一种混合箝位型七电平变换器制造技术

本发明专利技术涉及一种混合箝位型七电平变换器，其特征在于：它包括一个直流母线和三个七电平桥臂，所述直流母线的两端依次并联连接所述三个七电平桥臂，每个所述七电平桥臂上设置有一输出端，所述三个七电平桥臂的三个输出端共同实现三相交流电压输出。本发明专利技术由于采用由直流母线和三个七电平桥臂组成，直流母线由三个电容串联而成，每个电容承受1/3直流母线电压，每个七电平桥臂由10个开关器件和4个箝位电容组成。通过使用不同的开关方式，不仅实现了七电平输出，而且可以实现所有电容的电压平衡控制。本发明专利技术可以广泛应用于电力电子多电平变换器中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电力电子多电平变换器拓扑结构，特别是关于一种混合箝位型七电平变换器。
技术介绍
高压大容量的交流电机广泛应用在各种工业领域中。采用多电平技术的高压变频器对高压交流电机进行变频调速，不仅可以达到节能的目的，还可以改善工艺条件，提高生产效率和产品质量。目前，常见的箝位型多电平拓扑主要有二极管箝位型以及电容箝位型两种，但输出电平数都局限在四电平以下，当输出更高电平时都存在诸多缺点，难以在实际中应用。例如，二极管箝位型的七电平桥臂结构(如图1所示)，它存在以下缺点:1、随着输出电平数的增多，箝位二极管的数目急剧增加，七电平结构每个桥臂需要30个二极管，电路结构复杂，成本增加，可靠性较低。2、各级母线电容电压难以平衡，需要额外的硬件电路。这些缺点限制了二极管箝位型拓扑往更高的电平数发展。而电容箝位型的七电平桥臂结构(如图2所示)，它也存在类似的缺点:必须使用大量的箝位电容，而且为了承受高压还必须采用大量电容串联，造成系统控制复杂，成本增加，可靠性也大大降低。因此现有这两种七电平结构都不适合在工业上推广使用。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种能大大减少箝位器件和箝位电容数量，并能够实现七电平输出的混合箝位型七电平变换器。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案:一种混合箝位型七电平变换器，其特征在于:它包括一个直流母线和三个七电平桥臂，所述直流母线的两端依次并联连接所述三个七电平桥臂，每个所述七电平桥臂上都设置有一输出端X5’和四个输入端XI’、X2’、X3’和X4’，所述三个七电平桥臂的三个输出端X5’输出三相交流电压；每个所述七电平桥臂均包括两个两电平单元和一个五电平单元，两个所述两电平单元的输入端构成整个所述七电平桥臂的四个输入端XI’、X2’、X3’和X4’，两个所述两电平单元的输出端分别接所述五电平单元的输入端，并且两个所述两电平单元之间串联一个箝位电容Cs ;每个所述两电平单元均由两个互补的开关器件Sl、^i串联构成，第一个所述开关器件SI的发射极连接与其互补的开关器件Si集电极，开关器件Si的发射极经所述箝位电容Cs与另一个所述两电平单元连接；第一个所述开关器件SI的集电极、开关器件Si的发射极构成第一个输入端子XI’和第二个输入端子X2’ ；所述五电平单元包括六个两两互补的开关器件S3、迎、S4、M、S5和迎以及三个箝位电容Cfl、Cf2、Cf3 ;其中一个所述两电平单元输出端连接第三个所述开关器件S3的集电极，第三个所述开关器件S3的发射极经第四个所述开关器件S4连接第五个所述开关器件S5的集电极； 另一个所述两电平单元的输出端连接与第三个所述开关器件S3互补的开关器件迎的发射极，开关器件迎的集电极经与第四个所述开关器件S4互补的开关器件M连接与第五个所述开关器件S5互补的开关器件逆的发射极；在第三个所述开关器件S3集电极与应发射极之间并联第一个所述箝位电容Cfl，在第三个所述开关器件S3、第四个所述开关器件S4的公共端与开关器件M、M的公共端之间并联第二个所述箝位电容Cf2，在第四个所述开关器件S4、第五个所述开关器件S5的公共端与开关器件M、S5的公共端之间并联第三个所述箝位电容Cf3，第五个所述开关器件S5的发射极与开关器件迎的集电极连接后，引出输出端子X5’。所述直流母线包括三个相同的串联电容Cdl、Cd2和Cd3，每个电容承受1/3的直流母线电压；在第一个所述电容Cdl的正极性端引出第一个功率端子XI，在第一个所述电容Cdl与第二个所述电容Cd2之间弓I出第二个功率端子X2，在第二个所述电容Cd2与第三个所述电容Cd3之间引出第三个功率端子X3，在第三个所述电容Cd3的负极性端引出第四个功率端子X4 ;所述第一个功率端子Xl和第四个功率端子X4，分别与三个所述七电平桥臂的上、下两端的第一个、第四个输入端XI’、X4’并联；位于所述直流母线中部的第二个功率端子X2和第三个功率端子X3，分别与三个所述七电平桥臂的第二个、第三个输入端X2’、X3’并联。所述箝位电容Cs保持为1/3的直流母线电压，箝位电容Cfl保持为2/3的直流母线电压，箝位电容Cf2保持为1/3的直流母线电压，箝位电容Cf3保持为1/6的直流母线电压。每个所述七电平桥臂中的十个开关器件采用MOSFET、IGBT或IGCT。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本专利技术由于采用由直流母线和三个七电平桥臂组成，直流母线由三个电容串联而成，每个电容承受1/3直流母线电压，每个七电平桥臂由十个开关器件和四个箝位电容组成，因此，大大减少了开关器件和箝位电容的数量，简化了电路结构，可靠性较高，用较少的器件实现了七电平输出。2、本专利技术由于每个七电平桥臂均包括十个两两互补的开关器件和四个箝位电容，十个两两互补的开关器件可以形成多种开关方式，这样根据控制目标的不同，输出相同的电压时可选择多种不同的开关方式。通过使用不同的开关方式，就可以实现所有电容的电压平衡控制。本专利技术可以广泛应用于电力电子多电平变换器拓扑结构中。附图说明图1是现有技术中二极管箝位型七电平变换器桥臂结构图；图2是现有技术中电容箝位型七电平变换器桥臂结构图；图3是本专利技术的整体结构示意图；图4是本专利技术的直流母线结构示意图；图5是本专利技术的七电平桥臂结构示意图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。如图3所示，本专利技术包括一个直流母线I和三个七电平桥臂2，直流母线I的两端依次并联连接三个七电平桥臂2，每个七电平桥臂2上都设置有一输出端X5 ’和四个输入端XI’、X2’、X3’和X4’，三个七电平桥臂2的三个输出端X5’共同实现三相交流电压输出。如图4所示，直流母线I包括三个相同的串联电容Cdl、Cd2和Cd3，每个电容承受1/3的直流母线电压。在第一个电容Cdl的正极性端引出第一个功率端子XI，在第一个电容CdI与第二个电容Cd2之间引出第二个功率端子X2，在第二个电容Cd2与第三个电容Cd3之间引出第三个功率端子X3，在第三个电容Cd3的负极性端引出第四个功率端子X4。位于直流母线I两端的第一个功率端子Xl和第四个功率端子X4，分别与三个七电平桥臂2的上、下两端的第一个、第四个输入端XI’、X4’并联；位于直流母线I中部的第二个功率端子X2和第三个功率端子X3，分别与三个七电平桥臂2的第二个、第三个输入端X2’、X3’并联。如图5所示，每个七电平桥臂2均包括两个两电平单元21和一个五电平单元22，两个两电平单元21的输入端构成整个七电平桥臂2的四个输入端ΧΓ、X2’、X3’和X4’，两个两电平单元21的输出端分别接五电平单元22的输入端，并且两个两电平单元21之间串联一个箝位电容Cs，箝位电容Cs用于防止动态情况下输入端X2’和X3’之间的电压突变，保证两个两电平单元21之间的电位差恒定；五电平单元22的输出端即为整个七电平桥臂2的输出端X5’。每个两电平单元21均由两个互补的开关器件SI (S2)、^i(泣)串联构成，开关器件SI的发射极连接开关器件丛的集电极，开关器件Si的发射极经箝位电容Cs与另一个两电平单元21连接。其中，开关器件SI的集电极、开关器件Si的发射极构成第一个输入端子ΧΓ和第二个输入端子X2’本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合箝位型七电平变换器，其特征在于：它包括一个直流母线和三个七电平桥臂，所述直流母线的两端依次并联连接所述三个七电平桥臂，每个所述七电平桥臂上都设置有一输出端X5’和四个输入端X1“、X2“、X3“和X4“，所述三个七电平桥臂的三个输出端X5’输出三相交流电压；每个所述七电平桥臂均包括两个两电平单元和一个五电平单元，两个所述两电平单元的输入端构成整个所述七电平桥臂的四个输入端X1“、X2“、X3“和X4“，两个所述两电平单元的输出端分别接所述五电平单元的输入端，并且两个所述两电平单元之间串联一个箝位电容Cs；每个所述两电平单元均由两个互补的开关器件S1、S1串联构成，第一个所述开关器件S1的发射极连接与其互补的开关器件S1集电极，开关器件S1的发射极经所述箝位电容Cs与另一个所述两电平单元连接；第一个所述开关器件S1的集电极、开关器件S1的发射极构成第一个输入端子X1“和第二个输入端子X2“；所述五电平单元包括六个两两互补的开关器件S3、S3、S4、S4、S5和S5以及三个箝位电容Cf1、Cf2、Cf3；其中一个所述两电平单元输出端连接第三个所述开关器件S3的集电极，第三个所述开关器件S3的发射极经第四个所述开关器件S4连接第五个所述开关器件S5的集电极；另一个所述两电平单元的输出端连接与第三个所述开关器件S3互补的开关器件S3的发射极，开关器件S3的集电极经与第四个所述开关器件S4互补的开关器件S4连接与第五个所述开关器件S5互补的开关器件S5的发射极；在第三个所述开关器件S3集电极与S3发射极之间并联第一个所述箝位电容Cf1，在第三个所述开关器件S3、第四个所述开关器件S4的公共端与开关器件S3、S4的公共端之间并联第二个所述箝位电容Cf2，在第四个所述开关器件S4、第五个所述开关器件S5的公共端与开关器件S4、S5的公共端之间并联第三个所述箝位电容Cf3，第五个所述开关器件S5的发射极与开关器件S5的集电极连接后，引出输出端子X5“。...

【技术特征摘要】
1.一种混合箝位型七电平变换器，其特征在于:它包括一个直流母线和三个七电平桥臂，所述直流母线的两端依次并联连接所述三个七电平桥臂，每个所述七电平桥臂上都设置有一输出端X5’和四个输入端XI’、X2’、X3’和X4’，所述三个七电平桥臂的三个输出端X5’输出三相交流电压； 每个所述七电平桥臂均包括两个两电平单元和一个五电平单元，两个所述两电平单元的输入端构成整个所述七电平桥臂的四个输入端XI’、X2’、X3’和X4’，两个所述两电平单元的输出端分别接所述五电平单元的输入端，并且两个所述两电平单元之间串联一个箝位电容Cs ； 每个所述两电平单元均由两个互补的开关器件S1、丛串联构成，第一个所述开关器件SI的发射极连接与其互补的开关器件丛集电极，开关器件丛的发射极经所述箝位电容Cs与另一个所述两电平单元连接；第一个所述开关器件SI的集电极、开关器件丛的发射极构成第一个输入端子XI’和第二个输入端子X2’ ； 所述五电平单元包括六个两两互补的开关器件S3、S3, S4、S4> S5和逆以及三个箝位电容Cfl、Cf2、Cf3 ;其中一个所述两电平单元输出端连接第三个所述开关器件S3的集电极，第三个所述开关器件S3的发射极经第四个所述开关器件S4连接第五个所述开关器件S5的集电极；另一个所述两电平单元的输出端连接与第三个所述开关器件S3互补的开关器件迎的发射极，开关器件迎的集电极经与第四个所述开关器件S4互补的开关器件M连接与第五个所述开关器件S5互补的开关器件逆的发射极；在第三个所述开关器件S3集电极与迎发射极之间并联第一个所述箝位电容Cfl，在第三个所述开关器件S3、第四个所述开关器件S4的公共端与开关器件迎、S4的公共端之间并联第二个所述箝位电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：王奎，郑泽东，李永东，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：