低损耗大功率换流器制造技术

一种低损耗大功率换流器，其中每个与由两个电容器（Ｃ↓［ｏ］、Ｃ↓［ｕ］）的串联电路构成的直流电压中间电路（４）并联的换流器相（２）具有一个上半桥和一个下半桥（６、８），这两个半桥分别含有两个带反并联二极管（Ｄ１、Ｄ２或Ｄ３、Ｄ４）的大功率半导体开关（Ｔ１、Ｔ２或Ｔ３、Ｔ４），其中两个上和下大功率半导体开关（Ｔ１、Ｔ２或Ｔ３、Ｔ４）的连接点（１０、１２）通过一去耦二极管（Ｄ５、Ｄ６）与直流电压中间电路（４）的两个电容器（Ｃ↓［ｏ］、Ｃ↓［ｕ］）的连接点（Ｍ）连接，其中直流电压中间电路（４）的上和下电容器（Ｃ↓［ｏ］、Ｃ↓［ｕ］）分别分成两个大小相同的电容器（Ｃ↓［ｏ１］、Ｃ↓［ｏ２］或Ｃ↓［ｕ１］、Ｃ↓［ｕ２］），其中由一个上和一个下辅助开关（１６、１８）构成的辅助电路（１４）与一谐振电感（Ｌ↓［Ｒ］）串联，直流电压中间电路（４）的上和下电容器（Ｃ↓［ｏ１］、Ｃ↓［ｏ２］或Ｃ↓［ｕ１］、Ｃ↓［ｕ２］）的一个连接点（２０、２２）与换流器相（２）的输出端子（２４）连接并且其中为换流器相（２）的大功率半导体开关（Ｔ１……Ｔ４）至少备有一个谐振电容器（Ｃ↓［Ｒ］、Ｃ↓［Ｒ１］、Ｃ↓［Ｒ２］、Ｃ↓［Ｒ１１］、Ｃ↓［Ｒ２１］、Ｃ↓［Ｒｏ］、Ｃ↓［Ｒｕ］）。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低损耗大功率换流器。几年来一直宣传作为通用的注入电压的脉冲换流器的替代方案的用于传动技术的谐振换流器，旨在大幅度地降低开关损耗和最佳地利用由此产生的诸如功率密度较高、开关频率较高等优点。另外基于在开关过程中负载小的原因之故，因而半导体可以开关控制较高的电流且因此所能承受的满载荷可以更高。其缺点是，对为形成开关过程中的电流和电压变化必须附加采用的部分有源和无源器件将付出很大的额外代价。在部分开关器件上将产生较高的峰值电流和峰值电压。另外在一些谐振换流器中还必须采用完全不同于迄今方式的控制方法。一种与其它电路相比只有微量限制的方案被称作辅助谐振换向极(ARCP)换流器。在ARCP换流器中不会出现高于脉冲换流器中的开关器件的峰值负载并且可以采用已知的控制方法且仅需就静止时间和最短脉冲时间进行适配。对器件和控制电子部分付出的额外代价适中并且必须结合所实现的优点，同时对照惯用的卸载网络综合进行考虑。在R.W.De Doncker和J.P.Lyons发表于电气与电子工程师学会-LAS年会会议录1990，1228至1235页中的题为“辅助谐振换向极变换器”中对ARCP-换流器的工作方式做了记载。在这样一个ARCP换流器中谐振电容器与每个大功率半导体开关关联。另外有一个由与谐振电感串联的辅助开关构成的辅助电路，该辅助开关将直流电压-中间电路-电容器的中点与换流器相的输出端子连接。作为辅助开关备有两个带反并联的二极管的半导体开关，这些二极管串联，从而使其阴极-或发射极-或源极-端子相互连接在一起。作为半导体开关可以采用SCRs(对称截止晶闸管)、GTOs(门电路断开晶闸管)、ZTOs(齐纳断开晶闸管)或MCTs(MOS控制晶闸管)。作为大功率半导体开关例如可以采用GTOs、MCTs、IGBTs(绝缘门双极晶体管)或LTRs(大功率晶体管)。在用自动换流器对较大功率的三相用电器，例如在兆瓦范围的三相电机馈电时，则存在对高压范围内的相同电压的要求。为满足此要求，根据目前的半导体技术水平必要时必须将半导体器件串联。在M.德姆罗、K.豪伊曼、H.于尔根森和G.施比斯发表于国际动力工程会议-横滨′95会议录，1634至1638页的题为“在谐振变换器中IGBT的串联”中揭示了一种谐振换流器，其桥臂整流器分别由一个由三个IGBT构成的串联电路构成。每个大功率开关器都备有一个谐振电容器。每个桥臂的二个器件的串联电路的一种有利的方案是扩展的三相电流桥电路。在该电路中对应于端子o，交流端子的电压可取三个值+Ud/2、零和-Ud/2。所以它也被称做自动三点式换流器或三点式换流器。本专利技术的目的在于，提出一种大功率换流器，其大功率半导体开关应能低损耗地进行开关控制。本专利技术的目的是这样实现的，即设置一个具有如权利要求1所述特征的换流器。由于每个分别与一由两个电容器的串联电路构成的直流电压-中间电路并联的换流器相具有一个分别有两个大功率半导体开关的上半桥和下半桥，所述半导体开关的连接点分别通过一个去耦二极管与直流电压-中间电路的两个电容器的连接点连接，因而实现一个三点式换流器相的结构。该三点式换流器相还备有其它的器件。这些其它的器件是一个辅助电路和为换流器相的大功率半导体开关至少备有一个谐振电容器。辅助电路由分别用于换流器的上半桥和下半桥的一个辅助开关构成，这两个辅助开关与一谐振电感连接。该辅助电路将换流器相的输出端子分别与直流电压中间电路的两个电容器的中间端子连接。其中辅助开关的端子与直流电压中间电路的电容器的中间端子并且谐振电感的端子与换流器相的输出端子连接。通过该辅助开关振荡回路接线(谐振电感和至少一个谐振电容器)被接通或断开。从而实现了对换流器相的大功率半导体开关的开断瞬间的确定，从而可以采用通常的脉冲宽度调制方法。因此该换流器相的大功率半导体在电压为零时可通过该器件接通和断开(零电压换向(ZVS)原理)。该辅助电路的辅助开关按照零电流换向(ZCS)原理同样可以开断去载工作。在采用ZCS原理工作时辅助开关在电流为零时接通和断开。即在该换流器相采用的半导体开关进行低损耗通断。这样就实现了一个作为具有权利要求1所述特征的低损耗大功率换流器的三点式的ARCP换流器，这种换流器将三点式换流器的优点与ARCP换流器的优点结合在一起，其中至少仅需采用一个谐振电容器。在低损耗大功率换流器的换流器相的一个有益的实施形式中替代辅助电路中的谐振电感备有两个谐振电感，这两个谐振电感分别与一个辅助开关串联。有关低损耗大功率换流器的换流器相的进一步有益的实施方式请参见从属权利要求3至12。下面将对照附图对本专利技术作进一步的说明，在附图中对低损耗的大功率换流器的换流器相的实施例作了图示。附图说明图1为本专利技术的低损耗大功率换流器的换流器相的第一实施形式；图2为该换流器相的有益的实施形式；图3至5为换流器相的进一步实施形式；图6为将图1和图3的实施形式结合在一起的换流器相的实施形式；图7为由图3和图4的实施形式构成的一实施形式；图8为将图1、3和4的实施形式结合在一起的换流器相的实施形式。图1中示出低损耗大功率换流器的换流器相2的结构，其中该换流器相2并联接在直流电压-中间电路4上。换流器相2具有一个上面的半电桥6和一个下面的半电桥8，它们分别含有两个带有反并联的二极管D1、D2和D3、D4的大功率半导体开关T1、T2和T3、T4。大功率半导体开关T1和T2或T3和T4的连接点10或12利用一去耦二极管D5或D6与直流电压-中间电路4的两个电容器Co和Cu的连接点M连接。直流电压-中间电路4的电容器Co或Cu分别被分成两个容量相同的电容器Co1和Co2或Cu1和Cu2，其电容值分别是直流电压 中间电路4的电容器Co或Cu的电容值的两倍。作为直流电压-中间电路4的电容器Co或Cu也可以是一个带有中间抽头的电容器。另外，该换流器相2具有辅助电路14，该辅助电路由一上辅助开关16和一下辅助开关18以及一个谐振-电感LR构成。这两个辅助开关16和18与谐振-电感LR串联。辅助开关16及18分别由两个带有反并联的二极管D7和D8或D9和D10的半导体开关T7和T8或T9和T10构成。通过该辅助开关16或18，电容器Co1和Co2或Cu1和Cu2的连接点20或22经谐振-电感LR与换流器相2的输出端子24连接。另外至少为换流器相2的大功率半导体开关T1......T4配备一个谐振-电容器CR，该谐振电容器接在换流器相2的输出端子24与直流电压-中间电路4的连接点M之间。采用诸如GTOs、MCTs、IGBTs或LTRs等可断开的大功率半导体开关作为大功率半导体开关T1......T4，其中在附图中示出的是GTOs。作为辅助电路16和18的半导体开关T7......T10可以采用SCRs、GTOs、ZTOs或MCTs，其中例如在附图中示出的是GTOs。图2示出换流器相2的一种有益的实施形式，其中对与图1相同的器件用相同的附图标记加以标示。对照图1的实施形式，在图2中用两个谐振电感LR1和LR2替代一个谐振电感LR。这两个谐振电感LR1和LR2分别与一个辅助开关16或18串联。另外对照换流器相2的实施形式用两个谐振电容器CR1和CR2替代谐振电容器CR本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曼弗雷德·布鲁克曼，阿克塞尔·默滕斯，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：