[发明专利]高压交流直接电力变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压交流直接电力变换器(一种矩阵变换器、一种交流-交流直接电力变换电路)，并且具体地涉及一种通过交流直接变换电路的串联多级连接得到高压输出的高压交流直接电力变换器。

背景技术

图3示出了常规高压逆变器的主电路构造实例。高压逆变器以多电压电平PWM波形直接驱动3300伏特和6000V级的高压电机(例如，参考非专利文献1)。九个绕组被安装在复绕组变压器TF的次级侧上以在TF的每个次级绕组上得到降压输出。单相逆变器单元U1至U3、V1至V3、及W1至W3整流在变压器TF的次级绕组处的相应三相输出，并且将这些整流输出设置为其相应直流电源，以通过在单相构造(以单相构造为代表)中的逆变换电路得到单相交流输出。单相逆变器单元U1至U3、V1至V3、及W1至W3的每个输出对于U相、V相、及W相的每一相以多重串联方式连接以得到对于相U、V、及W的每一个的单相高压输出，并且与每个单相高压输出的一端相互连接作为中性点N，及用在驱动负载的另一端处得到的单相输出驱动诸如高压电机M之类的负载。应该注意，每个单元是指构成变换单元的基本单元。

这种高压逆变器不能从负载向电源侧(向变压器TF侧)重新产生再生电力，因为每个单相逆变器单元借助于整流器被交流-直流变换。为了使电力再生成为可能，分离地要求电源再生性变换器。已经提出了一种像具有电力再生功能的高压矩阵变换器，该高压矩阵变换器通过以多级方式连接单相矩阵变换器得到高压输出(参考专利文献1和非专利文献2)。

图4示出了这种高压矩阵变换器的主电路构造。在图4中，设置单相矩阵变换器单元M×C，代替在图3中示出的单相逆变器单元U1至U3、V1至V3、及W1至W3。单相矩阵变换器单元M×C直接从三相交流得到单相交流，并且单相矩阵变换器M×C的每一个由双向开关S1至S6和在其三相输入与其单相输出之间的输入滤波器ACFilter(输入LC滤波器)构成。通过PWM控制来控制双向开关以将单相输出供给到任意频率和输出，并且在负载的再生期间，向电源侧可重新产生电力。

在图3和4中都应该注意，对于次级绕组的每一个提供相位差，以减小对于复绕组变压器TF的较高谐波电流。

非专利文献1：日本电气工程师学会(Institute Of ElectricalEngineers in Japan)的日本语论文D，标题为“A Multilevel PWMStrategy suitable for High-Voltage Motor Direct Drive Systems inConsideration of the Adverse Effect of a Deadtime”，作者YugoTadano等，卷126 No.1，第1至9页。

专利文献1：日本专利申请公报(Kokai)No.2005-45999。

非专利文献2：“Motor Drives Using Medium-Voltage matrixConverter”，作者Yuzo Ueda等，在2005年12月22日发表的日本电气工程师学会的金属产业研究会技术会议(Technical Meeting onMetal Industries Division of IEE Japan)的论文中第MID-05-22到28。

发明内容

常规高压逆变器和高压矩阵变换器的每一种具有主电路构造，其中单相逆变器单元(图3)或单相矩阵变换器单元(图4)以串联多级连接中，每个单元的电源侧从变压器的各个次级绕组取出交流电力。在上述的这样一种构造中，需要至少九个单元，还需要九个次级变压器(27个次级绕组)，及设备的整个构造尺寸变大，并且变得复杂。

此外，由于对于图3的构造中的每个单元需要整流器和平滑电容器并且对于图4的构造中的每个单元需要LC滤波器，所以在整个设备中引出大尺度和增大的成本。

本发明的目的是提供一种可实现简化包括变压器和LC滤波器的主电路构造的高压交流直接电力变换器。

本发明具有解决上述问题的如下特征。