專利名稱：一種多個(gè)電力半導(dǎo)體交替串聯(lián)多個(gè)繞組的高壓橋臂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是電力電子技術(shù)行業(yè)廣泛使用的高壓橋臂。
背景技術(shù)：
對(duì)于高頻電力電子技術(shù)，電力半導(dǎo)體開關(guān)時(shí)間極短，只有微秒級(jí)。一般而言，高頻電力半導(dǎo)體耐壓都不高，大都2000伏以下。所以高壓電力電子技術(shù)所需的高頻電力半導(dǎo)體的串聯(lián)使用就非常困難和復(fù)雜，這是因?yàn)?，高頻電力半導(dǎo)體開關(guān)時(shí)間極短，只有微秒級(jí)，開關(guān)時(shí)間的不一致性，以及回路電感因di/dt引起的過電壓，會(huì)導(dǎo)致開通時(shí)，后開通的電力半導(dǎo)體以及關(guān)斷時(shí)先關(guān)斷的電力半導(dǎo)體承受電壓太高而損壞。所以，早期的各種不同類型高壓變頻器都復(fù)雜、成本高、故障率高和效率低。
近幾年，成都佳靈公司生產(chǎn)出基于總裁吳加林的“一種能自動(dòng)均壓的串聯(lián)式功率開關(guān)橋”專利(ZL 01247211.5)技術(shù)的IGBT直接串聯(lián)的高壓變頻器，技術(shù)有很大的改善。
比起高壓變頻器，低壓變頻器簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟很多。
在變壓器、交流電機(jī)領(lǐng)域，高壓、低壓是可以互相轉(zhuǎn)換的，把一個(gè)高壓繞組按匝數(shù)等分成若干個(gè)分繞組，則每個(gè)分繞組兩端的電壓為原來(lái)繞組的若干分之一。反過來(lái)，若干個(gè)分繞組也可串聯(lián)成一個(gè)高壓繞組，只要每個(gè)分繞組的電源是同一種電源，并且每個(gè)分繞組的電壓是疊加的。例如，把高壓交流電動(dòng)機(jī)的繞組按匝數(shù)等分成N個(gè)繞組，并把N個(gè)繞組的端子都引出來(lái)，按原來(lái)的首尾、原來(lái)的連接方式，通上原來(lái)電壓的1/N，這就變成了與原來(lái)高壓電動(dòng)機(jī)完全一樣的低壓電動(dòng)機(jī)。在耐壓保證的前提下，反過來(lái)也是一樣的。變壓器也類似。
(三)實(shí)用新型的內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是利用在變壓器、交流電機(jī)領(lǐng)域高壓、低壓互相轉(zhuǎn)換的原理，把電力電子技術(shù)領(lǐng)域的高壓?jiǎn)栴}簡(jiǎn)化為低壓?jiǎn)栴}處理。具體就是，由N個(gè)(N大于、等于2)每一上、下橋臂各有M(M大于、等于1)個(gè)電力半導(dǎo)體的逆變器或整流器(每一逆變器、整流器都并一個(gè)電容)，按正、負(fù)極相間依次串聯(lián)連接。每一逆變器的輸出或整流器的輸入連接同一鐵芯磁場(chǎng)耦合關(guān)聯(lián)的繞組，每個(gè)繞組的端子R1、R2---RN，S1、S2---SN，T1、T2---TN與每個(gè)逆變器或整流器上、下橋臂中間接線端子U1、U2---UN，V1、V2---VN，W1、W2---WN的連接一一對(duì)應(yīng)、相同，即R1對(duì)U1、R2對(duì)U2----RN對(duì)UN，S1對(duì)V1、S2對(duì)V2---SN對(duì)VN，T1對(duì)W1、T2對(duì)W2---TN對(duì)WN。每一逆變器或整流器相同上橋臂位置或下橋臂位置的電力半導(dǎo)體同時(shí)導(dǎo)通或關(guān)斷，A11、A12---A1M、A21、A22---A2M------AN1、AN2---ANM為相同上橋臂位置，B11、B12---B1M、B21、B22---B2M------BN1、BN2-------BNM為相同上橋臂位置，--------，F(xiàn)11、F12------F1M、F21、F22-------F2M、FN1、FN2------FNM為相同下橋臂位置。對(duì)逆變器，在某瞬間，電流從正極流過第一個(gè)逆變器上組一個(gè)橋臂的M個(gè)電力半導(dǎo)體，流過第一個(gè)繞組，流過第一個(gè)逆變器下組另一個(gè)橋臂的M個(gè)電力半導(dǎo)體，然后，流過第二個(gè)逆變器上組一個(gè)橋臂的M個(gè)電力半導(dǎo)體，流過第二個(gè)繞組，流過第二個(gè)逆變器下組另一個(gè)橋臂的M個(gè)電力半導(dǎo)體，直到N組，最后到負(fù)極。從而構(gòu)成了其中一個(gè)多個(gè)電力半導(dǎo)體交替串聯(lián)多個(gè)繞組的高壓橋臂。對(duì)整流器，電流流向與逆變器相反。每一逆變器、整流器都并一個(gè)電容和連接一個(gè)繞組，構(gòu)成了一個(gè)完整的供用電單元，準(zhǔn)許短時(shí)間里脫離整個(gè)系統(tǒng)而獨(dú)立工作，并且加在每一逆變器、整流器的電力半導(dǎo)體的電壓不能突變，這大大降低了對(duì)串聯(lián)電力半導(dǎo)體開關(guān)一致性的要求，也為保護(hù)線路檢測(cè)、動(dòng)作提供了更多的時(shí)間。M一般為1，為了減少高壓逆變器輸出、整流器輸入的引線數(shù)量，在兼顧可靠性的前提下，每一逆變器、整流器的上、下橋臂的電力半導(dǎo)體數(shù)量M可以為1以上。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。


圖一 本實(shí)用新型在高壓逆變器的應(yīng)用示意圖圖二 直接串聯(lián)的IGBT的高壓變頻器示意圖具體實(shí)施方式
利用本實(shí)用新型就可以把圖二直接串聯(lián)的X個(gè)IGBT的高壓逆變器，改成圖一由N(N大于、等于2)個(gè)每一上、下橋臂各有M(M大于、等于1，N×M＝X)個(gè)IGBT的低壓逆變器(每一逆變器都并一個(gè)電容)按正、負(fù)極相間依次串聯(lián)連接，每個(gè)逆變器驅(qū)動(dòng)一個(gè)高壓繞組按匝數(shù)被N等分后的繞組。這就把高壓變頻器驅(qū)動(dòng)高壓電動(dòng)機(jī)變成了簡(jiǎn)單、可靠的低壓變頻器驅(qū)動(dòng)低壓電動(dòng)機(jī)。對(duì)圖二直接串聯(lián)的形式，在某一瞬間，電流從正極流過上組一橋臂的X個(gè)IGBT，流過一個(gè)高壓繞組，再流過下組另一橋臂的X個(gè)IGBT，最后到負(fù)極，例如，電流從正極---A1---A2-------AX---U---R---S---V---E1---E2-------EX---負(fù)極。對(duì)圖一交替串聯(lián)的形式，在某一瞬間，電流從正極流過第一個(gè)逆變器NB1上組一橋臂M個(gè)IGBT，流過第一個(gè)繞組RZI，流過第一個(gè)逆變器NB1下組另一橋臂M個(gè)IGBT，然后，流過第二個(gè)逆變器NB2上組一橋臂M個(gè)IGBT，流過第二個(gè)繞組RZ2，流過第二個(gè)逆變器NB2下組另一橋臂M個(gè)IGBT，直到N組，最后到負(fù)極，例如，電流從正極----A11---A12------A1M--------U1---R1---S1---V1---E11---E1--------E1M---A21---A22--------A2M---U2---R2---S2---V2---E21---E22--------E2M----------AN1---AN2--------ANM----UN---RN---SN---VN---EN1---EN2--------ENM----負(fù)極，構(gòu)成了其中一個(gè)多個(gè)IGBT交替串聯(lián)多個(gè)繞組的高壓橋臂。表面上，兩者形式一樣，但交替串聯(lián)的每組逆變器都并有一個(gè)電容和連接一個(gè)繞組，構(gòu)成了一個(gè)完整的供用電單元，準(zhǔn)許短時(shí)間里脫離整個(gè)系統(tǒng)而獨(dú)立工作，并且加在每組逆變器的IGBT的電壓不能突變，這大大降低了對(duì)整個(gè)高壓逆變器串聯(lián)IGBT開關(guān)一致性的要求，也為保護(hù)線路檢測(cè)、動(dòng)作提供了更多的時(shí)間。
以上是逆變過程，反過來(lái)整流過程也是類似的。
權(quán)利要求1.一種用于高壓電力電子裝置的多個(gè)電力半導(dǎo)體交替串聯(lián)多個(gè)繞組的高壓橋臂，其特征在于由N個(gè)(N大于、等于2)每一上、下橋臂各有M(M大于、等于1)個(gè)電力半導(dǎo)體的逆變器或整流器，按正、負(fù)極相間依次串聯(lián)連接，每一逆變器的輸出或整流器的輸入連接一個(gè)繞組；對(duì)逆變器，某瞬間電流從正極流過第一個(gè)逆變器上組一個(gè)橋臂的M個(gè)電力半導(dǎo)體，流過第一個(gè)繞組，流過第一個(gè)逆變器下組另一個(gè)橋臂的M個(gè)電力半導(dǎo)體，然后，流過第二個(gè)逆變器上組一個(gè)橋臂的M個(gè)電力半導(dǎo)體，流過第二個(gè)繞組，流過第二個(gè)逆變器下組另一個(gè)橋臂的M個(gè)電力半導(dǎo)體，直到N組，最后到負(fù)極。從而構(gòu)成其中一個(gè)多個(gè)電力半導(dǎo)體交替串聯(lián)多個(gè)繞組的高壓橋臂；對(duì)整流器，電流流向與逆變器相反。
2.如權(quán)利要求1所述的多個(gè)電力半導(dǎo)體交替串聯(lián)多個(gè)繞組的高壓橋臂，其特征在于所述的N個(gè)逆變器、整流器的正、負(fù)極兩端都并一個(gè)電容。
3.如權(quán)利要求1所述的多個(gè)電力半導(dǎo)體交替串聯(lián)多個(gè)繞組的高壓橋臂，其特征在于所述的繞組都通過同一鐵芯耦合關(guān)聯(lián)，每個(gè)繞組的接線端子R1、R2---RN、S1、S2---SN、T1、T2---TN與每個(gè)逆變器或整流器上、下橋臂中間接線端子U1、U2---UN、V1、V2---VN、W1、W2---WN的連接一一對(duì)應(yīng)、相同，即R1對(duì)U1、R2對(duì)U2----RN對(duì)UN，S1對(duì)V1、S2對(duì)V2---SN對(duì)VN，T1對(duì)W1、T2對(duì)W2---TN對(duì)WN。
4.如權(quán)利要求1所述的多個(gè)電力半導(dǎo)體交替串聯(lián)多個(gè)繞組的高壓橋臂，其特征在于所述的電力半導(dǎo)體在逆變器或整流器相同上橋臂位置或下橋臂位置的都同時(shí)導(dǎo)通或關(guān)斷，A11、A12---A1M、A21、A22---A2M------AN1、AN2---ANM為相同上橋臂位置，B11、B12---B1M、B21、B22---B2M------BN1、BN2------BNM為相同上橋臂位置，------，F(xiàn)11、F12------F1M、F21、F22-------F2M、FN1、FN2------FNM為相同下橋臂位置。
專利摘要一種用于高壓電力電子裝置的高壓橋臂，由N個(gè)(N大于、等于2)每一上、下橋臂各有M(M大于、等于1)個(gè)電力半導(dǎo)體的逆變器或整流器(每一逆變器、整流器都并一個(gè)電容)，按正、負(fù)極相間依次串聯(lián)連接。每一逆變器的輸出或整流器的輸入連接同一鐵芯磁場(chǎng)耦合關(guān)聯(lián)的繞組，每個(gè)繞組的端子與每個(gè)逆變器或整流器上、下橋臂中間接線端子的連接一一對(duì)應(yīng)、相同。每一逆變器或整流器同上或下橋臂位置的電力半導(dǎo)體同時(shí)導(dǎo)通或關(guān)斷。某瞬間，電流從正到負(fù)的路徑就構(gòu)成一個(gè)高壓橋臂。可把電力電子技術(shù)領(lǐng)域的高壓?jiǎn)栴}簡(jiǎn)化為低壓?jiǎn)栴}處理，也可大大降低了對(duì)串聯(lián)高頻電力半導(dǎo)體開關(guān)一致性的要求，為保護(hù)線路檢測(cè)、動(dòng)作提供了更多的時(shí)間。
文檔編號(hào)H02M7/12GK2684451SQ20042001510
公開日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2004年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月18日
發(fā)明者丁振榮 申請(qǐng)人:丁振榮