[实用新型]基于混合型开关的通用变流器

说明书

技术领域

本实用新型属于大功率整流、逆变和变频调速设备。

背景技术

三相交流与直流变换、交流与交流的变换，是大功率电力技术最基本的内容。交/直流变换的相关装置主要包含整流器和逆变器两类。前者是将交流变成直流，后者是将直流变成交流。交/交变换通常是经过两个交/直变换，即交-直-交变换；也有用交/交直接变换，如矩阵变换，但未推广；又如循环变流器，谐波含量较大，功率因数和工作频率都较低。

交/直三相变流器的基本形式为六个器件(代表六个桥臂)组成的图1a的形式。图1a中的六个开关(K_A、K_B、K_C、K_X、K_Y、K_Z)代表六个桥臂，a、b、c是三相交流端，P、N分别是直流正、负端。更多相的交/直变流器形式类同，桥臂数量为相数的两倍。若交流系统有中线o，则还可增加两个桥臂(K_On、K_Op)，如图1b。

目前组成变流器的器件，主要是半控器件(晶闸管)和全控器件(功率场效应晶体管——功率MOSFET、绝缘栅双级型晶体管——IGBT、集成门极换流晶闸管——IGCT等，以IGBT为代表)，不可控的二极管只能做成普通整流器。

由晶闸管或全控器件组成的常规交/直变流器，有电压型与电流型两类，一般以直流侧的运行工况来区分命名，分别如图2a与图2b所示。通常，电流型变流器中往往在直流侧串接输入/出电感L1，交流侧并接电容C1；电压型变流器的直流侧并接电容C2，而交流侧串接输入/出电感L2。电压型变流器适合于采用逆导型全控型器件，电流型变流器适合于采用逆阻型全控型器件。

应用全控型开关的变流器还可以实现台阶波型控制(例如：SHE，即特殊开关角消谐法)、脉冲频率调制(PFM)等常见开关控制调节方式。这些方法有些可以用于正弦波电路，有些可以用于需要矩型波工作的线路，如：永磁无刷直流电机驱动、准方波电机驱动、电子变压器等。

全控型器件组成的变流器性能通常优于晶闸管变流器，但其使用的器件较多，价格不菲。难以满足变流装置能同时集高性能与低成本于一体的要求，并且在高压大功率装置方面更具有优势。

实用新型内容

本实用新型的目的是通过器件线路的合理设计，达到或接近全控器件的性能，具有高压大功率方面的优势。相对全控器件来说是要大幅度降低生产成本，能显著拓宽市场前景。

为实现上述目的，本实用新型提出一种采用混合型开关器件的电流型交/直变流器，包括直流侧和交流侧，有晶闸管桥和辅助开关。本发明在变流器中采用混合型开关，即常规电流型交/直变流器中的变流桥为晶闸管桥BR，并在变流器设置辅助开关辅助关断BR。属于这个总的发明思路下的本发明有以下8种相互关联的技术方案：

方案I.参见图3a、图3b。在直流侧设置一全控开关K1与晶闸管桥BR和电感L1串联，另设置全控开关或晶闸管或二极管K2给L1作续流用；K2与L1并联，或一端接L1与K1的连接点、另一端接BR不同L1与K1相连的直流端；K1在开关周期L1的大部分时间保持导通状态，用于辅助关断BR的关断时间略长于BR桥臂恢复正向阻断所需时间，K2与K1互补导通与关断。

方案II.参见图4a。用混合型直流开关Ks取代方案I中的K1，Ks与BR和L1串联，Ks由全控开关K3、全控开关K4与晶闸管K5构成，其中K4与K5串联后与K3并联，Ks的导通任务由K4、K5承担，Ks的阻断电压由K5承担，K3与K4起到辅助关断K5的作用，当需要关断Ks时先导通K3，K4与K3互补导通与关断，通过K4来切断K5电流使之关断，K4的关断时间略长于K5恢复正向阻断所需时间。

方案III.参见图4b。用混合型直流开关Ks取代方案I中的K1，Ks与BR和L1串联，Ks由全控开关K3、低压辅助电源ΔU与晶闸管K5构成，其中K3与ΔU串联后与K5并联，Ks的导通任务由K5承担，K3与ΔU起到辅助关断K5的作用；当需要关断Ks时先导通K3，K3的导通时间略长于K5恢复正向阻断所需时间，然后再关断K3，使Ks整体呈现断态。

方案IV.参见图4c。用混合型直流开关Ks取代方案I中的K1，Ks与BR和L1串联，Ks由晶闸管K5、脉冲电源Up、升压脉冲变压器T、晶闸管K6构成，其中T的高压绕组与晶闸管K6串联后与K5并联，Ks的导通任务由K5承担，Up通过T起到辅助关断K5的作用；当需要关断Ks时，Up发正向脉冲，使本来流经K5的电流改流到K6使K5关断，然后Up发反向脉冲来关断K6使Ks整体呈现断态。