本发明专利技术公开了一种可实现整流变换的多电平Ｔ型变换器的拓扑结构，其特征在于：通过电容Ｃ↓［Ｔ１］、Ｃ↓［Ｔ２］……Ｃ↓［Ｔｋ－１］、Ｃ↓［Ｔｋ］，Ｃ↓［Ｂ１］、Ｃ↓［Ｂ２］……Ｃ↓［Ｂｋ－１］、Ｃ↓［Ｂｋ］共２ｋ个电容构成Ｔ型变换器的纵轴；通过Ｓ↓［１］、Ｓ↓［２］……Ｓ↓［ｋ－１］、Ｓ↓［ｋ］共ｋ个双向可控开关构成Ｔ型变换器的横轴；Ｓ↓［ｉ］、Ｓ↓［ｉ＋１］（ｉ＝１，２……ｋ－１）之间的节点Ｄ↓［ｉ］和Ｃ↓［Ｔｉ］、Ｃ↓［Ｔｉ＋１］（ｉ＝１，２……ｋ－１）的节点Ｄ↓［Ｔｉ］之间是有一条支路，是由Ｓ↓［Ｔｋ１］，Ｓ↓［Ｔｋ２］……Ｓ↓［Ｔｋ（２ｋ）］构成从横轴流向纵轴的单向整流支路，在节点Ｄ↓［ｉ］和Ｃ↓［Ｂｉ］与Ｃ↓［Ｂｉ＋１］（ｉ＝１，２……ｋ－１）间的节点Ｄ↓［Ｂｉ］之间有另一支路，该支路是由Ｓ↓［Ｂｋ１］，Ｓ↓［Ｂｋ２］……Ｓ↓［Ｂｋ（２ｋ）］构成从纵轴流向横轴的单向整流支路，其方向与前述的支路相反；横轴的双向可控开关Ｓ↓［１］的一端与纵轴电容的中点相连。扩展开关管、电容及整流支路可增加电平数；通过单相电路组合，可应用于多相的系统。本发明专利技术容易提高变换器的电平数，克服现有方案的电容不均压及器件数量大的缺点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种整流电路的拓扑结构，特别涉及一种可以实现整流的多电平变换器的拓 扑结构。
技术介绍
两电平变换器电路在铁路，工业等各个领域有着十分广泛的应用，然后在高压领域的应 用中，两电平变换器由于受到器件耐压的限制，必须通过变压器与高压电网相连，笨重的工 频变压器大大增加了电力电子变换装置的成本和体积。目前，在现有的多电平变换器的拓扑结构中，随着电平数量的增多，所需的半导体器件的数量急剧增加；随着电平数增加，各个电容电压不容易平衡是现有多电平结构中常见的问 题，使得多电平在实际使用中有一定的限制。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是解决传统两电平及传统多电平变换器在高压领域应用的 局限性，可以实现无需工频变压器，提供了一种可直接应用于高压整流，提高交流电压电流 波形质量的新的多电平拓扑结构。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下通过电容Cn、 CT2……Cw、 CTk， CB1、 CB2……CBk.,、 Cek共2k个电容构成T型变换 器的纵轴；通过Sp S2……Sw、 Sk共k个双向可控开关构成T型变换器的横轴；其中S,、 Si+1(i=l，2……k-l，以下i的定义相同)之间的节点Di和(^,、 CT(^的节点Dn之间是由二极管 STkl， STk2……S^pk)构成从横轴流向纵轴的单向整流支路，在节点D,和Ce,与C,(i=l,2……k-l)的节点Dsi之间有一反方向的单向支路，该支路是由二极管S配，SBk2……SBk,构成从纵轴流向横轴的单向整流支路；横轴的双向可控开关s,的两个端子中，有一个端子与S2相连，另一端子与纵轴电容的中点D。相连。通过增加横轴上的双向可控开关、纵轴上的电容、单向整流支路数量，可以增加变换器的电平数。sk、 cTk、 cBk、 sTkl， sTk2……sTk(2k)、 sBkl， sBk2……s挑(2k)是同时出现，并按上—MMfi^的连接方式接入到T型的三个端iU:，即可提高其电平数。单相交流电源或者单相交流负载的一端通过双向可控开关以及支路与电容各个节点相 连，另一端直接与电容中点相连或者通过对称的相同数量和结构的双向可控开关以及支路与 电容各个节点相连。三相以及多相交流电源或者三相以及多相交流负载可以采用单相电路结构进行组合，满 足三相以及多相运行的要求。 本专利技术的有益效果与传统的通用型多电平变换器相比，本专利技术所提出的多电平的拓扑结构用的半导体器件 数量大大减少；由于拓展性好，电路很容易可以增加电平数，容易实现更高的电平方案，避 免传统的在高压应用中采用工频变压器的方案，提高效率和性价比。附图说明图1为一个桥臂的电路原理图。图2为双向开关单元Sk的构成的示例。图3为T形结构示意图。图4为单相整流电路原理图。图5为扩展对称横轴后的单相整流电路原理图。图6为三相或者多相系统的电路结构图。具体实施例方式结合附图对本专利技术作进一步说明图l为单个桥臂的电路原理图，通过Cn、 CT2……Ctw、 CTk， CB1、 CB2……C股.p CBk 共2k个电容构成T型变换器的纵轴；通过S,、 S2……Sk.,、 Sk共k个双向可控开关构成T型变换器的横轴，双向可控开关可以通过两个IGBT反向串联或者其他可实现双向开关功能 的半导体器件及其拓扑电路实现。双向开关Si、 Si+1 (i=l，2……k-1)之间的节点Di和电容CT,、 CTi+1 (i=l,2……k-l)之 间的节点DTi之间是由单向开关S^、 STk2……STk,构成从横轴流向纵轴的单向整流支路，在 节点Dj和Cei与Ce(i+D (i=l，2……k-1)的节点DBi之间有一反方向的单向整流支路，该支路是由单向开关S配、SBk2……s叫2k)构成从纵轴流向横轴的单向整流支路。横轴的双向可控开关S,的两个端子中，有一个端子与S,相连，另一端子与纵轴电容的中点Dq相逢。进行电平扩展时，Sk、 CTk、 CBk、 STkl、 STk2……STk(2k)、 SBkl、 SBk2……Sb,同时出现，并按上述所描述的连接方式接入到T型的三个端点上。按上述方式，通过增加横轴 上的双向可控开关，纵轴上的电容、单向整流支路，可提高变换器的电平数。假设每个电容两端的电压为U ,首先分析电流从交流侧向直流侧流动时交流端的电压。 当横轴上的所有双向开关S,、 S2……Sk.,、 Sk都处于关断状态时，电流经过S,kpk)……STkl的反并联二极管流向电容CTk的正极，交流侧输出的电压为kU。开通双向开关的Skl管，使电流由交流侧向直流侧流动，则电流经过Sk 、ST(k.1X2k.2)……S^,流向电容CT(k.d的正极，交流侧的电压为(k-1) U。依此类推，依次开通双向开关的Si,管，使交流侧的电压为(k-2)U，……2U， U， 0。 图2为开关Sk的构成的示例，仅给出了两种构成方式。通过可控器件及其拓扑电路进行组合，或通过与其他不可控器件一起构成双向可控开关。通过将图2中的I^和I^端子与Sk的两个引出端子对接替换，即可构成完整的开关。图3为T形结构示意图，其中节点D。是横轴与纵轴的交点。DT1、 Dn……Dik及Dw、DB2……DBk构成纵轴，D。、 D,……Dk构成横轴。在实际电路中，横轴上的节点之间由双向开关连接，Dk和Dw之间的双向开关是S"纵轴上的节点之间由电容进行连接，Dn和D^.d之间的电容是CTk ， DBk和D^.d之间的电容是CBk 。图4为单相整流时的电路结构图，单相交流电源一端通过双向可控开关以及支路与电容 各个节点相连，另一端直接与电容中点O直接相连。图5为扩展对称横轴后的单相整流电路原理图，单相交流电源或者单相交流负载的一端 通过双向可控开关以及支路与电容各个节点相连，另一端以相同的电路结构形式与电容中点 相连。与图3所示的电路结构相似，可以用相同的控制方法来实现电能控制。图6为三相或者多相系统的电路结构示意图。每一相的电源的一端通过本专利技术提出的桥 臂电路与电容的各个节点相连，电源的另一端连接与一点。或者将电源进行三角形连接。权利要求1. 多电平整流的T型变换器拓扑结构，其特征在于通过电容CT1、CT2……CT(k-1)、CTk及CB1、CB2……CB(k-1)、CBk(k为一个正整数常数，下同)共2k个电容串联构成T型变换器的纵轴；双向开关S1、S2……Sk-1、Sk构成T型变换器的横轴；双向开关Si、Si+1(i＝1，2……k-1，以下i的定义相同)之间的节点Di和CTi、CT(i+1)的节点DTi之间有一条支路，是由单向开关STi1，STi2……STi(2i)构成从横轴流向纵轴的单向整流支路，在节点Di和CBi与CB(i+1)间的节点DBi之间有另一支路，该支路是由单向开关SBi1，SBi2……SBi(2i)构成从纵轴流向横轴的单向整流支路，与前述的整流支路的方向相反；Sk作为T型横轴的最后一个开关，其一端与Sk-1相连，另一端是交流端，通过电感接到交流电源的输出端，并同时通过两条支路与纵轴相连，其中一条是通过STk1、STk2……STk(2k)构成从横轴流向纵轴的单向整流支路与CTk的正极相连，另一条是通过SBk1、SBk2……SBk(2k)构成从纵轴流向横轴的单向整流支路与C本文档来自技高网...
【技术保护点】
多电平整流的Ｔ型变换器拓扑结构，其特征在于：通过电容Ｃ↓［Ｔ１］、Ｃ↓［Ｔ２］……Ｃ↓［Ｔ（ｋ－１）］、Ｃ↓［Ｔｋ］及Ｃ↓［Ｂ１］、Ｃ↓［Ｂ２］……Ｃ↓［Ｂ（ｋ－１）］、Ｃ↓［Ｂｋ］（ｋ为一个正整数常数，下同）共２ｋ个电容串联构成Ｔ型变换器的纵轴；双向开关Ｓ↓［１］、Ｓ↓［２］……Ｓ↓［ｋ－１］、Ｓ↓［ｋ］构成Ｔ型变换器的横轴；双向开关Ｓ↓［ｉ］、Ｓ↓［ｉ＋１］（ｉ＝１，２……ｋ－１，以下ｉ的定义相同）之间的节点Ｄ↓［ｉ］和Ｃ↓［Ｔｉ］、Ｃ↓［Ｔ（ｉ＋１）］的节点Ｄ↓［Ｔｉ］之间有一条支路，是由单向开关Ｓ↓［Ｔｉ１］，Ｓ↓［Ｔｉ２］……Ｓ↓［Ｔｉ（２ｉ）］构成从横轴流向纵轴的单向整流支路，在节点Ｄ↓［ｉ］和Ｃ↓［Ｂｉ］与Ｃ↓［Ｂ（ｉ＋１）］间的节点Ｄ↓［Ｂｉ］之间有另一支路，该支路是由单向开关Ｓ↓［Ｂｉ１］，Ｓ↓［Ｂｉ２］……Ｓ↓［Ｂｉ（２ｉ）］构成从纵轴流向横轴的单向整流支路，与前述的整流支路的方向相反；Ｓ↓［ｋ］作为Ｔ型横轴的最后一个开关，其一端与Ｓ↓［ｋ－１］相连，另一端是交流端，通过电感接到交流电源的输出端，并同时通过两条支路与纵轴相连，其中一条是通过Ｓ↓［Ｔｋ１］、Ｓ↓［Ｔｋ２］……Ｓ↓［Ｔｋ（２ｋ）］构成从横轴流向纵轴的单向整流支路与Ｃ↓［Ｔｋ］的正极相连，另一条是通过Ｓ↓［Ｂｋ１］、Ｓ↓［Ｂｋ２］……Ｓ↓［Ｂｋ（２ｋ）］构成从纵轴流向横轴的单向整流支路与Ｃ↓［Ｂｋ］的负极相连；横轴的双向可控开关Ｓ↓［１］的两个端子中，有一个端子与Ｓ↓［２］相连，另一端子与纵轴电容的中点Ｄ↓［０］相连；在扩展电平时，Ｓ↓［ｋ］、Ｃ↓［Ｔｋ］、Ｃ↓［Ｂｋ］、Ｓ↓［Ｔｋ１］，Ｓ↓［Ｔｋ２］……Ｓ↓［Ｔｋ（２ｋ）］、Ｓ↓［Ｂｋ１］，Ｓ↓［Ｂｋ２］……Ｓ↓［Ｂｋ（２ｋ）］同时出现，并按上述所描述的连接方式接入到Ｔ型的三个端点上；按上述方式，通过增加横轴上的双向可控开关，纵轴上的电容以及横轴与纵轴之间的支路数量，来增加变换器的电平数。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郑琼林，贺明智，游小杰，林飞，孙湖，黄先进，张立伟，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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