一种高电压电力变换方法及其变换装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电力电子学领域。本发明专利技术摒弃了传统的整体变换方式，本发明专利技术的特点是无论整机输入是交流电还是直流电，均将其变换成一定路数的、彼此间电位独立的交流电（中间交流），分别整流滤波后形成相同路数的直流电（中间直流），然后通过串联电桥按一定规律叠加，输出所需的单相交流电、三相交流电或直流电。采用本发明专利技术的变换方法的静态变换器由下列部分组成：一个切分单元１、Ｍ个电位叠加柱４和一个主控制模块２。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电力电子学领域。高电压等级的负载在电力消耗中占有很大的比重，其节能降耗标志着社会能源利用的水平。市场急需高电压等级(譬如六千伏和一万伏)、低成本的电机变频调速器、不间断电源、三单相变换器等产品。长期以来，应用半导体的、高电压大电流的各种静态变换，包括频率、相数、幅值、波形等的变换，一直都采用一体式的变换方法，即将输入整体地进行改变，其中有交交方式，也有交直交方式。采用一体式变换方法的静态变换器中的功率半导体器件要承受高电压的作用。单只功率半导体器件的耐压值是有限的，要进行串联和并联才能正常工作。为保证串联并联在一起的多只功率半导体器件之间的均压和均流，传统高压静态变换器需要采用众多复杂的辅助器件，对控制系统提出越来越高的要求，由此带来结构复杂、成本高的缺点。公开号为0504079A1的欧洲专利公开了一种用于声纳的静态变换器。此种静态变换器采用了电位叠加原理，用电桥将若干个较低电压的直流输入叠加为一个较高电压的交流输出。《IEEE电力电子学杂志》第十卷第四期(一九九五年六月)上发表的、题为“在电力调节系统中取得较高性能的滑移式多级控制方法”提出了一种应用于卫星供电系统的、将光电池的直流电转换为单相或三相电的理论。本专利技术的目的是利用电位叠加的原理将开关器件分为若干个组，实现电力变换开关器件的强制均压，降低对控制系统的要求；使变换器的部件模块化，降低制造成本。本专利技术的目的是这样实现的首先将输入(可为直流电、单相交流电或多相交流电)变换为电位彼此独立的若干路交流电压，然后将这些路交流电整流滤波形成同样路数的直流电，以应用电位叠加的原理串接起来的电桥将这些直流电重新组合在一起，在一个电位叠加柱的两个输出端得到频率、相数、波形和幅值可变的交流电以及极性可变和电压幅值可变的直流电，将若干个电位叠加柱的输出端7和8进行不同的组合即可获得三相交流电、多相交流电或多路直流电。本专利技术的特点是无论整机输入是交流电还是直流电，均将其变换成一定路数的、彼此间电位独立的交流电(下称中间交流)，分别整流滤波后形成相同路数的直流电(下称中间直流)，然后通过串联电桥按一定规律叠加，输出所需的单相交流电、三相交流电或直流电。本专利技术的另一特点是中间交流的产生可以用常规变压器，也可用脉冲变压器和电桥组成的原边逆变单元。采用本专利技术的变换方法的静态变换器由下列部分组成一个切分单元1、M个电位叠加柱4和一个主控制模块2。每个电位叠加柱都由N个副边整流滤波模块及N个副边电桥9组成，副边电桥的输出端顺次联接在一起。其工作过程是切分单元1将输入3分解为M×N路电位相互独立的交流电压(中间交流)16(在附图说明图1中用带箭头的粗实线表示)后，分别送给相应的副边整流滤波模块11，经副边整流滤波模块11整流滤波后形成M×N路电位相互独立的直流电压(中间直流)17，在每一个电位叠加柱4上经N个副边电桥9的换向作用在该电位叠加柱的两个输出端7和8间形成幅值、方向、相位和波形均可设定的直流或交流电压。将各个电位叠加柱的输出端7和8进行不同的组合即可满足各种应用目的的需要。图1总结构图。图2切分单元所用的常规变压器。图3切分单元中的、采用脉冲变压器的标准原边逆变单元。图4简单的原边逆变单元。图5一般的整流滤波单元。图6适于再生制动的整流滤波单元。图7副边逆变单元。图8特殊的副边逆变单元。下面结合附图叙述采用本专利技术的变换方法的静态变换器的工作原理。切分单元1的作用是将输入3转化为M×N路电位相互独立的交流电，分别送给M个电位叠加柱中的M×N个副边整流滤波模块。因为输入3可以是直流电、单相交流或多相交流电，切分单元1的结构因输入3的性质的不同而不同。切分单元1的结构有两种形式，一是采用常规变压器的形式，二是采用脉冲变压器的形式。无论采用哪种形式，切分单元1的输出为M×N路。采用常规变压器的切分单元1只适合输入3为交流电的情况。采用常规变压器的切分单元1可以看做是如图2所示的、S台有T个次级绕组的单相多次级绕组整流变压器次级绕组16ij的一种组合。组合的目的是满足应用目的的需要，满足绕组绝缘性的要求，满足后续电路的要求，保证切分单元1的输出为M×N路，保证在输入为三相或多相电时多相均衡取电，保证同一变压器的相邻次级绕组的的电位差为最小。组合满足如下的关系S×T÷U＝M×NS≥1，T≥2U为输入3的相数。更明确地说，采用常规变压器的切分单元1的特点是在保证均衡取电的前提下其次级绕组的总个数或总组数为M×N×U，输出端为M×N组，对应的中间交流为M×N路。在不同的情况下，一路输出所包含的内容不同输入为单相电时电位独立的一个次级绕组的两个引线为一路输出(全波整流时还包括中心抽头)；输入为三相或多相电时，不同柱的三个或多个绕组在正确相连后的三条或多条引线为一路输出。三相常规变压器的接法可以是星形的，也可以是角形的，在本专利技术的说明中只以星形接法为例，在实际应用中可任选其一。采用脉冲变压器的切分单元1的输入可以是交流电，也可以是直流电。采用的脉冲变压器的切分单元1的核心是串并联的P×Q个原边逆变单元(见图3)所形成的原边逆变单元阵列。每个原边逆变单元有R路输出(包括全波整流的中心抽头)。P×Q个原边逆变单元将直流输入逆变成P×Q×R路中间交流，为满足M个电位叠加柱的需要，要保持Σi=1PΣj=1QΣk=1Rijk=P×Q×R=M×N]]>的关系。原边逆变单元阵列可以有P×Q个直流电源，即每一个原边逆变单元的21、22输入端接有一个直流电源；也可以只有一个直流电源，P×Q个原边逆变单元串并联于其间。原边逆变单元阵列在只有一个高电压直流电源时按P行Q列的方式排列，其输入端21、22顺次串联，然后再并联。行数P同电源电压VY与原边电桥18中的开关元件的反向耐压值Vf的比成正比；列数Q与中间交流的总路数M×N与行数P的比成正比，有公式P＝KPVY/VfQ＝KQMN/P式中KP和KQ为经试验而得的常数。在每一个直流电源入口处均串有减压起动模块。减压起动模块的作用是减小原边逆变单元上电时的冲击，其起作用的方式是在主电路中串接若干个分压电阻。刚送入电源时，所有分压电阻全部串接在电路中，实现最大分压。经过一段时间，主控制模块2发送导通信号给减压控制电路，减压控制模块逐个切离分压电阻，逐渐提升电压。减压控制模块自与其自身电位差最小的脉冲变压器67的初级取电。采用的脉冲变压器的切分单元1的输入3为交流电时，切分单元1要有一个原边整流滤波模块。原边整流滤波模块至少应包括两个整流元件和一个平波电抗器。一个原边逆变单元(见图3a)由一个原边电桥18、一个脉冲变压器67和一个在脉冲变压器67的初级取电的原边控制模块19组成。一个原边电桥18有四个开关元件组(26至29)、四个续流二极管组(30至33)、一个电容组20和一个过压保护元件23。设原边逆变单元的输入端21接原边电源的正极，开关元件组26和28导通时流过脉冲变压器67初级线圈的电流方向为正方向，那么开关元件组27和29导通时流过脉冲变压器67初级线圈的电流方向为负方向。开关元件组26和28和开关元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高电压电力变换方法，其特点是无论整机输入３是交流电还是直流电，均将其变换成一定路数的、彼此间电位独立的交流电（中间交流），分别整流滤波后形成相同路数的直流电（中间直流），然后通过串联电桥按一定规律叠加，输出所需的单相交流电、三相交流电或直流电。此种变换方式称之为中间交直方式。

【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：马志刚，张皓，郭子斌，任少康，张炳全，
申请(专利权)人：北京先行新机电技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]