[发明专利]一种七电平高压变频器

说明书

(一)技术领域

本发明涉及多电平高压变频器技术领域，特别涉及一种于混联器件组成的七电平高压变频器，及其控制方法。

(二)背景技术

随着现代电力电子器件的发展，其电压等级不断提高，但是直接用高电压等级的功率模块做高压变频器还是存在很多的缺陷：1、器件的耐压等级越高，其du/dt就越大，对电机的绝缘不利；2、器件受到耐压材料的限制，不可能无限制的提高。目前，高压变频器一般都采用输入端加移相变压器的方法解决器件耐压不足的问题，但是，由于输入端有移相变压器，使得整机损耗高体积大，不利于产品向小型化、低成本、高效率方向发展。

(三)发明内容

本发明的目的就是要提供一种基于混联器件组成的七电平高压变频器，对信号的低电压区，可提供较高的分辨率，获得更好的谐波特性；对信号的高电压区，即可以获得良好的输出特性，又能获得高压大功率输出；同时具有控制简单，安全可靠。

本发明是通过以下措施来实现的：

本发明的七电平高压变频器，是由高压整流电路、高压电容滤波电路、均压电路和逆变电路依次连接，其特别之处在于：所述的逆变电路采用IGBT和IGCT的一种或两种器件组成逆变器，采用二极管钳位七电平结构，三个桥臂相同的逆变器。

本发明的七电平高压变频器，所述的整流电路是由电源变压器和二极管整流电路组成，变压器具有6个副边绕组，其中三个绕组为星形接法，三个绕组为三角形接法，6组三相桥式整流提供6个合适的电压，作为逆变器的供电电源及钳位电源。

本发明的七电平高压变频器，所述的变频电路为PWM整流电路。

本发明的七电平高压变频器，所述的整流电路的电源为一对辅助电源，辅助电源由一辅助变压器提供，辅助变压器的两个副边绕组分别为角接或星接，每个辅助电源电压等于主电源电压的1/6。

本发明逆变器电路的优点在于：逆变器主电路结构采用两种组合器件标准的二极管钳位七电平电路，主功率器件采用IGBT和IGCT，可实现10KV电压等级的高压变频器。

本发明整流电路的优点在于：变频器的高压整流电路，可以采用下列结构形式中的一种来实现其AC/DC功能：

(1)高压变频器输入端通过三相电源变压器，变压器具有6个副边绕组，其中三个绕组为星形接法，三个绕组为三角形接法，用6组三相桥式不控整流得到6组相等的电压，作为逆变器工作电源及钳位电源，如图2所示。

(2)变频器的前端为七电平PWM整流电路，采用二极管钳位七电平结构，三个桥臂相同的整流电路，其中一个桥臂的电路如图3所示。并设置强制均压电路，提供逆变器工作电源，强制均压电路可以使给电平电容电压保持基本恒定不变，强制均压电路如图4所示。

(3)变频器的前端为七电平PWM整流电路，并设置强制简化均压电路，同时设置一对辅助电源，简化强制均压电路，简化强制均压电路如图5所示。辅助电源由一辅助变压器提供，辅助变压器的两个副边绕组分别为角接或星接。两组副边绕组分别接一三相桥式整流，得到一对辅助电源。每个辅助电源电压等于主电源电压的1/10。

本发明逆变器采用混合结构电路的优点在于：高压逆变电路采用IGBT与IGCT两种器件共同组成逆变器，采用二极管钳位七电平结构，三个桥臂相同的逆变器，其中一个桥臂的电路如图6所示。

其中，当IGBT采用3300V电压等级器件，IGCT采用4500V电压等级器件时，可实现10KV输出。IGBT与IGCT的工作电压不同，因此，钳位电压亦不同，V_C1＝V_C2＝V_C5＝V_C6＝2V_C3＝2V_C4，(它们的比值亦可为其他合适的数值)。

IGBT与IGCT采用不同的调制频率，此发明中的调制波为下述形式的六个三角波，如图7所示。其中，中间两个三角波幅度为其他三角波幅度的1/2，而频率高于其他三角波频率。

本发明频率调制的优点在于：对信号的低电压区，即信号过零附近，电压变化率大，这时采用较高频率调制，可提供较高的分辨率，获得更好的谐波特性。这一区间，如果开关器件为IGBT，可以工作在较高频率。对于信号的高电压区，信号的电压变化率小，可以用较低的频率调制。这一区间，如果开关器件为IGCT，它的工作电压比较高，这样，两种器件配合工作，可以即获得良好的输出特性，又能获得高压大功率输出。

(四)附图说明

图1是本发明的七电平高压变频器的结构框图

图中：1、整流电路2、滤波电路3、均压电路4、逆变电路。