能需要相同三相IBT组件的多个实例，特别是4个，以实现完整阵列。结果，可以提出由多个IBT组件组成的圆环（ring cycle）。提出的圆环可以使得能够实现N≥3个逆变器的并联，因为仅对于1或2个逆变器而言可能不存在循环级联布置方面的目的，虽然其可能不是被禁止的。所提出的环形结构的布局可以保证，首先，每个相被磁性地连接到其它两个相，其次，每个逆变器可以通过两个线圈连接到输出节点（因此对于所有逆变器输出端而言可以存在相同的泄露电感），第三，所有IBT可以具有如上所述的相同基本布局，并且第四，根据如上所述的原理，可以连接三个或更多IBT组件。

总结示例性方面可以看到，提供了一种电源变换单元，其包括多个电压变换单元，例如至少三个，每个包括多个输出端，例如三个，每个输出端适合于输出电压信号且每个被耦合到被磁性地耦合到同一桥间变压器的次级线圈的桥间变压器的初级线圈的第一接头，其中，第一线圈的输出端被连接到相继（successive）桥间变压器的第二接头，其中，第二线圈的第一接头被连接到最终输出节点，其中，相继桥间变压器是用于该布置中的最后一个桥间变压器的第一桥间变压器，其中，与每个电压变换单元有关的多个桥间变压器的组件被组合成一个可制造单元。桥间变压器的此类布置还可以称为桥间变压器的环形结构或循环级联。本领域的技术人员可以从IEEE 0.7803-3840-5/97中Gyu Park等人的“Modeling and Analysis of Multi - Interphase Transformers for Connecting Power Converters in Parallel”获得关于循环级联的基本概念的附加信息。

通过稍后将描述的实施例的示例，可以清楚本发明的上文定义的方面及其它方面并且参照实施例的示例对其进行解释。在下文中将参考实施例的示例来更详细地描述本发明，但本发明不限于所述实施例的示例。

附图说明

图1示出根据本发明的示例性实施例的电源变换设备的示意图。

图2a示出图1中的电源变换设备的部分前视图。

图2b示出图1中的电源变换设备的部分侧视图。

图3示出图1中的电源变换设备的第一相间变换单元。

图中的图示是示意性的。应注意的是在不同的图中，为类似或相同的元件提供相同的参考符号或仅在第一数字内与相应的参考符号不同的参考符号。

具体实施方式

通常，电源变换设备包括N个电压变换单元和N组相间变换单元，其中的每一个包括第一、第二和第三相间变换单元。所述N个电压变换单元中的每一个包括第一、第二和第三输出端。第一、第二和第三相间变换单元中的每一个包括被相互磁性地耦合的初级和次级线圈。

所述N个电压变换单元的第一输出端被电连接到所述N个第一相间变换单元的不同初级线圈。同样地，N个电压变换单元的第二输出端被电连接到N个第二相间变换单元的不同初级线圈，并且N个电压变换单元的第三输出端被电连接到N个第三相间变换单元的不同初级线圈。所述N个第一、N个第二和N个第三相间变换单元的每个初级线圈分别被电连接到所述N个第一、N个第二和N个第三相间变换单元中的不同的一个的次级线圈。所述N个第一、N个第二和N个第三相间变换单元的每个次级线圈分别被电连接到第一、第二和第三公共节点。

在电源变换设备的操作中，所述N个电压变换单元中的每一个输出第一、第二和第三电压信号，第一电压信号的第一相位、第二电压信号的第二相位、和第三电压信号的第三相位彼此不同。然而，第一电压信号的第一相位、第二电压信号的第二相位和第三电压信号的第三相位分别可以彼此相同。所述N个第一、N个第二和N个第三电压信号被馈送到相关的第一、第二和第三相间变换单元，使得第一相间变换单元、第二相间变换单元和第三相间变换单元中的每一个分别生成已变换第一电压信号、已变换第二电压信号和已变换第三电压信号，其中，已变换第一电压信号在第一公共节点处被组合，已变换第二电压信号在第二公共节点处被组合，并且已变换第三电压信号在第三公共节点处被组合。

下面，将解释用于N＝4的电源变换设备。

图1示出多相电源变换设备10,0，其包括适合于将输入AC电压信号（未示出）转换成第一、第二和第三相位的第一、第二和第三电压信号110a-c、112a-c、114a-c、116a-c的四个电压变换单元102-108。出于说明的目的，将电信号路径指示为第一、第二和第三电压信号110a-c、112a-c、114a-c、116a-c。第一电压信号110a包括与第二电压信号110b的第二相位和第三电压信号110c的第三相位不同的第一相位。此外，第一电压信号110a、112a、114a、116a的第一相位、第二电压信号110b、112b、114b、116b的第二相位和第三电压信号110c、112c、114c、116c的第三相位分别可以彼此相同。

多相电源变换设备100还包括四组相间变换单元118-124。每组相间变换单元118-124被关联到并电连接到电压变换单元102-108中的不同的一个。相间变换单元组118-124被串联地布置。可以相同地设计第一、第二、第三和第四组相间变换单元118-124的所有变换单元。

参考图2a、2b，更详细地示出了第一电压变换单元102和第一组相间变换单元118的前视图和透视后侧视图。第一组相间变换单元118包括被垂直地堆叠的第一、第二和第三相间变换单元126a-c 然而，可以以任何其它可能的结构来布置第一、第二和第三相间变换单元126a-c。

下面，参考图3，将解释被关联到第一电压变换单元102的第一组相间变换单元118的第一相间变换单元126a。

相间变换单元126a包括第一初级和次级线圈134a、b和磁芯部件136。磁芯部件136被设计为包括两组相对布置的腿138a-d的矩形铁元件。第一初级线圈134a被布置在磁芯部件136的腿138a处，并且第一次级线圈134b被布置在磁芯部件136的相对腿138c处。初级线圈134a和次级线圈134b被以类似于螺旋的方式设计并包括矩形绕组。初级线圈134a的第一端部140a表示用于第一电压信号110a的输入端口。初级线圈134a的第二端部140b表示用于到另一第一相间变换单元的次级线圈、即到第二组相间变换单元120的第一相间变换单元128a的次级线圈的电连接的连接端子。同样地，次级线圈134b的第一端部142a表示用于已变换第一电压信号的输出端口。次级线圈134b的第二端部142b表示用于到另一第一相间变换单元的初级线圈、即到第四组相间变换单元124的第一相间变换单元132a的初级线圈的电连接的连接端子。沿被馈送到初级线圈134a的第一端部140a的第一电压信号110a的信号传输方向看，初级线圈134a是沿顺时针方向缠绕的。沿经由次级线圈134b的第一端部142a被馈送离开的已变换第一电压信号的信号传输方向看，第二线圈134b也是沿顺时针方向缠绕的。

再次参考图2b，第一、第二和第三变换单元126a、b、c被布置为使得其相对于电压变换单元102而言是水平的以便进行布线。初级和次级线圈134a、b的端部140a、b、142a、b被连接到适当尺寸的鱼尾板144a-d。此外，初级和次级线圈134a、b的第一端部140a和第一端部142a被约束（bound）布置在磁芯部件136的相同侧。此外，第一初级和次级线圈134a、b的第二端部140b和第二端部142b被约束布置在磁芯部件136的相同侧，但与第一端部140a、142a相比在磁芯部件136的不同侧。

如图1所示，第一、第二、第三和第四组相间变换单元118-124的第一变换单元126a、128a、130a、132a的输出端口、即次级线圈134b、166b、168b、170b的第一端部142a、184a、186a、188a被连接到第一公共节点146。同样地，第一、第二、第三和第四组相间变换单元118-124的第二相间变换单元126b、128b、130b、132b的输出端口被连接到第二公共节点148。第一、第二、第三和第四组相间变换单元118-124的第三相间变换单元126c、128c、130c、132c的输出端口被连接到第三公共节点150。第一、第二和第三公共节点146-150将相同相位的已变换电压信号152a-c、154a-c、156a-c、158a-c组合，使得产生三个不同相位的三个单相输出电压信号（未示出）。

在循环环形结构中，第一、第二、第三和第四组相间变换单元118-124的第一相间变换单元126a、128a、130a、132a、第二相间变换单元126b、128b、130b、132b和第三相间变换单元126c、128c、130c、132c分别被彼此相连。因此，第一组相间变换单元118的第一相间变换单元126a的第一初级线圈134a被连接到第二组相间变换单元120的第一相间变换单元128a的次级线圈166b，因为初级线圈134a的第二端部140b被连接到次级线圈166b的第二端部184b。此外，第二组相间变换单元120的第一相间变换单元128a的初级线圈166a被连接到第三组相间变换单元122的第一相间变换单元130a的次级线圈168b，因为初级线圈166a的第二端部172b被连接到次级线圈168b的第二端部186b。此外，第三组相间变换单元122的第一相间变换单元130a的初级线圈168a被连接到第四组相间变换单元124的第一相间变换单元132a的次级线圈170b，因为初级线圈168a的第二端部174b被连接到次级线圈170b的第二端部188b。如上所述，通过将线圈的相应端部连接到鱼尾板来实现这些连接。

此外，第四组相间变换单元124的第一相间变换单元132a的初级线圈170a被连接到第一组相间变换单元118的第一相间变换单元126a的次级线圈134b，因为初级线圈170a的第二端部176b经由环回导线190连接到次级线圈134b的第二端部142b。环回导线190可以不直接连接到线圈170a、134b的端部176b、142b而是连接到插在各导线末端之间的鱼尾板，。

如上所述从布线的角度出发，第二相间变换单元126b、128b、130b、132b和第三相间变换单元126c、128c、130c、132c分别被同样地相互耦合。

在多项转换设备100的操作中，第一、第二和第三电压信号110a-c、112a-c、114a-c、116a-c被馈送到第一、第二和第三相间变换单元126a-c、128a-c、130a-c、132a-c的第一、第二、第三和第四初级线圈134a、166a、168a、170a。使用磁感应，生成已变换电压信号152a-c、154a-c、156a-c、158a-c且将其馈送到第一、第二和第三公共节点146-150以便随后组合成输出电压信号。

最后，应注意的是上述实施例举例说明而不限制本发明，并且在不脱离由所附权利要求定义的本发明的范围的情况下本领域的技术人员将能够设计许多替换实施例。在权利要求中，不应将放在括号中的任何参考符号理解为限制权利要求。词语“包括”和“包含”等不排除除了总体上在任何权利要求或说明书中列出的那些之外的元件或步骤的存在。元件的单数参考不排除此类元件的复数参考并且反之亦然。在枚举多个装置的设备权利要求中，可以用软件或硬件的一个并且相同的项目来体现这些装置中的多个。仅仅在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施这一事实并不表明不能有利地使用这些措施的组合。

Claims (12)

1. 一种电源变换设备，包括： 

多个N个电压变换单元（102，104，106，108），每个包括两个输出端，其中，每个电压变换单元（102，104，106，108）适合于在第一输出端处输出第一相位的第一电压信号（110a，112a，114a，116a）并在第二输出端处输出第二相位的第二电压信号（110b，112b，114b，116b）， 

多个N个第一相间变换单元（126a，128a，130a，132a），每个包括被磁性地耦合的初级线圈和次级线圈，其中，所述多个N个变换单元（102，104，106，108）中的每一个的第一输出端被连接到所述多个第一相间变换单元（126a，128a，130a，132a）中的不同的一个的初级线圈（134a，166a，168a，170a），其中，所述多个第一相间变换单元（126a，128a，130a，132a）中的每一个的初级线圈（134a，166a，168a，170a）被电连接到所述多个N个第一相间变换单元（126a，128a，130a，132a）中的另一个的一个次级线圈（134b，166b，168b，170b）， 

多个N个第二相间变换单元（126b，128b，130b，132b），每个包括被磁性地耦合的初级线圈和次级线圈，其中，所述多个N个电压变换单元（102，104，106，108）中的每一个的第二输出端被连接到所述多个N个第二相间变换单元（126b，128b，130b，132b）中的不同的一个的初级线圈，其中，所述多个第二相间变换单元（126b，128b，130b，132b）中的每一个的初级线圈被电连接到所述多个N个第二相间变换单元（126b，128b，130b，132b）中的另一个的一个次级线圈， 

其中所述多个N个第一相间变换单元（126a，128a，130a，132a）和所述多个N个第二相间变换单元（126b，128b，130b，132b）被分组成N组相间变换单元（118，120，122，124），每个包括所述N个第一相间变换单元（126a，128a，130a，132a）中的一个和所述N个第二相间变换单元（126b，128b，130b，132b）中的一个， 

其中，N组相间变换单元中的每一个被组合在一个模块化单元中。

2. 权利要求1的电源变换设备，还包括第一公共节点，其中，所述多个第一相间变换单元（126a，128a，130a，132a）中的每一个的次级线圈（134b，166b，168b，170b）被电连接到第一公共节点。

3. 权利要求1或2的电源变换设备，其中，所述多个N个电压变换单元（102，104，106，108）中的每一个包括第三输出端，其中，每个电压变换单元（102，104，106，108）适合于在第三输出端处输出第三相位的第三电压信号（110c，112c，114c，116c），

其中，所述设备（100）还包括多个N个第三相间变换单元（126c，128c，130c，132c），每个包括被磁性地耦合的初级线圈和次级线圈， 

其中，所述多个N个电压变换单元（102，104，106，108）中的每一个的第三输出端被电连接到所述N个第三相间变换单元（126c，128c，130c，132c）中的不同的一个的初级线圈， 

其中，所述多个N个第三相间变换单元（126c，128c，130c，132c）中的每一个的初级线圈被电连接到所述多个N个第三相间变换单元（126c，128c，130c，132c）中的另一个的一个次级线圈，以及 

其中，所述N个相间变换单元组（118，120，122，124）中的每一个包括所述多个N个第三相间变换单元（126c，128c，130c，132c）中的一个。

4. 权利要求3的电源变换设备，还包括 

第二公共节点（148）， 

以及第三公共节点（150）， 

其中，所述多个N个第二相间变换单元（126b，128b，130b，132b）中的每一个的次级线圈被电连接到所述第二公共节点（148），以及 

其中，所述多个N个第三相间变换单元（126c，128c，130c，132c）中的每一个的次级线圈被电连接到所述第三公共节点（150）。

5. 权利要求1至4中的任一项的电源变换设备，其中，N等于二、三、四、或六。

6. 权利要求1至5中的任一项的电源变换设备，其中，第一组相间变换单元和第二组相间变换单元的初级线圈之间的电连接中的至少一个由鱼尾板（144a，144b，144c，144d）形成。

7. 权利要求1至6中的任一项的电源变换设备，其中，第一组相间变换单元和第二组相间变换单元的初级线圈之间的电连接中的至少一个由环回导线（190）形成。

8. 权利要求1至7中的任一项的电源变换设备，其中，所述多个N个第一相间变换单元（126a，128a，130a，132a）中的一个的初级和次级线圈（134b，166b，168b，170b）、所述多个N个第二相间变换单元（126b，128b，130b，132b）中的一个的初级和次级线圈、和所述多个N个第三相间变换单元（126c，128c，130c，132c）中的一个的初级和次级线圈中的至少一个彼此相同。

9. 权利要求1至8中的任一项所述的电源变换设备，其中，所述多个N个第一、N个第二和N个第三相间变换单元（126a-c，128a-c，130a-c，130a-c）之中的至少一个相间变换单元包括磁芯部件（136），在磁芯部件（136）处布置有各初级和次级线圈（134a，134b，166a，166b，168a，168b，170a，170b）。

10. 权利要求1至9中的任一项的电源变换设备，其中，所述N组相间变换单元（118，120，122，124）中的至少一个被布置在公共外壳中。

11. 一种可连接到供电网络的电源装置，所述电源装置包括用于生成电压信号的发电设备和权利要求1至10中的任一项的电源变换设备（100）。

12. 权利要求11的电源装置，其中，所述发电设备是风轮机。

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