[发明专利]强制换向逆变器装置

说明书

技术领域

本发明涉及强制换向逆变器装置，更具体地涉及强制换向大功率 电压源逆变器装置，其包括诸如GCT、IEGT或IGBT的栅极截止器 件、续流二极管、以及钳位电路。

背景技术

每个强制换向大功率电压源逆变器装置包括栅极截止器件、续流 二极管、钳位电路以及诸如电容器组的DC电源存储单元。根据应用， 应用各种基本电路结构，例如：斩波结构、2级结构、3级结构、以及 多级结构。

在导通状态，具有诸如4.5kV或6kV的阻断能力的每个实际高电 压续流二极管累积了大量电荷载体。随后，在实现阻断状态之前，这 些电荷载体需要被反向电流汲取。

由于这样的反向恢复电流，这种二极管在开始反向状态之后将在 短时间期间内呈现相对低的阻抗。因此，为了避免任何过电流，需要 应用某种类型的电流控制。基本上，如下已经提出了如下两种类型的 利用无源器件的反向恢复电流控制：

(a)利用线性阳极电抗器的电流控制；以及

(b)利用饱和铁芯的电流控制。

以下将描述利用线性阳极电抗器的现有技术的反向恢复电流控 制，其在下面的专利文件中被披露：

(a)欧洲专利公开出版第EP-0776083-A2号(以下称作第一专 利文件)；

(b)美国专利第5768114号，其是第一专利文件的同族专利； 以及

(c)日本专利第JP-3749580-B2号，其是第一专利文件的另一 同族专利。

第一专利文件披露了由线性阳极电抗器实现的缓冲器减少的反向 恢复电流，以及现有技术的强制换向大功率电压源斩波电路使用了线 性阳极电抗器。斩波电路包括通过输入线馈送的DC连接电容器，包 括栅极截止器件和续流二极管的开关臂、阳极电抗器、以及包括钳位 二极管的钳位电路。

在斩波电路的实验性示例中，在续流二极管中的电流降低至零之 后，续流二极管随后呈现反向恢复，即，续流二极管中的电荷载体仍 保持高导电率，而阳极电流变为反方向。因此，续流二极管两端的电 压在一小段时间内保持接近于零。此后，续流二极管两端的电压可以 降低接近DC连接电压的值。即，由于阳极电抗器的电感，在续流二 极管中流过的阳极电流持续增加，随后，同一电流可以换向至钳位电 路。在该种情况下，续流二极管两端的电压保持接近于DC连接电容 器的值，以及续流二极管能够减少其阳极电流。

在上述所使用的续流二极管的典型的阳极电压和阳极电流特性 中，对于其每个前向电流，当阳极电流到达最高值时，反向电压也确 实接近最高值。随后，在提高的阳极电压处，在二极管中产生高视在 反向恢复功率，从而引起高等级的反向恢复应力。此外，通过减少前 向电流，仅略微减少了这样的视在反向恢复功率。使用典型的二极管， 前向电流从6000A降低至100A，即，60倍，可能只减少二分之一的 视在反向恢复功率。因此，在从小等级的前向电流反向恢复时，这种 情况下的续流二极管最容易发生故障。

接着，下面将描述利用饱和铁芯的反向恢复电流控制，其在下面 的专利文件中披露：

(a)日本专利第JP-3745561-B2号(以下称作第二专利文件)； 以及

(b)美国专利第6392907号，其是第二专利文件的同族专利。

第二专利文件披露了一种强制换向逆变器，其使用通过饱和铁芯 的反向恢复控制。在该逆变器中，饱和铁芯中的一个或两个切断流入 两个DC连接电容器中至少一个的电流。在续流二极管的反向恢复期 间，仅由包括钳位电容器、钳位二极管和钳位电阻的钳位网络来设置 反向恢复电流。

通常，选择低损耗饱和铁芯来用于本应用。在饱和铁芯的磁通量 B与电场强度H特性中，饱和铁芯对小磁场起作用，并引起在最大磁 通量B_max和最小磁通量B_min两个极端饱和状态之间的切换。这就导致 产生小损失。以该方式，避免了在阳极电抗器中存储大量能量。