矩阵转换器制造技术

一种矩阵转换器（３），用于将多相交流电（６）转换为希望的交流输出电流（７），　　　　其中，利用多个可控双向开关（４）将ｍ相的多相交流电（６）转换为具有ｎ（ｎ＜ｍ）个负载相（Ｌ１、……、Ｌ３）的交流输出电流，其中，所述转换器（３）至少包括两个级（８、９），并且其中，至少在所述转换器（３）的一个级（８）中，通过可控双向开关（４）来控制所述多相交流电（６）的每个相。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于将多相交流电转换成希望的交流输出电流的矩阵转 换器领域，其中利用多个可控的双向开关，将该多相交流电的m个 相转换成具有n(iKm)个负载相的交流输出电流。本专利技术通过提供一种至少包括两个级的矩阵转换器解决了上述 问题，其中优选地在该转换器的一个级中通过可控的双向开关来控制 多相交流电的每个相。典型地，这个级是转换器的第一级，并且其直接连接到发电机。 借助于转换器的这个第一级，可以显著降低必要的双向开关的数量。在根据例如EP-A-1199794中所概述的现有技术的矩阵转换器 中，双向开关的数量是mXn。由于事实上这种矩阵转换器通常必须 能够承受高电源(典型地网络处于5-15 kV的范围内)，所以每个双向 幵关额外地包括若干个串联的开关元件。这与高相阶发电机的具体组 合使得需要过多的必要开关元件，从而增加了该矩阵转换器的相关费 用。所建议的多级矩阵转换器由于将开关元件(例如闸流管，但是还 可以是相应排列的IGBT、 IGCT或者GTO)的堆进行了拆分并且将所述幵关元件的一部分组合到转换器的第一级中，从而简化了设计，并 且降低了必要开关元件的数量。此第一级随后不必在输入和输出之间的mXn个路径的每一个中提供全套的串联开关元件，但是其足以在 每个用作此第一级的输入的多相交流电路径中提供部分幵关元件。例如，如下给出了元件数量降低的一种可能如果当与根据现有 技术的体系结构相比，把串联开关元件的数量拆分成二部分，并且如 果在每个双向开关中串联地提供了 k个开关元件来承受电压，则在第 二级中将仅剩k/2XmXn个开关元件，而第一级中包括k/2Xm个开 关元件。从而导致总数为k/2XmX(n+l)，而根据现有技术需要kXm Xn个幵关元件。从而实质性地节省了费用以及诸如缓冲器等必要控 制设备的以及冗余，并且该简化还额外导致了用于对矩阵转换器进行 切换的简化的控制方案。对于开关元件的额定值，必须记住，必须利用第二级中的一个双 向开关来承受线间电压。但是不仅是在矩阵转换器的输入侧有可能进行简化，而且在第二 级内元件的减少也是有可能的，从而产生以上所给出的类似优点。根 据优选实施例，例如，可以以与输出相的数量相匹配的方式将多组开 关元件组合到第二级中。例如如果m是n的整数倍，则有可能在至 少一个级中，典型地在转换器的第二级中，提供m/n组可控的双向开 关，其中每组可控的双向开关包括n个分别连接到交流输出电流的每 个相的并联双向开关。该第二级最好是转换器的最后一级，并且直接 连接到变压器或者负载。必须指出，此第二级的设计无需依赖上述第一级的设计。当然， 此第二级也是独立于上述第一级的专利技术点。从而根据本专利技术的一个实施例，该矩阵转换器的特征在于m是n 的整数倍，以及在于该转换器包括两个级。该转换器的第一级直接连 接到发电机，并且在该第一级中通过可控的双向开关来控制多相交流 电的每个相。该转换器的第二级包括m/n组可控的双向开关，每个组 包括n个分别连接到交流输出电流的每个相的并联双向开关。所述第 二级直接连接到变压器或者负载。优选地，在发电机侧，用m个相形成第一级的输入，并且用m/n个相来形成第一级的输出。优选地将 这两个级连接成第一级的n个输出相(当考虑到发电机的扇区槽的 相对圆周排列时最好为相邻的相)的组是相连的或者结合的。另一方 面，将所形成的m/n个电感的每一个与该转换器的第二级的对应组的 双向开关的每一个相连。在这种设置中，第二级仅包括k/2Xm/nXn 二k/2Xm个双向开关，而不是上述情况中的k/2XmXn个。因此在 这种体系结构中，开关元件数量减少得更多。双向开关的总数量则是kXm个，而不是(最初的)kXmXn个或 者(当仅对第一级进行修改时的)kXmX(n+l)/2个。更一般地，可以将含有k个开关元件的堆拆分成分别具有k,和 k2个元件的两堆(k,+k2H0。转换器的第一级由p个各自含有q个相的 组组成(pXcpm)。 p个组中的每一组由k,个开关元件的堆组成，用于 将q个相连接到第二级的多个开关组中的一个。第一级的开关元件的 数量是h Xp X q(而不是k, X p X q X n)。然后转换器的第二级由q个各自含有n个开关堆的组组成，其中 每个堆包含k2个串联开关元件。每个堆将第一级的p个组中的一个 连接到n个负载相中的一个。第二级的开关元件的数量是k2XpXn(而不是k2XpXqXn)。因此，开关元件的总数量是pX(qXkrfnXk2)而不是pXqX(krf k2)Xn。减少量是第一级上的因子n(负载相的数量)和第二级上的因子 q。此实质性的节省可能会由于占空比考虑而受到限制。通常，在任何情况下m>2并且n〉l，优选地m>3并且n>2。在 后一种情况下，为了能够有效地操作矩阵转换器，第二级中的组的数 量必须至少为n+l(等价于90。)。优选地第二级中的组的数量至少为 6(等价于60°的相对相差)。根据本专利技术的另一个实施例，将此体系结构应用到高相阶发电机 领域中。因此，多相交流电具有七个或者更多相将更有利。使用所谓的高相阶发电机以及对应的多个相的多相交流电将会 减少谐波失真。为了优化多相交流电的相数，所要考虑的主要参数是 相数最好是3的倍数，否则电流和电压将永远不会平衡。多相交流电的相数大则导致换相频率高 高的换相频率减少了谐波失真 换相频率由于换相的持续时间而受限。 *开关的总数量正比于相数。转换器的费用直接取决于此。相数大意味着在m相源中占空比低。则发电机利用不足并且 其费用高。此外，已经证明，使用其定子绕组三角形连接的发电机是非常有 利的，其中所述发电机的定子绕组产生多相交流电的相。例如，可以 使用如通过对外部绕组连接进行连接以及通过将矩阵转换器的输入 连接到螺旋管的末端所获得的多边形定子。在这些多边形定子绕组 中，将各个绕组恰当地串联，连接点形成了 m个顶点，每个顶点定 义了一个相，该相随后与矩阵转换器的第一级的输出相连。因此，可 以对标准发电机进行修改，以便进行操作。这是可以实现的，因为， 假设绕组节距是可调节的，则能够通过例如对外部绕组连接进行连接 以及通过将矩阵转换器的第一级的输入连接到螺旋管的末端来获得 多边形定子。从而去除了用于将线圈连接到终端的圆环，并且把连接 到该圆环的线棒端部(bars ends)焊接在一起。从而定子绕组变成完全 对称的并且形成了 一个单独的短路线圈。如果特别地将转换器的第一级集成到发电机的定子中，则可以形 成非常紧凑高效的结构。为了额外地改进发电机内的热环境，可以向 矩阵转换器提供部件，其包含在冷却液流的定子中并且用于冷却发电 机。本专利技术不局限于特定数量的希望的交流输出电流。然而，典型地， 希望具有3到6个相的交流输出电流。此外，本专利技术并不特别局限于 高相阶发电机。然而，典型地，多相交流电具有多于8个相，并且优 选地该多相交流电的相数是3的倍数。该多相交流电最好具有9、 12、 15、 18、 21或24或者更多个相。出于实际的原因，多相交流电的相 等于定子槽的数量会非常有利。为了很好地控制矩阵转换器，通常通过控制单元来控制双向开 关，以可选择地将m个输入和n个输出相连，其中提供了用于确定 输入中的电流符号的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：A·拉卡兹，
申请(专利权)人：阿尔斯通技术有限公司，
类型：发明
国别省市：