[发明专利]交流到交流变流器

说明书

技术领域

本发明属于电能转换技术领域，特别涉及交流到交流变流器的设计。

背景技术

输入交流(AC)输出交流(AC)的电能转换在工业界大量存在，特别是三相双向AC/DC/AC(交流到直流到交流)变流器已经应用在电机驱动，发电系统，串联补偿器和不停电电源(UPS)等。这种转换在输入(电网)侧和输出(负载)侧提供了正弦波电流和可调功率因数。传统的三相双向AC/DC/AC变流器包括了由直流环节电抗连接的两个三相PWM逆变器，比如电容或者电感分别对应于电压型和电流型拓扑。因为需要两次转换，这种变流器有时被称为两级逆变器，第一次转换是从三相交流到直流，第二次转换是从直流到三相交流输出。其输出交流可变电压和可变频率。

然而，因为需要两次能量转换，传统两级变流器的能量转换效率低于单级转换。直接AC/AC变流器针对效率进行设计，例如在AC/AC矩阵式变换器中三相输入交流能量直接传递到三相输出电压。然而三相AC/AC矩阵式变流器需要18个功率开关管，同时需要复杂的换向开关控制以及吸收电路以避免输入侧短路和输出侧开路情况出现。为减少开关管的数量出现了所谓的稀疏矩阵变换器，这种变换器对矩阵式变换器进行了修改，实质上采用交流到直流和直流到交流两级能量转换，体现了传统两级AC/DC/AC变流器和AC/AC矩阵式变流器之间的折中平衡。这种稀疏矩阵变流器无需直流侧感性器件，通过特殊设计的PWM开关控制，可以降低输入侧开关的开关损耗，然而稀疏矩阵变流器设计上和两级AC/DC/AC变流器相比需要额外的三个开关器件和六个额外的二极管。与矩阵式变流器相比，稀疏矩阵变流器降低了开关管的数量，但是牺牲了效率，因此，需要一种改进的电能变流器设计来高效的从一种形式的交流电能转换为第二种形式的交流电能，同时无需大量的开关管和复杂的开关控制。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种交流到交流变流器，本发明可使用少量的不对称功率开关器件将输入交流功率在同频或变频的运行模式下转换成输出交流功率，能量可以双向流动，即也可以将来自输出连接的交流电功率转换成输入连接的交流电功率。

本发明提出一个交流到交流变流器，其特征在于，该变流器包括：

一个三相交流输入连接具有第一，第二，和第三个交流输入端子以接收或提供三相交流电输入功率；

一个三相交流输出连接具有第一，第二，和第三个交流输出端子以提供或接收三相交流电输出功率；

一个直流电路包含第一和第二个直流端子和能量存储组件；

一个开关网络包含总共九个开关器件形成三桥臂电路，每一个桥臂电路共有三个开关器件，每一个桥臂电路连接到对应的交流输入端子和对应的交流输出端子，每一个桥臂电路包含第一个开关器件连接到对应的交流输入端子和第一个直流端子，第二个开关连接到对应的交流输入端子和对应的交流输出端子，和第三个开关连接到对应的交流输出端子和第二个直流端子；并且

一个控制系统连接到开关网络，提供为开关器件开关控制信号将来至输入连接的输入交流电功率转换到输出连接的输出交流电功率或将来至输出连接的输入交流电功率转换到输入连接的输出交流电功率。

为对发明作基本的理解，特总结本发明的一个或多个特征如下：

这里的总结并非对发明全面的评述，其目的既不是表明发明的特定要素，也不是确定发明的范围。摘要的主要目的是在详细说明之前提出发明的一些简要概念。

所提出的发明涉及在单相或三相系统交流到交流之间能量的双向转换，中间采用直流电路，并应用于任何能量转换场合，包括并不限于UPS，电网电压调节器，电压恢复器，电机驱动，和特殊的电源应用，其中输出可以提供可变电压或/和可变频率，或固定电压和频率。