[发明专利]多逆变器系统

说明书

本发明涉及一种获得几千伏高电压输出的逆变器系统，更详细地说，涉及一种使用多个单位逆变器，来获得高电压输出的多逆变器系统。

迄今，为了节能大量需要以变速驱动操作的AC电动机，尤其是目前的高压电动机。尤其是，需要高压驱动系统，它可直接应用于目前的高压电动机，例如日本的3kV系统、6kV系统和外国的4.2kV系统与2.4kV系统。

至今，一般为获得高压而构成电源转换系统的方法是一种串联多个变压器的次级绕组的方法，如日本电气学会(1995年7月)发表的，题为“多电源转换器及其应用技术”的技术报告中第3节所述的那样。

图1示出了到目前为止现有的高压12相逆变器系统的例子。

该逆变器系统由整流器110，将AC转换成DC；DC平滑电路120，包括一个电抗器121和一个电容器122；逆变器电路130和131，将DC转换成任意的频率的交流；变压器140和141以及负载150组成。

这种电路构成为，共同使用整流器110的DC输出，为这个DC电压设置有多个逆变器电路130、131，以及把输出变压器140、141的次级边绕组串联连接起来，以便获得所希望的高压。

控制电路包括：速度指令单元162；决定逆变器电路130、131输出频率的发射器(OSC)163；将来自发射器163的信号分配给逆变器电路130、131中的半导体器件的配电器(RING)164；放大器165；电压控制电路(AVR)166；决定整流器110的栅控信号相位的移相器(CPHC)167；电压检测变压器143，检测输出变压器140、141的输出AC电压；并借助于防止反向电流二极管144把用电压检测变压器143检测后的电压输入到比较器134的一个输入端；把从速度指令单元162来的指令输入到另一个比较器145的输入端并把由比较器145获得的信号差送给电压控制电路166。

图2所示的电路在结构上是通过输出变压器140、141把多个相互隔离的逆变器电路130、131结合起来以便获得高压，除这些元件外，如图1中所示的那些同样的其它组成元件，都用与图1同样的标号表记并省去其说明。

该电路是这样的结构，即为从整流器110、111来的各输出设置一个逆变器电路，并将输出变压器的次级绕组串联连接起来，以便获得所希望的高压。

在图1和图2所示结构的情况下，输出变压器140、141分别被用作逆变器电路130、131的输出，因此安装它们所需的面积变大了。而且，为使输出变压器140、141能耐受自低频的使用，会有这样的缺点，其外形变得比固定频率的原变压器要大。

并且，近年来已研制出图3所示的中性点箝位3电平逆变器，并投入实用。该逆变器通过整流器12，将从AC电源11的AC输出转换成DC，用电容器13、14平滑后把由3电平逆变器电路获得的AC输出送给负载电动机16。该逆变器电路包括自关断半导体器件S1～S4，例如由栅控断开晶闸管(GTO)和二极管D1～D6构成。而且，P、N表示控制总线，C表示中性点电位。

如图3所示的多电平逆变器存在的经济问题是：由于电路电压等于输出电压，就需要串联连接半导体器件，并且由于绝缘电压强度变高，系统尺寸就变大。

就如上所述的现有系统而言，存在着如下所示的问题。当包括高压逆变器时，作为技术问题，要指出下列各点。

(1)若不串联连接各半导体器件而构成逆变器电路，就需要输出变压器，这是不经济的。

(2)若串联连接各半导体器件，则可以除去输出变压器，但系统不可能成为完全可靠，因为必须选择要串联连接的半导体器件，并且使栅极控制变得复杂。

(3)在半导体器件的串联结构中，势必限制谐波的减少，因为输出边的谐波成分决定于半导体器件的PWM开关频率。

(4)只要构成主电路的许多半导体器件中的一个损坏了，系统就不可能继续工作，在一个需要继续工作的系统中就成为问题。

尤其是，当把通过连接多个单位逆变器串联的输出边获得的高压输出供给AC负载时，就有如下所示的问题。

图4示出了使用这种现有多逆变器系统的具体电路的例子。图4所示的结构说明如下。也就是，该电路设置有整流器A2，它将AC电源A1的AC电压转换成DC电压；一个单位逆变器A9，借助于平滑电容器A3与整流器A2并联，该逆变器设有四个桥接的半导体器件A5、A6、A7、A8，例如IGBT之类，和栅极控制器A40，其把触发指令以规定的顺序送给半导体器件A5～A8，它们构成了单位逆变器A9。