电力变换设备制造技术

在多电平变换设备中，尽管将电容器串联电路用于直流部分，将例如半导体开关和电抗器的部件追加至外部以平衡电压，但这导致设备的尺寸增加和成本上升。一种电力变换设备，电容器串联电路并联于直流电源，该电力变换装备用电容器串联电路作为直流输入而在半循环周期内输出具有三个或更多个电位的交流电压，其中交流负载的中性点和电容器串联电路的中间连接点是直接连接的，检测每个电容器的电压，并根据电压之间的差调节通过使每个交流输出处于相同电位而获得的零电压矢量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在半循环周期内输出具有三个或更多个不同电位的交变电压的多电 平换流器，尤其涉及使安装在直流输入中的电容串联电路中的每个电容器的电压平衡的技 术。
技术介绍
图7示出将IGBT用作半导体开关元件在半循环周期内输出具有三个或更多个不 同电位的交流电压的电力变换设备(三电平换流器)的电路。尽管作为多电平换流器还存 在具有三个以上电平的配置，例如五电平，然而这里给出的描述是以三电平换流器为例的。 三电平换流器的直流电路部分具有一种配置，其中在正电极侧和负电极侧具有电容器Cp 和Cn的串联电路作为直流输入，而直流电源Ed并联于该串联电路。另外，换流器INV具有 一种配置，其中反向阻断型IGBT逆并联的每个双向开关被连接在由六个IGBT(Qu、Qv, Qw, Qx、Qy和Qz)构成的电桥电路的交流端子和电容器串联电路的内连接点之间。在图8所示电路配置中，配置是两个直流电源Edl和Ed2用于直流输入部分并且 与串联的电容器并联，而换流器部分与图7的相同。在这种配置中，两个直流电源是必要 的。图9所示的电路配置是迄今已知的整流电源的一个例子，其中图8电路中的两个 直流电源Edl和Ed2由次级的两绕组变压器Trl和二极管整流电路Reel和Rec2构成。借 助这种配置，可在产生两个直流电源的同时改善交流电源初级侧功率因数。然而，在三电平 换流器的正电极侧和负电极侧电容器的电压变得不平衡的情况下，功率因数恶化。如前所述，为了平衡正电极侧电容器和负电极侧电容器的电压，对输出具有三个 电位的交流电压的三电平换流器的直流电源部分采用了多种配置。然而，由于IGBT操作和 控制中的差异、部件差异等，仅用前面记载的电路配置难以避免电压不平衡。为了解决这个问题，已知有图10所示并在日本专利No. 3，249, 380中记载的电路 配置。图10的例子是一种电压平衡断路器CH，其中半导体开关元件Qpch和Qnch的串联 电路并联于正电极侧和负电极侧电容器的串联电路，而电抗器Lch连接在半导体开关元件 QpcKQnch的内连接点和电容器串联电路的内连接点之间。当正电极侧和负电极侧电容器 Cp和Cn的电压值之间产生差异时，半导体开关元件QpcKQnch可选择地导通和断开，由此 调节电压。另外，根据日本专利No. 4，279，640，双向开关连接在负载的中性点和直流输入的 电容器串联电路的内连接点之间，且该双向开关根据电容器电压之间的差有选择地导通和 截止，由此调节电压不平衡。如前所述，根据日本专利No. 3，249, 380和日本专利No. 4，279，640，需要单独的半 导体开关元件和电抗器以调节直流电压的不平衡，其存在的问题在于这导致设备的尺寸增 大和成本上升。
技术实现思路
为了解决上述问题，根据本专利技术的第一方面提供一种电力变换设备，其中多个电 容器串联的电容器串联电路并联于直流电源，该电力变换装备用电容器串联电路作为直流 输入而在半循环周期内输出具有三个或更多个电位的交流电压，其中星形连接的交流负载 的中性点和电容器串联电路的中间连接点是直接连接的。根据本专利技术的第二方面，根据本专利技术第一方面的电力变换设备的特征在于，检测 每个电容器的电压，并根据电压之间的差调节通过使每个交流输出处于相同电位而获得的零电压矢量。根据本专利技术的第三方面，当每个电容器的检出电压之间的差小于预定值时，通过 控制到每个交流输出处于中性点电位的模式来调节每个电容器的电压。根据本专利技术，在能在半循环周期内输出具有三个或更多个不同电位的交流电压的 电力变换设备中，可不追加独立部件地实现正极侧和负极侧电容器的电压不平衡消除，从 而减小设备的尺寸和降低设备的成本。附图说明图1示出表示本专利技术第一实施例的电路配置；图2A-2C是本专利技术第一实施例中的第一操作的解说图；图3A-3C是本专利技术第一实施例中的第二操作的解说图；图4A-4C是本专利技术第一实施例中的第三操作的解说图；图5A-5C是本专利技术第二实施例中的操作的解说图；图6是示出本专利技术第三实施例的电路图；图7是示出第一目前已知例的电路配置图；图8是示出第二目前已知例的电路配置图；图9是示出第一目前已知例的具体示例的电路配置图；图10是示出第三目前已知例的电路配置图。具体实施例方式本专利技术的要旨在于，在电力变换设备中，其中多个电容器串联的电容器串联电路 并联于直流电源，将电容器串联电路作为直流输入而在半周期内输出具有三个或更多个电 位的交流电压，星形连接的交流负载的中性点和电容器串联电路的中间连接点直接连接， 检测每个电容器的电压，并根据电压之间的差调节通过使各交流输出处于同一电位而获得 的零电压矢量。第一实施例图1示出本专利技术的第一实施例。它是能将IGBT用作半导体开关元件在半循环周 期内输出具有三个或更多个不同电位的交流电压的电力变换设备(三电平换流器)。在三 电平换流器的直流电路部分的配置中，它具有在正电极和负电极之间的电容器Cp和Cn的 串联电路作为直流输入，而直流电源Ed并联于该串联电路。另外，换流器INV具有一种配置，其中各反向阻断型IGBT逆并联的每个双向开关 Qsu、Qsv和Qsw连接在由六个IGBT(Qu、Qv、Qw、Qx、Qy和Qz)构成的电桥电路的交流端子和电容器串联电路的内连接点之间。另外，正电极和负电极之间的电容器Cp和Cn的电容器 串联电路的连接点与星形连接的交流负载M的中性点直接连接。此外，用于检测电压的电 压检测器Dp和Dn分别设置在正电极侧和负电极侧电容器Cp、Cn中，它们的输出在电压检 测器电路Dpt中被电平变换，其检出值被送至PWM控制电路CONT，并在PWM控制电路CONT 中生成用于六个IGBT和三个双向开关的导通-截止信号。图2A-2C中示出PWM控制电路CONT中的控制操作。图2A示出侧重于图1电路配置中的零相序分量的等效电路。零电压是当图1电 路的IGBT Qu、Qv和Qw同时导通时或IGBT Qx、Qy和Qz同时导通时的交流输出电压，且如 图2A所示可用一种等效电路代替，其中IGBTQu、Qv和Qw同时导通被总括表示为IGBT Qp 而IGBT Qx、Qy和Qz同时导通被总括表示为IGBT Qn。另外，交流负载M可表示为电感器 Lz。此外，交流负载M的中性点如前所述地连接于直流中间电容器Cp和Cn的连接点。接着，图2B和2C示出一操作例。这是当电容器Cp的电荷向电容器Cn移动时的 操作。首先，在图2B中，一旦IGBT Qp导通，电流沿从正电极侧电容器Cp经过IGBT Qp至 交流负载M的电感器Lz的路径流动，并在交流负载M的电感器Lz中蓄积能量。接着，一旦 IGBT Qp截止，交流负载M的电感器Lz中蓄积的能量如图2C所示经由逆并联于IGBT Qn的 二极管对负电极侧电容器Cn充电。当电容器Cp的电压很高时，可通过这种操作将电容器 Cp的电荷移动至电容器Cn。图:3B和3C示出当电容器Cn的电荷向电容器Cp移动时的操作。如图所示，一 旦IGBT Qn导通，电流沿从负电极侧电容器Cn经过交流负载M的电感器Lz至IGBT Qn的 路径流动，能量蓄积在交流负载M的电感器Lz中。接着，一旦IGBT Qn截止，交流负载M的 电感器Lz中蓄积的能量如图3C所示地经由逆并联于IGBT本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力变换设备，由多个电容器串联的电容器串联电路并联于直流电源，所述电力变换装备用所述电容器串联电路作为直流输入而在半循环周期内输出具有三个或更多个电位的交流电压，其中星形连接的交流负载的中性点和电容器串联电路的中间连接点是直接连接的。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：田畑壮章，藤田光悦，
申请(专利权)人：富士电机控股株式会社，
类型：发明
国别省市：JP