CN215498755U - 一种钳位式五电平电压源型变换器 - Google Patents
一种钳位式五电平电压源型变换器 Download PDFInfo
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Abstract
一种钳位式五电平电压源型变换器，属于电力电子变换装置领域。包括电容器C1、电容器C2、电容器C3、电容器C4、电容器C5，第一接线端(1)、第二接线端(2)、第三接线端(3)、第四接线端(4)，绝缘栅双极晶体管IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6、IGBT7、IGBT8、IGBT9、IGBT10、IGBT11、IGBT12、IGBT13、IGBT14。本钳位式五电平电压源型变换器相对于五电平模块化多电平换流器具有更少的电容，减小了系统整体的大小，降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子变换装置领域，具体涉及一种钳位式五电平电压源型变换器。
背景技术
随着电力电子技术领域的迅速发展，开关变换器的应用越来越广泛，尤其是近年来，在许多大功率的应用场合，需要提高变换器的工作电压来达到降低工作电流从而提高变换器效率的目的。但是，电压等级较高的开关管很少，且满足条件的开关管成本较高，这就使得在高电压大功率应用场合，选择合适耐压值的开关管往往比较困难。因此，多电平变换器电路逐渐得到广泛关注。
其中，模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)采用子模块级联结构，具有开关器件应力小，电压、电流波形质量高，输出电压调节灵活等特点，因此在高压直流输电和电能变换领域得到广泛应用。
在传统的模块组合五电平电路结构中，对于三相系统来说，电容数目较多，这就导致了故障点多，故障率高等缺点。
实用新型内容
针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种钳位式五电平电压源型变换器，所用电容器数量少，减少了故障点，降低了故障率，降低了成本。
为了实现上述目的，本钳位式五电平电压源型变换器包括电容器C1、电容器C2、电容器C3、电容器C4、电容器C5，第一接线端、第二接线端、第三接线端、第四接线端，绝缘栅双极晶体管IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6、IGBT7、IGBT8、IGBT9、 IGBT10、IGBT11、IGBT12、IGBT13、IGBT14。
第一接线端与电容器C1和绝缘栅双极晶体管IGBT1的集电极连接；电容器C1的另一端与电容C2和绝缘栅双极晶体管IGBT2的发射极连接；
第二接线端与电容器C2、电容器C3和绝缘栅双极晶体管IGBT13的集电极连接；
第三接线端与电容器C4和绝缘栅双极晶体管IGBT4的发射极连接；电容器C4的另一端与电容器C3和绝缘栅双极晶体管IGBT3的集电极连接；
第四接线端与绝缘栅双极晶体管IGBT11的发射极和绝缘栅双极晶体管IGBT12的集电极连接；
绝缘栅双极晶体管IGBT5的集电极与绝缘栅双极晶体管IGBT1的发射极和绝缘栅双极晶体管IGBT2的集电极连接；绝缘栅双极晶体管IGBT6的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT3的发射极和绝缘栅双极晶体管IGBT4的集电极连接；
绝缘栅双极晶体管IGBT7的集电极与绝缘栅双极晶体管IGBT5的发射极连接；绝缘栅双极晶体管IGBT10的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT6的集电极连接；
绝缘栅双极晶体管IGBT8的集电极与绝缘栅双极晶体管IGBT7的发射极和绝缘栅双极晶体管IGBT11的集电极以及电容器C5连接；绝缘栅双极晶体管IGBT9的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT10的集电极和绝缘栅双极晶体管IGBT12的发射极以及电容器C5连接；
绝缘栅双极晶体管IGBT14的集电极与绝缘栅双极晶体管IGBT8的发射极和绝缘栅双极晶体管IGBT9的集电极连接；绝缘栅双极晶体管IGBT14的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT13的发射极连接；
每个绝缘栅双极晶体管也可以由集成门极换流晶闸管、门极可关断晶闸管、电力晶体管和电力场效应晶体管替换使用；
第一接线端、第二接线端、第三节接线端为直流输入端，第四接线端、第五接线端、第六接线端为三相交流的输出端，每个桥臂中均安装有直流母线电容，每相直流母线电容靠近该相桥臂安装；
第一接线端、第二接线端、第三接线端为直流输入端，第四接线端、第五接线端、第六接线端为三相交流的输出端，所有桥臂共用一个直流母线电容，直流母线电容安装在直流母线的输入端；
第一接线端、第二接线端、第三接线端为三相交流的输入端，每个桥臂中均安装有直流母线电容，每相直流母线电容靠近该相桥臂安装；
第一接线端、第二接线端、第三接线端为三相交流的输入端，所有桥臂共用一个直流母线电容，直流母线电容安装在直流母线的输入端；
第一接线端、第二接线端、第三接线端为三相交流的输入端，第四接线端、第五接线端、第六接线端为三相交流的输出端，每个桥臂中均安装有直流母线电容，每相直流母线电容靠近该相桥臂安装；
第一接线端、第二接线端、第三接线端为三相交流的输入端，第四接线端、第五接线端、第六接线端为三相交流的输出端，所有桥臂共用一个直流母线电容，直流母线电容安装在直流母线的输入端；
与现有技术相比，本实用新型具有以下技术效果：
本钳位式五电平电压源型变换装置的四个电容器C1、C2、C3、C4两端的电压分别为直流母线电压的1/4，每个绝缘栅双极晶体管承受的电压均为直流母线电压的1/4，所有绝缘栅双极晶体管承受的耐压相同，使用时可选用同一型号绝缘栅双极晶体管，使得在开关管的选型上会非常方便；另外所有开关管的封装相同，在开关管的设计和安装上会更加的方便。
在三相系统中，本钳位式五电平电压源型变换装置可共用直流母线电容，相对于模块组合五电平电路结构大大减少了电容器的数量，减小了系统整体的大小，降低了成本。
附图说明
图1是本实用新型的钳位式五电平电压源型变换器的拓扑结构图；
图2是根据本实用新型实施例2的拓扑结构；
图3是根据本实用新型实施例3的拓扑结构；
图4是根据本实用新型实施例4的拓扑结构；
图5是根据本实用新型实施例5的拓扑结构；
图6是根据本实用新型实施例6的拓扑结构；
图7是根据本实用新型实施例7的拓扑结构。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作具体的说明。
实施例1
如图1所示，本钳位式五电平电压源型变换器包括电容器C1、电容器C2、电容器C3、电容器C4、电容器C5，第一接线端、第二接线端、第三接线端、第四接线端，绝缘栅双极晶体管IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6、IGBT7、IGBT8、IGBT9、IGBT10、 IGBT11、IGBT12、IGBT13、IGBT14。
第一接线端与电容器C1和绝缘栅双极晶体管IGBT1的集电极连接；电容器C1的另一端与电容C2和绝缘栅双极晶体管IGBT2的发射极连接；
第二接线端与电容器C2、电容器C3和绝缘栅双极晶体管IGBT13的集电极连接；
第三接线端与电容器C4和绝缘栅双极晶体管IGBT4的发射极连接；电容器C4的另一端与电容器C3和绝缘栅双极晶体管IGBT3的集电极连接；
第四接线端与绝缘栅双极晶体管IGBT11的发射极和绝缘栅双极晶体管IGBT12的集电极连接；
绝缘栅双极晶体管IGBT5的集电极与绝缘栅双极晶体管IGBT1的发射极和绝缘栅双极晶体管IGBT2的集电极连接；绝缘栅双极晶体管IGBT6的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT3的发射极和绝缘栅双极晶体管IGBT4的集电极连接；
绝缘栅双极晶体管IGBT7的集电极与绝缘栅双极晶体管IGBT5的发射极连接；绝缘栅双极晶体管IGBT10的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT6的集电极连接；
绝缘栅双极晶体管IGBT8的集电极与绝缘栅双极晶体管IGBT7的发射极和绝缘栅双极晶体管IGBT11的集电极以及电容器C5连接；绝缘栅双极晶体管IGBT9的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT10的集电极和绝缘栅双极晶体管IGBT12的发射极以及电容器C5连接；
绝缘栅双极晶体管IGBT14的集电极与绝缘栅双极晶体管IGBT8的发射极和绝缘栅双极晶体管IGBT9的集电极连接；绝缘栅双极晶体管IGBT14的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT13的发射极连接；
通过控制不同绝缘栅双极晶体管IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6、IGBT7、IGBT8、IGBT9、IGBT10、IGBT11、IGBT12、IGBT13、IGBT14的导通与关断可以实现五个电平电压的输出。
本实用新型在具体实施时，绝缘栅双极晶体管IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6、IGBT7、IGBT8、IGBT9、IGBT10、IGBT11、IGBT12、IGBT13、IGBT14、电容器C5、驱动板、控制板集成到一个较大模块中。
每个绝缘栅双极晶体管也可由其他全控型器件替换使用，其他全控型器件包括集成门极换流晶闸管、门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应管。
第一接线端1与第三接线端3之间的电压为直流母线电压。
本钳位式五电平电压源型变换装置在稳定运行时，电容器C1、C2、C3、C4两端的电压分别为直流母线电压的1/4，每个绝缘栅双极晶体管承受的电压均为直流母线电压的1/4，所有绝缘栅双极晶体管承受的耐压相同，使用时可选用同一型号绝缘栅双极晶体管。
实施例2
图2是本实用新型的实施例2，实施例2是由本实用新型的变换装置组成的三相逆变器拓扑结构电路，该实施例转换电路的功能是把直流电转换成三相交流电，第一接线端1、第二接线端2、第三接线端3为直流输入端，第四接线端4、第五接线端5、第六接线端6为三相交流的输出端，该实施例的特点是每个桥臂中均安装有直流母线电容，每相的直流母线电容靠近该相桥臂安装，有利于减小直流母线电容到桥臂的杂散电感值，更有利于系统的稳定。
实施例3
图3是本实用新型的实施例3，实施例3是由本实用新型的变换装置组成的三相逆变器拓扑结构电路，该实施例转换电路的功能是把直流电转换成三相交流电，第一接线端1、第二接线端2、第三接线端3为直流输入端，第四接线端4、第五接线端5、第六接线端6为三相交流的输出端，该实施例的特点是所有桥臂共用一个直流母线电容，直流母线电容安装在直流母线的输入端，有利于减少电容器的数量，系统的结构更简单，装置的体积更小。
实施例4
图4是本实用新型的实施例4，实施例4是由本实用新型的变换装置组成的三相整流器拓扑结构电路，该实施例转换电路的功能是把三相交流电转换成直流电，第一接线端1、第二接线端2、第三接线端3为三相交流的输入端，该实施例的特点是每个桥臂中均安装有直流母线电容，每相的直流母线电容靠近该相桥臂安装，有利于减小直流母线电容到桥臂的杂散电感值，更有利于系统的稳定，该实施例的拓扑结构可以用于整流装置，有源滤波以及静止无功补偿装置中。
实施例5
图5是本实用新型的实施例5，实施例5是由本实用新型的变换装置组成的三相整流器拓扑结构电路，该实施例转换电路的功能是把三相交流电转换成直流电，第一接线端1、第二接线端2、第三接线端3为三相交流的输入端，该实施例的特点是所有桥臂共用一个直流母线电容，直流母线电容安装在直流母线的输入端，有利于减少电容器的数量，系统的结构更简单，装置的体积更小，该实施例的拓扑结构可以用于整流装置，有源滤波以及静止无功补偿装置中。
实施例6
图6是本实用新型的实施例6，实施例6是由本实用新型的变换装置组成的三相背靠背五电平拓扑结构电路，该实施例转换电路的功能是把三相交流电转换成三相交流电，第一接线端1、第二接线端2、第三接线端3为三相交流的输入端，第四接线端4、第五接线端5、第六接线端6为三相交流的输出端，该实施例的特点是每个桥臂中均安装有直流母线电容，每相的直流母线电容靠近该相桥臂安装，有利于减小直流母线电容到桥臂的杂散电感值，更有利于系统的稳定。
实施例7
图7是本实用新型的实施例7，实施例7是由本实用新型的变换装置组成的三相背靠背五电平拓扑结构电路，该实施例转换电路的功能是把三相交流电转换成三相交流电，第一接线端1、第二接线端2、第三接线端3为三相交流的输入端，第四接线端4、第五接线端5、第六接线端6为三相交流的输出端，该实施例的特点是所有桥臂共用一个直流母线电容，直流母线电容安装在直流母线的输入端，有利于减少电容器的数量，系统的结构更简单，装置的体积更小。
本钳位式五电平电压源型变换装置的电容器C1、C2、C3、C4两端的电压分别为直流母线电压的1/4，每个绝缘栅双极晶体管承受的电压均为直流母线电压的1/4，所有绝缘栅双极晶体管承受的耐压相同，使用时可选用同一型号绝缘栅双极晶体管。
Claims (7)
1.一种钳位式五电平电压源型变换器，其特征在于，包括电容器C1、电容器C2、电容器C3、电容器C4、电容器C5，第一接线端(1)、第二接线端(2)、第三接线端(3)、第四接线端(4)，绝缘栅双极晶体管IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6、IGBT7、IGBT8、IGBT9、IGBT10、IGBT11、IGBT12、IGBT13、IGBT14；
第一接线端(1)与电容器C1和绝缘栅双极晶体管IGBT1的集电极连接；电容器C1的另一端与电容C2和绝缘栅双极晶体管IGBT2的发射极连接；
第二接线端(2)与电容器C2、电容器C3和绝缘栅双极晶体管IGBT13的集电极连接；
第三接线端(3)与电容器C4和绝缘栅双极晶体管IGBT4的发射极连接；电容器C4的另一端与电容器C3和绝缘栅双极晶体管IGBT3的集电极连接；
第四接线端(4)与绝缘栅双极晶体管IGBT11的发射极和绝缘栅双极晶体管IGBT12的集电极连接；
绝缘栅双极晶体管IGBT5的集电极与绝缘栅双极晶体管IGBT1的发射极和绝缘栅双极晶体管IGBT2的集电极连接；绝缘栅双极晶体管IGBT6的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT3的发射极和绝缘栅双极晶体管IGBT4的集电极连接；
绝缘栅双极晶体管IGBT7的集电极与绝缘栅双极晶体管IGBT5的发射极连接；绝缘栅双极晶体管IGBT10的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT6的集电极连接；
绝缘栅双极晶体管IGBT8的集电极与绝缘栅双极晶体管IGBT7的发射极和绝缘栅双极晶体管IGBT11的集电极以及电容器C5连接；绝缘栅双极晶体管IGBT9的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT10的集电极和绝缘栅双极晶体管IGBT12的发射极以及电容器C5连接；
绝缘栅双极晶体管IGBT14的集电极与绝缘栅双极晶体管IGBT8的发射极和绝缘栅双极晶体管IGBT9的集电极连接；绝缘栅双极晶体管IGBT14的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT13的发射极连接。
2.根据权利要求1所述的一种钳位式五电平电压源型变换器，其特征在于，第一接线端(1)、第二接线端(2)、第三接线端(3)为直流输入端，第四接线端(4)、第五接线端(5)、第六接线端(6)为三相交流的输出端，每个桥臂中均安装有直流母线电容，每相直流母线电容靠近该相桥臂安装。
3.根据权利要求1所述的一种钳位式五电平电压源型变换器，其特征在于，第一接线端(1)、第二接线端(2)、第三接线端(3)为直流输入端，第四接线端(4)、第五接线端(5)、第六接线端(6)为三相交流的输出端，所有桥臂共用一个直流母线电容，直流母线电容安装在直流母线的输入端。
4.根据权利要求1所述的一种钳位式五电平电压源型变换器，其特征在于，第一接线端(1)、第二接线端(2)、第三接线端(3)为三相交流的输入端，每个桥臂中均安装有直流母线电容，每相直流母线电容靠近该相桥臂安装。
5.根据权利要求1所述的一种钳位式五电平电压源型变换器，其特征在于，第一接线端(1)、第二接线端(2)、第三接线端(3)为三相交流的输入端，所有桥臂共用一个直流母线电容，直流母线电容安装在直流母线的输入端。
6.根据权利要求1所述的一种钳位式五电平电压源型变换器，其特征在于，第一接线端(1)、第二接线端(2)、第三接线端(3)为三相交流的输入端，第四接线端(4)、第五接线端(5)、第六接线端(6)为三相交流的输出端，每个桥臂中均安装有直流母线电容，每相直流母线电容靠近该相桥臂安装。
7.根据权利要求1所述的一种钳位式五电平电压源型变换器，其特征在于，第一接线端(1)、第二接线端(2)、第三接线端(3)为三相交流的输入端，第四接线端(4)、第五接线端(5)、第六接线端(6)为三相交流的输出端，所有桥臂共用一个直流母线电容，直流母线电容安装在直流母线的输入端。
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