DC‑AC 功率转换器制造技术

本发明专利技术包括DC‑AC功率转换器(1)，包括：具有第一DC输入端(80)和第一AC输出端(85)的电流型DC‑AC转换器(70)，所述第一DC输入端(80)并联连接到所述主DC输入端(10)并且所述第一AC输出端(85)并联连接到所述主AC输出端(20)；以及控制装置(110)，用于控制所述双向电压型DC‑AC转换器(50)，用于在所述第一AC输出‑输入端(65)处输送具有所述基频f0的正弦AC电压；控制所述电流型DC‑AC转换器(70)，用于在所述第一AC输出端(85)处输送具有所述基频f0并与所述正弦AC电压同相的准方型AC电流；强制所述额定电流的至少70％由所述电流型DC‑AC转换器(70)提供。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】DC-AC功率转换器
本专利技术涉及DC-AC功率转换器。通常，这种DC-AC功率转换器具有主DC输入端和主AC输出端，并且能够将主DC输入端处的DC电压转换并适配(adapt)成在主AC输出端处的正弦AC电压，并且能够在主AC输出端处输送额定电流。它包括串联的DC-DC转换器和跟在其后的双向电压型DC-AC转换器。槽路电容器(tankcapacitor)并联连接到DC-DC转换器的DC输出端。
技术介绍
DC-AC功率转换器是本领域技术人员已知的，并且通常用在电信行业中。由于历史原因，这个行业中的负载通常需要AC输入电压，而能量常常是由提供DC电压的电池输送的，而作为能源供应者的电池常常在低功率应用中被选择。图1示出了本领域技术人员已知的DC-AC功率转换器1的示例。这种转换器能够将其主输入端10处的DC电压转换成其主AC输出端20处的AC电压。如图1中图示的，本领域技术人员已知的DC-AC功率转换器通常包括第一DC-DC转换器30，其通常具有两个功能：首先，适配(例如，增加)由连接在主DC输入端10处的电池提供的DC电压；其次，流电隔离这个低电压电池并因此保护其免受来自主AC输出端20的扰动或故障的影响。为了实现这第二个功能，必须隔离第一DC-DC转换器30(参见双划线(doublestrike))。槽路电容器40通常连接在第一DC-DC转换器30和DC-AC转换器50之间。这第二个转换器50在主AC输出端20处提供所需的正弦AC电压。DC-AC功率转换器(诸如图1中所示的)存在不同的损耗。因此，这种转换器的效率不是最佳。文献JP11206133A公开了一种配备有电流型功率转换器和电压型功率转换器的AC-AC功率转换器。在电流型功率转换器中，从将AC输出转换成DC电流的整流器输出的DC电流由电抗器平滑并被供给逆变器。通过由半导体元件构成的逆变器的开关元件的开-关控制，DC电流被逆变器转换成120°电流流方波型AC电流。因此，逆变器电路向负载供给主电流，诸如到感应马达的三相AC电流。电压型功率转换器经由电抗器与电流型功率转换器的AC输出端子连接，通过由半导体元件构成的逆变器的开关元件的开-关控制将从输入侧电容器获得的DC电压转换成AC电压，并且控制从电流型功率转换器供给负载的电流，以便获得正弦波。电流型功率转换器的输出电流相位由电压型功率转换器的相间电压切换。所解决的问题是减少构成逆变器电路的半导体元件中的功率损耗以及在负载快速变化时的电流增加。文献EP2770624A1公开了一种用于从DC电压输入产生到三相输出端的三相电流的方法和装置。该方法包括通过使用开关转换器产生正电流、负电流和中间电流。所产生的正电流在给定时间遵循正弦三相信号的最高相位的路径，所产生的负电流在给定时间遵循三相信号的最低相位的路径，并且所产生的中间电流在给定时间遵循最高相位和最低相位之间的三相信号的相位的路径。所产生的电流依次切换到三相输出端的每个相导体，使得在输出导体中形成三相电流的相电流。
技术实现思路
本专利技术的目的本专利技术意在提供一种给出比现有技术更高效率的DC-AC功率转换器。专利技术概述根据本专利技术的DC-AC功率转换器具有主DC输入端和主单相AC输出端，能够将所述主DC输入端处的DC电压转换并适配成在所述主AC输出端处的具有基频f0的正弦AC电压VoutAC，并且能够在所述主AC输出端处输送额定功率。DC-AC功率转换器包括：-第一DC-DC转换器，具有作为输入端的所述主DC输入端并具有第一DC输出端；-双向电压型DC-AC转换器，具有并联连接到第一DC输出端的第一DC输入-输出端和并联连接到主AC输出端的第一AC输出-输入端；-槽路电容器，并联连接到所述第一DC输出端；其中所述主DC输入端具有第一端子和第二端子。在一些应用中，正弦AC输出电压可以例如由梯形AC输出电压代替。具有这种输出的DC-AC功率转换器也在本专利技术的范围内。DC-AC转换器的特征在于它还包括：-电流型DC-AC转换器，具有第一DC输入端和第一AC输出端，所述第一DC输入端并联连接到所述主DC输入端，并且所述第一AC输出端并联连接到所述主AC输出端；及-控制装置，用于：-控制所述双向电压型DC-AC转换器，用于在所述第一AC输出-输入端处输送具有所述基频f0的正弦AC电压；-控制所述电流型DC-AC转换器，用于在所述第一AC输出端处输送具有所述基频f0并与所述正弦AC电压同相的准方型AC电流；-强制所述额定功率的至少50％由所述电流型DC-AC转换器提供。表述“电压型”DC-AC转换器意味着这个转换器表现为电压源。表述“电流型”DC-AC转换器意味着这个转换器表现为电流源。表述“电压源”和“电流源”是本领域技术人员众所周知的。控制装置能够控制电流型DC-AC转换器，用于在其输出端(即，第一AC输出端)处输送准方型电流。因此，在所述第一AC输出端处输送的电功率相对于在图2的DC-AC转换器“50”的输出端处输送的功率变化较小。控制装置能够强制在DC-AC功率转换器的主AC输出端处的额定功率(电流)的至少50％(优选地50-70％)由电流型DC-AC转换器提供。额定功率(电流)优选地被定义为当无源负载连接到主AC输出端时的电功率(电流)的RMS值。转换器“50”对输出电压正弦波的低侧操作，而转换器“70”对其高侧操作。转换器“50”和“70”被独立驱动。由于电流型DC-AC转换器70比串联的转换器“30”和“50”在能量转换方面更直接，因此当转换器70远离零电压(即，处于高输出电压)时，转换器“70”的效率增加。连接到双向电压型DC-AC转换器的第一DC-AC输入-输出端的槽路电容器能够经由具有作为输入端的主DC输入端的第一DC-DC转换器来提供互补的电功率，以便在主AC输出端处获得正弦电压，并且，如果无源负载被连接到主AC输出端，则还获得正弦电流。由双向电压型DC-AC转换器输送的电流以及因此还有电功率变化更大。控制装置能够控制双向电压型DC-AC转换器，用于在其第一AC输出-输入端处输送正弦电压。这第一AC输出-输入端与主AC输出端并联地电连接。因此，如果无源负载被连接到主AC输出端，则正弦电流流过它。在双向DC-AC转换器的第一AC输出-输入端处流动的电流可以根据第一Kirchoff定律找到：这种电流是通过取在主AC输出端处的正弦电流与在第一AC输出端处由电流型DC-AC转换器提供的准方电流之间的差异来获得的。因此，在双向电压型DC-AC转换器的第一AC输出-输入端处流动的电流经历相对较大的变化。因此，双向DC-AC转换器的效率小于第一隔离DC-AC转换器的效率。但是，由于控制装置能够强制额定电流的至少50-70％由电流型DC-AC转换器提供，因此由电流型DC-AC转换器执行的效率增益不会被双向电压型DC-AC转换器中引起的效率损失抵消。因此，DC-AC功率转换器的总效率增加。优选地，在根据本专利技术的DC-AC功率转换器中，在所述主AC输出端处的所述正弦AC电压具有变化的瞬时值VoutAC(t)和峰值VoutAC(max)；所述控制装置还能够控制所述第一DC-DC转换器和所述电流型DC-AC转换器，用于当|VoutAC(t)|<0.40*Vo本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DC‑AC功率转换器(1)，具有主DC输入端(10)和主单相AC输出端(20)，能够将所述主DC输入端(10)处的DC电压转换并适配成在所述主AC输出端(20)处的具有基频f0的正弦AC电压VoutAC，并且能够在所述主AC输出端(20)处输送额定功率，包括：‑第一DC‑DC转换器(30)，具有作为输入端的所述主DC输入端(10)并具有第一DC输出端(35)；‑双向电压型DC‑AC转换器(50)，具有并联连接到第一DC输出端(35)的第一DC输入‑输出端(60)和并联连接到主AC输出端(20)的第一AC输出‑输入端(65)；‑槽路电容器(40)，并联连接到所述第一DC输出端(35)；其中所述主DC输入端(10)具有第一端子(11)和第二端子(12)；其特征在于，所述DC‑AC功率转换器(1)还包括：‑电流型DC‑AC转换器(70)，具有第一DC输入端(80)和第一AC输出端(85)，所述第一DC输入端(80)并联连接到所述主DC输入端(10)，并且所述第一AC输出端(85)并联连接到所述主AC输出端(20)；及‑控制装置(110)，用于：‑控制所述双向电压型DC‑AC转换器(50)，用于在所述第一AC输出‑输入端(65)处输送具有所述基频f0的正弦AC电压；‑控制所述电流型DC‑AC转换器(70)，用于在所述第一AC输出端(85)处输送具有所述基频f0并与所述正弦AC电压同相的准方型AC电流；‑强制所述额定功率的至少50％由所述电流型DC‑AC转换器(70)提供。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.24 EP 14194504.81.一种DC-AC功率转换器(1)，具有主DC输入端(10)和主单相AC输出端(20)，能够将所述主DC输入端(10)处的DC电压转换并适配成在所述主AC输出端(20)处的具有基频f0的正弦AC电压VoutAC，并且能够在所述主AC输出端(20)处输送额定功率，包括：-第一DC-DC转换器(30)，具有作为输入端的所述主DC输入端(10)并具有第一DC输出端(35)；-双向电压型DC-AC转换器(50)，具有并联连接到第一DC输出端(35)的第一DC输入-输出端(60)和并联连接到主AC输出端(20)的第一AC输出-输入端(65)；-槽路电容器(40)，并联连接到所述第一DC输出端(35)；其中所述主DC输入端(10)具有第一端子(11)和第二端子(12)；其特征在于，所述DC-AC功率转换器(1)还包括：-电流型DC-AC转换器(70)，具有第一DC输入端(80)和第一AC输出端(85)，所述第一DC输入端(80)并联连接到所述主DC输入端(10)，并且所述第一AC输出端(85)并联连接到所述主AC输出端(20)；及-控制装置(110)，用于：-控制所述双向电压型DC-AC转换器(50)，用于在所述第一AC输出-输入端(65)处输送具有所述基频f0的正弦AC电压；-控制所述电流型DC-AC转换器(70)，用于在所述第一AC输出端(85)处输送具有所述基频f0并与所述正弦AC电压同相的准方型AC电流；-强制所述额定功率的至少50％由所述电流型DC-AC转换器(70)提供。2.如权利要求1所述的DC-AC功率转换器(1)，其中所述主单相AC输出端(20)处的所述正弦AC电压具有变化的瞬时值VoutAC(t)和峰值VoutAC(max)；其特征在于，所述控制装置(110)还能够控制所述第一DC-DC转换器(30)和所述电流型DC-AC转换器(70)，用于当|VoutAC(t)|<0.40*VoutAC(max)时通过第一DC-DC转换器(30)从主DC输入端(10)向槽路电容器(40)充电。3.如权利要求1或2所述的DC-AC功率转换器(1)，其特征在于：-所述第一DC-DC转换器(30)是隔离的转换器并且包括：-初级电路(200)，具有作为输入端的所述主DC输入端(10)，具有初级输出端(210)，所述初级输出端(210)具有第一初级端子(211)和直接连接到所述第二端子(12)的第二初级端子(212)，包括：·在第一端子(11)和第一初级端子(211)之间串联连接的输入电感(300)和初级电容器(310)；·输入开关装置(320)，用于将所述输入电感(300)和所述初级电容器(310)之间的接合点与第二端子(12)和第二初级端子(212)之间的接合点交替地连接和断开连接；-第一次级电路(220)，具有第一次级输入端(230)和作为输出端的所述第一DC输出端(35)；特征在于-所述电流型DC-AC转换器(70)是隔离的转换器并且包括：-相同的初级电路(200)；-第二次级电路(240)，用于在所述第一AC输出端(85)处提供所述准方型AC电流的正半周，具有第二次级输入端(250)和第二次级输出端(255)，所述第二次级输出端(255)并联连接到所述第一AC输出端(85)；-第三次级电路(260)，用于在所述第一AC输出端(85)处提供所述准方型AC电流的负半周，具有第三次级输入端(270)和第三次级输出端(275)，所述第三次级输出端(275)并联连接到所述第一AC输出端(85)；并且特征在于-所述DC-AC功率转换器(1)还包括隔离的变压器(400)，用于将所述初级输出端(210)分别磁力作用地连接到所述第一次级输入端(230)、第二次级输入端(25...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·布莱尤斯，F·法雷贝尔，T·琼尼斯，F·米尔斯泰因，
申请(专利权)人：CET卢森堡电力公司，
类型：发明
国别省市：卢森堡,LU