[发明专利]高压逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及将DC(直流)电源转换为AC(交流)电源的逆变器，尤其涉及一种高压逆变器，其中，直流输入电压高于20KV(千伏)。

背景技术

将电压高于20KV的直流电源转换为交流电源的现有逆变器技术包括汞蒸气管技术和固态器件技术。这两种技术均存在需要克服的缺陷。

汞蒸气管的缺陷在于，如果管中的汞蒸汽泄漏到外部环境中，就会给环境带来危害。固态器件的缺陷在于，其本身包含大量并联的、像晶闸管这样的固态器件(比如可控硅整流器)，除考虑到成本增加和复杂性加剧之外，由于众多组合器件中的一个元件发生故障的几率要大于单一元件发生故障的几率(假定每个元件发生故障的几率是等同的)，固态器件的可靠性被降低了。

因此，希望提供一种能将直流电源转换为交流电源的高压逆变器，这种逆变器所含的部件少，具有高可靠性且不会给环境带来危害。

附图说明

在附图中，相同的附图标记代表相同的部件：

图1是本发明一种将直流电源转换为交流电源的高压逆变器的一个优选实施例的结构示意图；

图2是本发明可能用到的三极管结构的冷阴极场发射可控电子管的简化透视图；

图3A是结合本发明某一方面、具有相监测和电力平衡功能的三相逆变器的结构示意图(图中部分以方块的形式示意)；

图3B是一个电力配电网的结构示意图(图中部分以方块的形式示意)；

图4是图3A所示逆变器的逆变器相86的结构示意图；

图5是图4所示逆变器相的电流调节电路的结构示意图；以及

图6是一个高压逆变器和提供高压直流输出的交流-直流整流器结构示意图；

图7是高压逆变器和图6所示的交流-直流整流器连入电力配电网时的结构示意图(图中部分以方块的形式示意)。

发明内容

本发明以优选的方式，提供了一种将直流电源转换为含有一个或多个交流输出相的交流电源的高压逆变器。对应每个交流输出相，该高压逆变器包含一条交流输入相电路。该交流输入相电路包括：三极管、四极管或五极管结构的第一和第二冷阴极场发射可控电子管。每个电子管包括连接20KV以上高压直流电压的第一输入节点和接地的第二输入节点。初级变压器绕组有一个第一端、一个第二端和一个中心抽头。第一电子管串联在初级绕组的第一端和地面之间，第二电子管串联在初级绕组的第二端和地面之间。控制电路控制各电子管，使得第一电子管和第二电子管交替导通，从而初级绕组的第一端和第二端分别接近地面电压。

上述逆变器的优选实施例具备将直流电源转换为交流电源的功能，这种逆变器所含部件很少，具有高可靠性且不会给环境带来危害。

发明的具体说明

图1所示为一个将高压直流电流转换为高压交流电流的优选高压逆变器10。优选的，该高压逆变器10的输出提供10KV以上的电压，且交流频率范围约为50转/秒至400转/秒。交流输入相20将由输入节点26和地面28之间提供的直流高压转换为交流高压。

下列描述涉及：(1)本发明高压逆变器的交流输入相；(2)高压逆变器包括与电力配电网的相同步、相监测和电力平衡；以及(3)高压直流-直流逆变器。

1、交流输入相

图1所示的交流输入相20包括三极管结构的冷阴极场发射可控电子管30和32。或者，本发明所属领域的技术人员可以知道，使用四极管或五极管结构来替换实现上述电子管，并适当的对电路做出相应调整。图2所示为一个优选的三极管结构的冷阴极场发射可控电子管38。在图2中，电子管38包括一个被圆柱形栅极42包围的圆柱形阴极40，而圆柱形栅极42又被圆柱形阳极44所包围。阴极40、栅极42和阳极44沿中心圆柱轴成对称排列。关于电子管38的详细信息，可以参见1990年8月21日公布的美国专利4,950,962，名称为“高压开关管”。上述专利的全部公开内容都作为本文的参考。这里，对上述专利所公开电路的时间常数做了调整，以提供足够高的转换率，从而有效利用与图1所示的逆变器10的输出耦合的变压器。