一種五電平電壓源型變換裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種五電平電壓源型變換裝置，屬于電力電子變換裝器領(lǐng)域。包括電容器C1、電容器C2、電容器Cph，第一接線端（1）、第二接線端（2）、第三接線端（3）、第四接線端（4），以及十二個絕緣柵雙極晶體管IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6、IGBT7、IGBT8、IGBT9、IGBT10、IGBT11、IGBT12。本五電平電壓源型變換裝置中的所有絕緣柵雙極晶體管承受的耐壓相同，使用時可選用同一型號絕緣柵雙極晶體管，所用電容器的數(shù)量少，不需箝位二極管，結(jié)構(gòu)簡單、控制靈活。
【專利說明】—種五電平電壓源型變換裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種五電平電壓源型變換裝置，屬于電力電子變換裝器領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的全面發(fā)展，電力電子裝置已經(jīng)被廣泛使用，人們對電力電子裝置的大功率、耐高壓、低諧波擾動的要求越來越高。多電平變換裝置具有功率大、開關(guān)頻率低、輸出諧波小、動態(tài)響應(yīng)速度快、電磁兼容性好等優(yōu)點，并可以使耐壓值低的電力電子器件可靠應(yīng)用于高壓大功率領(lǐng)域，并有效地減少脈寬調(diào)制簡稱PWM控制產(chǎn)生的高次諧波。但是，由于公知的二極管鉗位型五電平變換裝置的二極管數(shù)目較多、電容飛跨型五電平變換裝置控制復(fù)雜、H橋級聯(lián)型五電平變換裝置需要獨立的直流源等五電平變換裝置都存在固有缺點，抑制了五電平變換裝置在實際中的推廣和使用。
[0003]五電平變換轉(zhuǎn)置在實際的應(yīng)用中還必須考慮到均壓的因素，不同型號的絕緣柵雙極晶體管由于其內(nèi)部的寄生電感和寄生電容不相同，從而導(dǎo)致相串聯(lián)的兩個不同型號的絕緣柵雙極晶體管兩端的電壓不同，最終可能導(dǎo)致絕緣柵雙極晶體管的損壞，因此不同型號的絕緣柵雙極晶體管不可以串聯(lián)使用；同時，在設(shè)計安裝時，由于不同型號的絕緣柵雙極晶體管在尺寸上會有所不同，因此在實際的使用中也不可以混合使用。所以一個實用的五電平變換裝置不但在理論上要可行，在實際的使用中也必須具有實用性的特點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種五電平電壓源型變換裝置，結(jié)構(gòu)簡單、控制靈活的五電平電壓源型變換裝置，所用電容器的數(shù)量少，不需箝位二極管，每個絕緣柵雙極晶體管承受的耐壓相同。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本五電平電壓源型變換裝置包括電容器Cl、電容器C2、電容器Cph，第一接線端、第二接線端、第三接線端、第四接線端，以及十二個絕緣柵雙極晶體管IGBTl、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6、IGBT7、IGBT8、IGBT9、IGBT10、IGBTl1、IGBT12 ；
[0006]第一接線端和電容器Cl與絕緣柵雙極晶體管IGBTl的集電極連接；
[0007]第二接線端、電容器Cl、電容器C2和絕緣柵雙極晶體管IGBT3的發(fā)射極與絕緣柵雙極晶體管IGBT5的集電極連接；
[0008]第三接線端和電容器C2與絕緣柵雙極晶體管IGBT7的發(fā)射極連接；
[0009]絕緣柵雙極晶體管IGBTl的發(fā)射極與絕緣柵雙極晶體管IGBT2的集電極連接，絕緣柵雙極晶體管IGBT3的發(fā)射極與絕緣柵雙極晶體管IGBT4的集電極連接，絕緣柵雙極晶體管IGBT5的發(fā)射極與絕緣柵雙極晶體管IGBT6的集電極連接，絕緣柵雙極晶體管IGBT7的發(fā)射極與絕緣柵雙極晶體管IGBT8的集電極連接，絕緣柵雙極晶體管IGBT2的發(fā)射極與絕緣柵雙極晶體管IGBT4的集電極連接，絕緣柵雙極晶體管IGBT9的集電極、絕緣柵雙極晶體管IGBT6的發(fā)射極和絕緣柵雙極晶體管IGBTlO的發(fā)射極與絕緣柵雙極晶體管IGBT8的集電極連接；[0010]絕緣柵雙極晶體管IGBT9的發(fā)射極和絕緣柵雙極晶體管IGBTlO的集電極以及絕緣柵雙極晶體管IGBTll的集電極和絕緣柵雙極晶體管IGBT12的發(fā)射極分別連接于電容器Cph的兩極；
[0011]絕緣柵雙極晶體管IGBTll的發(fā)射極和絕緣柵雙極晶體管IGBT12的集電極與第四接線端連接。
[0012]每個絕緣柵雙極晶體管也可以由集成門極換流晶閘管、門極可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管和電力場效應(yīng)晶體管替換使用。
[0013]第一接線端、第二接線端、第三接線端為直流輸入端，第四接線端、第五接線端、第六接線端為三相交流的輸出端，每個橋臂中均安裝有直流母線電容，每相直流母線電容靠近該相橋臂安裝。
[0014]第一接線端、第二接線端、第三接線端為直流輸入端，第四接線端、第五接線端、第六接線端為三相交流的輸出端，所有橋臂共用一個直流母線電容，直流母線電容安裝在直流母線的輸入端。
[0015]第一接線端、第二接線端、第三接線端為三相交流的輸入端，每個橋臂中均安裝有直流母線電容，每相直流母線電容靠近該相橋臂安裝。
[0016]第一接線端、第二接線端、第三接線端為三相交流的輸入端，所有橋臂共用一個直流母線電容，直流母線電容安裝在直流母線的輸入端。
[0017]第一接線端、第二接線端、第三接線端為三相交流的輸入端，第四接線端、第五接線端、第六接線端為三相交流的輸出端，每個橋臂中均安裝有直流母線電容，每相直流母線電容靠近該相橋臂安裝。
[0018]第一接線端、第二接線端、第三接線端為三相交流的輸入端，第四接線端、第五接線端、第六接線端為三相交流的輸出端，所有橋臂共用一個直流母線電容，直流母線電容安裝在直流母線的輸入端。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本五電平電壓源型變換裝置的兩個電容器Cl、C2兩端的電壓為直流母線電壓的1/2，電容器Cph兩端的電壓為直流母線電壓的1/4，則每個絕緣柵雙極晶體管承受的電壓均為直流母線電壓的1/4，因此，本發(fā)明中所用的電容器的數(shù)量少，不需要箝位二極管，結(jié)構(gòu)簡單、控制靈活；所有絕緣柵雙極晶體管承受的耐壓相同，使用時可選用同一型號絕緣柵雙極晶體管，使得在開關(guān)管的選型上會非常方便，只需選擇同一型號的開關(guān)管；另外所有開關(guān)管的封裝相同，在開關(guān)管的設(shè)計和安裝上會更加的方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的五電平電壓源型變換裝置拓撲結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例一的拓撲結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例二的拓撲結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例三的拓撲結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖5是根據(jù)本發(fā)明實施四例的拓撲結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例五的拓撲結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例六的拓撲結(jié)構(gòu)圖?！揪唧w實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作具體的說明。
[0028]如圖1所示，本五電平電壓源型變換裝置包括電容器Cl、電容器C2、電容器Cph，第一接線端1、第二接線端2、第三接線端3、第四接線端4，以及十二個絕緣柵雙極晶體管IGBTl、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6、IGBT7、IGBT8、IGBT9、IGBT10、IGBTl1、IGBT12 ；
[0029]第一接線端I和電容器Cl與絕緣柵雙極晶體管IGBTl的集電極連接；
[0030]第二接線端2、電容器Cl、電容器C2和絕緣柵雙極晶體管IGBT3的發(fā)射極與絕緣柵雙極晶體管IGBT5的集電極連接；
[0031]第三接線端3和電容器C2與絕緣柵雙極晶體管IGBT7的發(fā)射極連接；
[0032]絕緣柵雙極晶體管IGBTl的發(fā)射極與絕緣柵雙極晶體管IGBT2的集電極連接，絕緣柵雙極晶體管IGBT3的發(fā)射極與絕緣柵雙極晶體管IGBT4的集電極連接，絕緣柵雙極晶體管IGBT5的發(fā)射極與絕緣柵雙極晶體管IGBT6的集電極連接，絕緣柵雙極晶體管IGBT7的發(fā)射極與絕緣柵雙極晶體管IGBT8的集電極連接，絕緣柵雙極晶體管IGBT2的發(fā)射極與絕緣柵雙極晶體管IGBT4的集電極連接，絕緣柵雙極晶體管IGBT9的集電極、絕緣柵雙極晶體管IGBT6的發(fā)射極和絕緣柵雙極晶體管IGBTlO的發(fā)射極與絕緣柵雙極晶體管IGBT8的集電極連接；
[0033]絕緣柵雙極晶體管IGBT9的發(fā)射極和絕緣柵雙極晶體管IGBTlO的集電極以及絕緣柵雙極晶體管IGBTll的集電極和絕緣柵雙極晶體管IGBT12的發(fā)射極分別連接于電容器Cph的兩極；
[0034]絕緣柵雙極晶體管IGBTll的發(fā)射極和絕緣柵雙極晶體管IGBT12的集電極與第四接線端4連接。
[0035]通過控制不同絕緣柵雙極晶體管IGBTl、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6、IGBT7、IGBT8、IGBT9、IGBT10、IGBTl 1、IGBT12的導(dǎo)通與關(guān)斷可以實現(xiàn)五個電平電壓的輸出。
[0036]具體實施時，每個絕緣柵雙極晶體管可以是單個絕緣柵雙極晶體管集成在一個模塊中，也可以是其中的兩個開關(guān)管集成在一個模塊中，具體的方法如下，IGBT1、IGBT2集成到一個模塊中，IGBT3、IGBT4集成到一個模塊中，IGBT5、IGBT6集成到一個模塊中，IGBT7、IGBT8集成到一個模塊中，IGBT9、IGBTlI集成到一個模塊中，IGBT10、IGBT12集成到一個模塊中，如圖1中一個虛線框代表一個模塊。
[0037]本發(fā)明在具體實施時，絕緣柵雙極晶體管IGBTl、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6、IGBT7、IGBT8、IGBT9、IGBT10、IGBT11、IGBT12、電容器 Cph、驅(qū)動板、控制板集成到一個較大模塊中。
[0038]每個絕緣柵雙極晶體管也可由其他全控型器件替換使用，其他全控型器件包括集成門極換流晶閘管、門極可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管、電力場效應(yīng)晶體管。
[0039]第一接線端I與第三接線端3之間的電壓為直流母線電壓。
[0040]本發(fā)明的五電平電壓源型變換裝置在穩(wěn)定運行時，電容器Cl、C2兩端的電壓需控制在直流母線電壓的1/2，電容器Cph兩端的電壓需控制在直流母線電壓1/4。當(dāng)電容器Cl、C2兩端的電壓為直流母線電壓的1/2，電容器Cph兩端的電壓為直流母線電壓1/4時，則每個絕緣柵雙極晶體管承受的電壓均為直流母線電壓的1/4。因此，本發(fā)明中的所有絕緣柵雙極晶體管承受的耐壓相同，使用時可選用同一型號絕緣柵雙極晶體管。[0041]圖2是本發(fā)明的實施例一，實施例一是由本發(fā)明的變換裝置組成的三相逆變器拓撲結(jié)構(gòu)電路，該實施例轉(zhuǎn)換電路的功能是把直流電轉(zhuǎn)換成三相交流電，第一接線端1、第二接線端2、第三接線端3為直流輸入端，第四接線端4、第五接線端5、第六接線端6為三相交流的輸出端，該實施例的特點是每個橋臂中均安裝有直流母線電容，每相的直流母線電容靠近該相橋臂安裝，有利于減小直流母線電容到橋臂的雜散電感值，更有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。
[0042]圖3是本發(fā)明的實施例二，實施例二是由本發(fā)明的變換裝置組成的三相逆變器拓撲結(jié)構(gòu)電路，該實施例轉(zhuǎn)換電路的功能是把直流電轉(zhuǎn)換成三相交流電，第一接線端1、第二接線端2、第三接線端3為直流輸入端，第四接線端4、第五接線端5、第六接線端6為三相交流的輸出端，該實施例的特點是所有橋臂共用一個直流母線電容，直流母線電容安裝在直流母線的輸入端，有利于減少電容器的數(shù)量，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更簡單，裝置的體積更小。
[0043]圖4是本發(fā)明的實施例三，實施例三是由本發(fā)明的變換裝置組成的三相整流器拓撲結(jié)構(gòu)電路，該實施例轉(zhuǎn)換電路的功能是把三相交流電轉(zhuǎn)換成直流電，第一接線端1、第二接線端2、第三接線端3為三相交流的輸入端，該實施例的特點是每個橋臂中均安裝有直流母線電容，每相的直流母線電容靠近該相橋臂安裝，有利于減小直流母線電容到橋臂的雜散電感值，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定，該實施例的拓撲結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于整流裝置，有源濾波器以及靜止無功補償裝置中。
[0044]圖5是本發(fā)明的實施例四，實施例四是由本發(fā)明的變換裝置組成的三相整流器拓撲結(jié)構(gòu)電路，該實施例轉(zhuǎn)換電路的功能是把三相交流電轉(zhuǎn)換成直流電，第一接線端1、第二接線端2、第三接線端3為三相交流的輸入端，該實施例的特點是所有橋臂共用一個直流母線電容，直流母線電容安裝在直流母線的輸入端，有利于減少電容器的數(shù)量，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更簡單，裝置的體積更小，該實施例的拓撲結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于整流裝置，有源濾波器以及靜止無功補償裝置中。
[0045]圖6是本發(fā)明的實施例五，實施例五是由本發(fā)明的變換裝置組成的三相背靠背五電平拓撲結(jié)構(gòu)電路，該實施例轉(zhuǎn)換電路的功能是把三相交流電轉(zhuǎn)換成三相交流電，第一接線端1、第二接線端2、第三接線端3為三相交流的輸入端，第四接線端4、第五接線端5、第六接線端6為三相交流的輸出端，該實施例的特點是每個橋臂中均安裝有直流母線電容，每相的直流母線電容靠近該相橋臂安裝，有利于減小直流母線電容到橋臂的雜散電感值，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。
[0046]圖7是本發(fā)明的實施例六，實施例六是由本發(fā)明的變換裝置組成的三相背靠背五電平拓撲結(jié)構(gòu)電路，該實施例轉(zhuǎn)換電路的功能是把三相交流電轉(zhuǎn)換成三相交流電，第一接線端1、第二接線端2、第三接線端3為三相交流的輸入端，第四接線端4、第五接線端5、第六接線端6為三相交流的輸出端，該實施例的特點是所有橋臂共用一個直流母線電容，直流母線電容安裝在直流母線的輸入端，有利于減少電容器的數(shù)量，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更簡單，使得裝置的體積更小。
[0047]本五電平電壓源型變換裝置的兩個電容器Cl、C2兩端的電壓為直流母線電壓的1/2，電容器Cph兩端的電壓為直流母線電壓的1/4，則每個絕緣柵雙極晶體管承受的電壓均為直流母線電壓的1/4，因此，本發(fā)明中的所有絕緣柵雙極晶體管承受的耐壓相同，使用時可選用同一型號絕緣柵雙極晶體管，所用電容器的數(shù)量少，不需箝位二極管，結(jié)構(gòu)簡單、控制靈活。
【權(quán)利要求】
1.一種五電平電壓源型變換裝置，包括電容器Cl、電容器C2、電容器Cph，第一接線端(I)、第二接線端(2)、第三接線端(3)、第四接線端(4)，以及十二個絕緣柵雙極晶體管IGBTl、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6、IGBT7、IGBT8、IGBT9、IGBT10、IGBTl1、IGBT12 ； 其特征在于，第一接線端(I)和電容器Cl與絕緣柵雙極晶體管IGBTl的集電極連接； 第二接線端(2)、電容器Cl、電容器C2和絕緣柵雙極晶體管IGBT3的發(fā)射極與絕緣柵雙極晶體管IGBT5的集電極連接； 第三接線端(3)和電容器C2與絕緣柵雙極晶體管IGBT7的發(fā)射極連接； 絕緣柵雙極晶體管IGBTl的發(fā)射極與絕緣柵雙極晶體管IGBT2的集電極連接，絕緣柵雙極晶體管IGBT3的發(fā)射極與絕緣柵雙極晶體管IGBT4的集電極連接，絕緣柵雙極晶體管IGBT5的發(fā)射極與絕緣柵雙極晶體管IGBT6的集電極連接，絕緣柵雙極晶體管IGBT7的發(fā)射極與絕緣柵雙極晶體管IGBT8的集電極連接，絕緣柵雙極晶體管IGBT2的發(fā)射極與絕緣柵雙極晶體管IGBT4的集電極連接，絕緣柵雙極晶體管IGBT9的集電極、絕緣柵雙極晶體管IGBT6的發(fā)射極和絕緣柵雙極晶體管IGBTlO的發(fā)射極與絕緣柵雙極晶體管IGBT8的集電極連接； 絕緣柵雙極晶體管IGBT9的發(fā)射極和絕緣柵雙極晶體管IGBTlO的集電極以及絕緣柵雙極晶體管IGBTll的集電極和絕緣柵雙極晶體管IGBT12的發(fā)射極分別連接于電容器Cph的兩極； 絕緣柵雙極晶體管IGBTll的發(fā)射極和絕緣柵雙極晶體管IGBT12的集電極與第四接線端(4)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所·述的一種五電平電壓源型變換裝置，其特征在于，每個絕緣柵雙極晶體管也可以由集成門極換流晶閘管、門極可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管和電力場效應(yīng)晶體管替換使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種五電平電壓源型變換裝置，其特征在于，第一接線端(I)、第二接線端(2)、第三接線端(3)為直流輸入端，第四接線端(4)、第五接線端(5)、第六接線端(6)為三相交流的輸出端，每個橋臂中均安裝有直流母線電容，每相直流母線電容靠近該相橋臂安裝。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種五電平電壓源型變換裝置，其特征在于，第一接線端(I)、第二接線端(2)、第三接線端(3)為直流輸入端，第四接線端(4)、第五接線端(5)、第六接線端(6)為三相交流的輸出端，所有橋臂共用一個直流母線電容，直流母線電容安裝在直流母線的輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種五電平電壓源型變換裝置，其特征在于，第一接線端(I)、第二接線端(2)、第三接線端(3)為三相交流的輸入端，每個橋臂中均安裝有直流母線電容，每相直流母線電容靠近該相橋臂安裝。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種五電平電壓源型變換裝置，其特征在于，第一接線端(I)、第二接線端(2)、第三接線端(3)為三相交流的輸入端，所有橋臂共用一個直流母線電容，直流母線電容安裝在直流母線的輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種五電平電壓源型變換裝置，其特征在于，第一接線端(I)、第二接線端(2)、第三接線端(3)為三相交流的輸入端，第四接線端(4)、第五接線端(5)、第六接線端(6)為三相交流的輸出端，每個橋臂中均安裝有直流母線電容，每相直流母線電容靠近該相橋臂安裝。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種五電平電壓源型變換裝置，其特征在于，第一接線端(I)、第二接線端(2)、第三接線端(3)為三相交流的輸入端，第四接線端(4)、第五接線端(5)、第六接線端(6)為三相交流的輸出端，所有橋臂共用一個直流母線電容，直流母線電容安裝在直流母線的 輸入端。
【文檔編號】H02M7/219GK103595281SQ201310467976
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
【發(fā)明者】譚國俊, 劉戰(zhàn), 李 浩, 何鳳有 申請人:徐州中礦大傳動與自動化有限公司