CN104426406B - 具有双结构的电力单元的逆变器 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及通过改变传统的六电平级联H桥多电平逆变器而提供的在高输入电压中使用的具有双结构的电力单元的逆变器，以由此减少产品开发成本、制造成本和产品的体积，该逆变器包括：第一SMPS(开关模式电源)，其连接到第一电力单元区域；第二SMPS，其连接到第二电力单元区域；以及控制器，其连接第一和第二SMPS，其中通过串联连接以多个级形成的多个电力单元来形成每个相，其中，该多个级通过接收从相移变压器提供的电力来操作，并且该多个电力单元中的每个彼此连接，并且包括独立地操作的第一电力单元区域和第二电力单元区域。

Description

具有双结构的电力单元的逆变器
技术领域
按照本公开的示例性实施例的教导一般性地涉及一种逆变器，并且更特别地，涉及一种配置成通过改变传统的六电平级联H桥多电平逆变器而得到的用于甚至在高输入电压中使用来减少产品开发成本、制造成本和产品的体积的具有双结构的电力单元的逆变器。
背景技术
SMPS(开关模式电源)通过使用半导体开关过程控制电力流来用作各种电动/电子/通信设备的电流稳定电力。近来，伴随半导体的开关功能改进和集成电路的技术发展，SMPS的小型化已经极大地实现并且可靠性和效率改进的研究积极地进展。
传统的六电平级联H桥多电平逆变器的每个相包括多个串联的单元组件，其中每个单元组件具有单独的单相逆变器结构，并且能够使用低压单元组件(即，低压电力半导体)通过串联多个单元组件来获得高压。每个单元组件的电力输入侧连接到相移变压器，并且相移变压器提供单独的电力到级联H桥多电平逆变器的每个单元组件。
为了对三相AC电力进行整流，具有单独的单相逆变器结构的单元组件包括：包括二极管和晶闸管的整流单元，配置成平滑整流后的电压的DC侧单元，以及配置成通过使用PWM信号开关IGBT来生成PWM(脉宽调制)电压的逆变器单元。
同时，为了控制每个单元组件中的整流单元和逆变器单元，逆变器包括SMPS和配置成控制SMPS的控制器，并且应用于逆变器的SMPS主要使用从DC侧单元输出的DC电力作为电源，并且通过从控制器接收PWM信号来生成IGBT门信号以用于驱动逆变器单元的电力开关元件，并且生成SCR(可控硅整流器)门信号以用于驱动晶闸管，借此通过接收IGBT门信号和SCR门信号来分别驱动晶闸管和电力开关元件。此时，传统的级联H桥多电平逆变器为六电平型并且包括总共18个单元组件。因而，还必须包括与单元组件同样数量的配置成控制每个单元组件的操作的SMPS和配置成控制SMPS的控制器。
同时，当前使用的单元组件接收通过相移变压器从输入到系统中的6600V电压偏移出的635V作为输入，其中，DC侧电压为890V。近来，对中压逆变器领域中的各种输入电压的中压逆变器的需求增加，这意味着SMPS的开发需要能够使用各种DC电压。当前开发和使用的SMPS为使用基于单元组件的890V到635V输入的DC电力的类型，使得接收1270V输入的单元组件导致了需要重新开发能够在这一电压水平中使用的SMPS的问题。
特别地，由于输入电压增加，出现大量困难，其涉及电路的绝缘和核心开关元件的额定值而不利地造成开发成本的增加和产品可靠性的降低。因而，需求对于能够迎合市场需求和保护产品的可靠性的中压逆变器的考察和研究。
发明内容
提供本公开以解决前面提及的技术问题，并且因此，本公开涉及通过改变传统的六电平级联的H桥多电平逆变器而提供在高输入电压中使用的具有双结构的电力单元的逆变器，以由此减少产品开发成本、制造成本和产品的体积。
在本公开的一个一般方案中，提供了具有双结构的电力单元的逆变器，逆变器包括：第一SMPS(开关模式电源)，其连接到第一电力单元区域；第二SMPS，其连接到第二电力单元区域；以及控制器，其连接第一和第二SMPS，其中通过串联连接由通过接收从相移变压器提供的电力来操作的多个级所形成的多个电力单元来形成每个相，以及该多个电力单元中的每个是彼此连接的，并且包括独立操作的第一电力单元区域和第二电力单元区域。
优选地，而非必须地，第一电力单元区域可以包括第一整流单元，其配置成通过接收来自相移变压器的电力来执行整流并包括用于防止涌入电流的晶闸管；第一电容器，其配置成通过平滑经连接到第一整流单元而被整流的电压来生成第一DC侧电压；以及第一逆变器单元，其配置成通过响应于第一SMPS的控制而开关来生成PWM电压。
优选地，而非必须地，第二电力单元区域可以包括第二整流单元，其配置成通过接收来自相移变压器的电力来执行整流并包括用于防止涌入电流的晶闸管；第二电容器，其配置成通过平滑经连接到第二整流单元而被整流的电压来生成第二DC侧电压；以及第二逆变器单元，其配置成通过响应于第二SMPS的控制而开关来生成PWM电压并连接到第一逆变器单元。
优选地，而非必须地，第一逆变器单元可以包括各以多个单元逆变器来形成的第一和第二逆变器组，以及第二逆变器单元包括各以多个单元逆变器形成的第三和第四逆变器组。
优选地，而非必须地，第一逆变器组可以在第一触点处连接到第三逆变器组，以及第二逆变器组可以在第二触点处连接到第四逆变器组。
优选地，而非必须地，可以将第一触点处的信号和第二触点处的信号输出为电力单元的PWM信号。
优选地，而非必须地，可以形成有一个单控制器以控制第一和第二SMPS两者。
优选地，而非必须地，可以形成有两个控制器，其中一个控制器控制第一SMPS并且另一控制器控制第二SMPS。
有益效果
根据本公开的示例性实施例的具有双结构的电力单元的逆变器，当以传统地接收635V的低压的两个电力单元形成一个双结构的电力单元时，能够有利地应用于通过接收1270V高压来操作的电力单元的构成，并且将双结构的电力单元的逆变器单元所彼此连接的触点处的电压输出为PWM电压。因而，用于传统地控制接收635V的电压作为输入的电力单元的SMPS能够被使用，借此用于通过接收1270V高压操作的电力单元的单独的SMPS开发的额外的开发成本和制造成本能够减少。
进而，当使用一个控制器控制两个SMPS时能够减少控制器的使用，借此能够减少制造成本和逆变器体积。
附图说明
图1为根据本公开的示例性实施例的图示具有双结构的电力单元的逆变器的结构示图。
图2为根据本公开的示例性实施例的图示具有双结构的电力单元的逆变器中的SMPS与控制器之间的关系的示意图。
具体实施方式
现在，将参照所附附图具体描述本公开的示例性实施例。
在描述本公开中，可以省略本领域中已知的构造或过程的具体描述以避免本领域普通技术人员以关于这样的已知的构造和功能的不必要的细节来模糊本发明的理解。可以定义特定术语以描述如发明人知晓的最佳模式中的本发明。相应地，在附图中，层、区域和/或其他元件的大小和相对大小可以为清楚起见而放大或缩小。在通篇中同样的数字指代同样的元件并且将省略复制彼此的解释。在说明书和权利要求书中使用的具体术语或词语的含义不应该限于文字的或通常采用的意义，而应该按照用户或操作者的意图以及习惯用法来解释或可以不同。因此，具体术语或词语的定义应该基于说明书中的内容。
图1为根据本公开的示例性实施例的图示具有双结构的电力单元的逆变器的结构示图，以及图2为根据本公开的示例性实施例的图示具有双结构的电力单元的逆变器中的SMPS与控制器之间的关系的示意图。
参见图1和2，配置具有双结构的电力单元的逆变器，使得通过串联多个电力单元来形成各个相，其中，该多个电力单元由通过连接到相移变压器20和接收从相移变压器20提供的电力来操作的多个级来形成，该相移变压器20提供单独的电力，其中每个相提供电力给多相电动机30。
此时，该多个电力单元可以设置成三排的九个电力单元11～19，并且电力单元11～19中的每个如从图2中的电力单元10结构中所确认的，具有以第一和第二电力单元区域10a、10b形成的双结构。此外，具有双结构的电力单元的逆变器1可以包括：第一SMPS210，其连接到第一电力单元区域10a；第二SMPS220，其连接到第二电力单元区域；以及控制器300，其配置成控制第一和第二SMPS210、220。
此时，第一电力单元区域10a可以包括第一整流单元110、第一电容器130、以及第一逆变器单元150，并且第二电力单元区域10b可以包括第二整流单元120、第二电容器140、以及第二逆变器160，其中第一电力单元区域10a的配置和第二电力单元区域10b的配置可以独立地操作。
第一整流单元110从相移变压器20接收独立的电力以对三相AC电力进行整流，并且包括二极管和用于防止涌入电压的晶闸管SCR1～SCR3。第一电容器130连接到第一整流单元110以平滑由第一整流单元110整流的电压，并且第二电容器140连接到第二整流单元120以平滑由第二整流单元120整流的电压，借此分别生成第一DC侧电压和第二DC侧电压。此时，第一电容器130和第二电容器140串联。
第一SMPS210使用由第一电容器130生成的第一DC侧(DC_Link1)电压作为电源来生成晶闸管门信号SCR_G1～SCR_G3以用于移去对第一整流单元110的晶闸管SCR1～SCR3的驱动，并且还生成用于控制第一逆变器单元150的单元逆变器I1～I4的操作的逆变器门信号IGBT1～IGBT4。
进而，第一SMPS120检测第一DC侧(DC_Link1)电压并且发送第一DC侧(DC_Link1)电压到控制器300，并且通过接收来自控制器300的PWM信号来生成单元逆变器I1～I4的逆变器门信号IGBT1～IGBT4。
同时，第二SMPS220使用由第二电容器140生成的第二DC侧(DC_Link2)电压作为电源来生成晶闸管门信号SCR_G1～SCR_G3以用于移去对第二整流单元120的晶闸管SCR4～SCR6的驱动，并且还生成逆变器门信号IGBT5～IGBT8以用于控制第二逆变器单元160的单元逆变器I5～I8的操作。进而，第二SMPS220检测第二DC侧(DC_Link2)电压并且发送第二DC侧(DC_Link2)电压到控制器300，并且通过接收来自控制器300的PWM信号来生成单元逆变器I5～I8的逆变器门信号IGBT5～IGBT8。
第一逆变器单元150包括多个单元逆变器I1～I4并且通过接收第一SMPS210的逆变器门信号IGBT1～IGBT4而开关来生成PWM电压。此时，第一逆变器单元150可以包括串联的第一逆变器组151和第二逆变器组152，其中第一逆变器组151可以包括串联的多个单元逆变器I2、I4。第二逆变器单元160包括多个单元逆变器I5～I8并且通过接收第二SMPS220的逆变器门信号IGBT5～IGBT8而开关来生成PWM电压。
此时，第二逆变器单元160可以包括并联的第三逆变器组161和第四逆变器组162，其中第三逆变器组161可以包括串联的多个单元逆变器I5、I7，并且第四逆变器组162可以包括串联的多个单元逆变器I6、I8。同时，第一和第二逆变器单元150、160串联，以及将由第一和第二逆变器150、160连接的触点处的信号输出为PWM电压。
即，第一逆变器单元150的第一逆变器组151和第二逆变器单元160的第三逆变器组161可以在第一触点S1处彼此接触，以及第一逆变器单元150的第二逆变器组152和第二逆变器单元160的第四逆变器组162可以在第二触点S2处彼此接触。
此时，将第一触点S1和第二触点S2处的信号输出为电力单元10的PWM电压。控制器300输出PWM信号到第一和第二SMPS210、220，其中第一和第二SMPS210、20响应于该PWM信号而生成逆变器门信号IGBT1～IGBT8。
同时，尽管本公开的示例性实施例已经描述了其中包括一个单控制器300以控制第一和第二SMPS210、220两者的配置，但是，本公开不限于此，并且可以包括两个控制器以分别控制第一和第二SMPS210、220。
根据如此配置的本公开，当形成以使用传统的635V作为输入的两个电力单元形成的双结构的单电力单元、并且将由双结构的电力单元的逆变器单元彼此连接的触点处的电压输出为PWM电压时，能够制造通过接收1270V来操作的电力单元。
进而，根据如此描述的配置，能够就那样使用用于控制接收535V的传统的电压作为输入的电力单元的SMPS，使得用于通过接收如1270V的高压来操作的电力单元的单独的SMPS的开发的额外的开发成本和制造成本能够减少。
此外，当采用一个控制器以控制两个SMPS时，能够减少控制器的使用以减少制造成本和逆变器的体积。
尽管参照用于具有双结构的电力单元的逆变器的多个说明性的实施例已经描述了本公开，但是，应该理解到，那些本领域技术人员能够设计将落入本公开的原理的精神和范围内的其他大量的修改和实施例。
更特别地，本公开、附图和所附权利要求的范围内的组件部分和/或主题组合安排的安排中的各种变型和修改是可能的。除了组件部分和/或安排中的变型和修改，可选的用途对于那些本领域技术人员将同样是显而易见的。

Claims (7)

1.一种具有双结构的电力单元的逆变器，逆变器包括：第一SMPS(开关模式电源)，其连接到第一电力单元区域；第二SMPS，其连接到第二电力单元区域；以及控制器，其连接第一和第二SMPS，其中通过串联连接由通过接收从相移变压器提供的电力来操作的多个级所形成的多个电力单元来形成每个相，以及该多个电力单元中的每个是彼此连接的，并且包括独立操作的第一电力单元区域和第二电力单元区域；
其中所述第一电力单元区域包括第一整流单元、第一电容器和第一逆变器单元，并且，所述第二电力单元区域包括第二整流单元、第二电容器和第二逆变器单元，
其中所述第一SMPS检测由所述第一电容器生成的第一DC侧电压，发送所述第一DC侧电压到所述控制器，并且通过接收来自所述控制器的PWM信号来生成用于控制所述第一逆变器单元的操作的逆变器门信号，
其中所述第二SMPS检测由所述第二电容器生成的第二DC侧电压，发送所述第二DC侧电压到所述控制器，并且通过接收来自所述控制器的PWM信号来生成用于控制所述第二逆变器单元的操作的逆变器门信号，
其中所述第一整流单元和所述第二整流单元中的每一个包括用于防止涌入电压的多个晶闸管，以及
其中所述第一SMPS生成用于使用所述第一DC侧电压驱动所述第一整流单元的晶闸管的晶闸管门信号，并且所述第二SMPS生成用于使用所述第二DC侧电压驱动所述第二整流单元的晶闸管的晶闸管门信号。
2.如权利要求1所述的逆变器，其中所述第一整流单元配置成通过接收来自相移变压器的电力来执行整流；所述第一电容器配置成通过平滑经连接到第一整流单元而被整流的电压来生成所述第一DC侧电压；以及所述第一逆变器单元配置成通过响应于第一SMPS的控制而开关来生成PWM电压。
3.如权利要求2所述的逆变器，其中所述第二整流单元配置成通过接收来自相移变压器的电力来执行整流；所述第二电容器配置成通过平滑经连接到所述第二整流单元而被整流的电压来生成所述第二DC侧电压；以及所述第二逆变器单元配置成通过响应于第二SMPS的控制而开关来生成PWM电压并连接到第一逆变器单元。
4.如权利要求3所述的逆变器，其中第一逆变器单元包括各以多个单元逆变器来形成的第一和第二逆变器组，以及第二逆变器单元包括各以多个单元逆变器形成的第三和第四逆变器组。
5.如权利要求4所述的逆变器，其中第一逆变器组在第一触点处连接到第三逆变器组，以及第二逆变器组在第二触点处连接到第四逆变器组。
6.如权利要求5所述的逆变器，其中将第一触点处的信号和第二触点处的信号输出为电力单元的PWM信号。
7.如权利要求1所述的逆变器，其中形成有一个单控制器以控制第一和第二SMPS两者。
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