[实用新型]一种矩阵式交-交高压变频器拓扑结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种具有非传统矩阵结构的矩阵式交-交高压变频器拓扑结构。

背景技术

高压变频器是一种采用电力电子变流技术，对高压电动机进行无级调速，满足生产工艺过程调速控制要求的专用电气设备，具有效率高、节能效果好及功率因数高等特点，被广泛应用于各个工业应用领域。

由于电力电子开关器件耐压相对较低的原因，高压变频器最常用的是级联H桥式多电平变换器拓扑结构，例如，公开号为CN1414692的中国专利公开的《无谐波污染高压大功率变频器》就是级联H桥式多电平变换器拓扑结构。高压变频器也有采用二极管箝位式三电平变换器拓扑结构，例如，公开号为CN1996734的中国专利公开的《基于二极管箝位型三电平6kV高压变频器》。高压变频器还有采用 IGBT直接串联的高压变频器拓扑结构，例如，公开号为CN201054550的中国专利公开的《IGBT直接串联高压变频器》和公开号为CN101826838A的中国专利公开的《一种高能效IGBT直接串联多电平高压变频调速装置》。但上述各种高压变频器都需要输入变压器，甚至有些需要结构复杂的曲折变压器，体积较大。在国际会议Power Tech Conference Proceedings, 2003 IEEE Bologna中刊登的“An innovative modular multilevel converter topology suitable for a wide power range”一文（作者Lesnicar, A.和Marquardt, R.）和在《中国电机工程学报》2009年第29卷第30期1-6页刊登的“新型多电平VSC子模块电容参数与均压策略”一文（作者丁冠军等），以及公开号为CN102013813A 的中国专利公开的《一种无变压器的四象限高压变频器拓扑结构》提出了一种采用半桥结构的模块化级联多电平变换器拓扑结构，可以实现四象限运行，并且不需要变压器，但各子模块直流侧电容电压波动受交流频率影响较大，频率越低，电容电压波动越大，因此变频器不适合从低频率启动和运行。

上面所提到的高压变频器拓扑结构都属于交-直-交变频器结构，即先由交流变成直流（称为整流），再由直流变为交流（称为逆变）。公开号为CN102185490A  的中国专利公开的《交交直接变换的中压变频器》提出了一种交-交直接变换的变频器拓扑结构，可实现交流到交流的直接变频，但是它需要升压和降压变压器，增加了体积和成本。在国际会议Industrial Electronics Society, 2001. IECON '01中刊登的“A new family of matrix converters” 一文( Erickson R. W.和Al-Naseem O. A.)和在《 控制与决策》（2004年第19卷第10期第1159-1162页)上刊登的“一种新颖的多电平矩阵变换器的建模与仿真” 一文（作者张华强等）提出了一种H桥矩阵式多电平变换器拓扑结构，如图1、图1a所示。该拓扑采用H桥代替了传统矩阵变换器中的双向开关，并在两个交流侧的每相上都串联一个电感，其中，SM表示H桥功率单元。但是，该拓扑在控制时存在各单元直流侧电容直接短路的风险。例如，如果矩阵的左上角4个单元支路处于导通状态，如图2所示，这4个单元就会形成一条闭合回路，造成4个单元直流侧电容之间短路。另外，该拓扑需要9个由H桥功率单元串联而成的功率链，功率开关器件数目较多。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为解决上述问题，提供一种矩阵式交-交高压变频器拓扑结构，该拓扑结构直接进行交-交高压变频，可以实现四象限运行，采用非传统的矩阵结构，大大减少了功率开关器件的数量，降低了成本。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种矩阵式交-交高压变频器拓扑结构，所述变频器每一个输入相都通过至少两条功率链分别连接到至少变频器两个输出相，每一个输出相则通过至少两条功率链分别连接到至少两个输入相；其中每个功率链均由至少一个电感与至少一个H桥功率单元SM串联而成。

所述功率链由两个电感L和至少一个H桥功率单元SM串联而成，其中两个电感L采用对称方式，分别安置在两个两端处的H桥功率单元SM外端子处。

所述H桥功率单元由四个带反并联二极管的功率电子开关和电容器构成。

所述变频器的输入端直接或经过变压器连接电源，输出端连接电机或变压器或另一电源。

所述变频器的输入/输出相为三相/三相、三相/两相、两相/三相或两相/两相。

与现有技术相比，本实用新型的新颖性和创造性体现在：