一種中高壓變頻電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)，特別涉及一種中高壓變頻電路。
【背景技術(shù)】
[0002]中高壓變頻調(diào)速節(jié)能效果日益顯著，且隨著人們節(jié)能減排意識(shí)不斷增強(qiáng)，中高壓變頻調(diào)速技術(shù)得到了高速發(fā)展。中高壓變頻技術(shù)可以采用絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)器件實(shí)現(xiàn)，IGBT是由雙極性三極管(BJT)和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和BJT的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小且飽和壓降低，非常適合應(yīng)用于直流電壓600伏及以上的變流等領(lǐng)域，并通過(guò)合理地串聯(lián)可以實(shí)現(xiàn)中高壓變頻技術(shù)。
[0003]但是，由于IGBT器件的工作電壓有限，不能直接將直流電壓逆變輸出高壓交流電壓，所以單獨(dú)采用IGBT器件作為核心器件構(gòu)建中高壓變頻電路的技術(shù)還不成熟。
[0004]因此，目前的中高壓變頻電路仍然以具有隔離變壓器的逆變單元串聯(lián)為主，每相由多個(gè)彼此隔離的逆變單元串聯(lián)以達(dá)到高壓變頻輸出的目的，這種中高壓變頻電路存在以下缺點(diǎn):
[0005]第一點(diǎn)，單元數(shù)量多，目前6千伏的產(chǎn)品三相由15個(gè)單元構(gòu)成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率高；第二點(diǎn)，逆變單元輸入要求彼此隔離，應(yīng)次前級(jí)需要同功率的隔離變壓器，體積龐大；第三點(diǎn)，各個(gè)逆變單元單相輸出，低頻工作時(shí)，逆變單元直流電壓波動(dòng)大，影響低頻性能。
[0006]由于上述由具有隔離變壓器的逆變單元串聯(lián)組成的中高壓變頻電路的缺點(diǎn)存在，所以采用多電平技術(shù)實(shí)現(xiàn)中高壓變頻電路受到了人們的關(guān)注，該技術(shù)可以省去逆變單元中的隔離變壓器，電路的體積也可以降低一半。圖1為現(xiàn)有技術(shù)提供的二極管鉗位五電平的中高壓變頻電路結(jié)構(gòu)示意圖，該中高壓變頻電路采用直流電壓輸入，輸出為模擬正弦波的交流電壓。在該電路中，開(kāi)關(guān)器件采用IGBT器件舉例說(shuō)明。
[0007]在該電路中，直流電壓輸入端由四個(gè)電容串聯(lián)構(gòu)成，分別為第一電容Cl，第二電容C2，第三電容C3及第四電容C4，各個(gè)電容的電壓分別為電容電壓E，在第二電容C2和第三電容C3之間作為參考電壓O。
[0008]對(duì)于每一相的分電路結(jié)構(gòu)都相同，所以采用A相的分電路進(jìn)行說(shuō)明。在A相分電路中，由8個(gè)IGBT器件串聯(lián)后，并入到直流電源輸入兩段，其中，第一 IGBT器件Ql、第二 IGBT器件Q2、第三IGBT器件Q3、第四IGBT器件Q4直接串聯(lián)后，與第五IGBT器件NQl、第六IGBT器件NQ2、第七IGBT器件NQ3及第八IGBT器件NQ4互補(bǔ)串接，在第四IGBT器件Q4和第五IGBT器件NQl之間為A相逆變交流電壓輸出。第一二極管Dl和第二二極管D2串聯(lián)，第一電容Cl和第二電容C2之間接入到第一二極管Dl和第二二極管D2之間，第一二極管Dl的負(fù)極接入到第一 IGBT器件Ql和第二 IGBT器件Q2之間，第二二極管D2的正極接入到第五IGBT器件NQl與第六IGBT器件NQ2之間；第三二極管D3和第四二極管D4串聯(lián)，第三二極管D3和第四二極管D4之間接入到作為參考電壓O的輸入端，第三二極管D3的負(fù)極接入到第二 IGBT器件Q2和第三IGBT器件Q3之間，第四二極管D4的正極接入到第六IGBT器件NQ2與第七IGBT器件NQ3之間；第五二極管D5和第六二極管D6串聯(lián)，第三電容C3和第四電容C4之間連接到第五二極管D5和第六二極管D6之間，第五二極管D5的負(fù)極接入到第三IGBT器件Q3和第四IGBT器件Q4之間，第六二極管D6的正極接入到第七IGBT器件NQ3與第八IGBT器件NQ4之間。
[0009]通過(guò)對(duì)不同IGBT器件的開(kāi)通或關(guān)閉，就可以輸出不同的電壓，比如電壓0、電容電壓E、2倍的電容電壓2E、負(fù)電容電壓-E及2倍的負(fù)電容電壓-2E等。
[0010]但是，采用圖1所示的中高壓變頻電路結(jié)構(gòu)存在著缺點(diǎn):首先，每相分電路上都需要6個(gè)二極管及8個(gè)開(kāi)關(guān)器件，器件較多，特別是鉗位二極管的數(shù)量較多；其次，由于多個(gè)開(kāi)關(guān)器件的串聯(lián)，在開(kāi)關(guān)器件切換的瞬間，很可能會(huì)存在過(guò)壓擊穿的情況，無(wú)法保證中高壓變頻電路的安全性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供一種中高壓變頻電路，該電路結(jié)構(gòu)所采用的器件較少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠保證安全運(yùn)行。
[0012]根據(jù)上述目的，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0013]一種中高壓變頻電路，包括:
[0014]直流電壓輸入端由四個(gè)電容串聯(lián)構(gòu)成，分別為第一電容(Cl)，第二電容(C2)，第三電容(C3)及第四電容(C4)，在第二電容(C2)和第三電容(C3)之間作為參考電壓O ;
[0015]所述高壓變頻電路由多相分電路并聯(lián)組成，每一相的分電路結(jié)構(gòu)相同，其中，每一相分電路由四對(duì)互補(bǔ)連接的開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成，其中，第三開(kāi)關(guān)器件(03)和第七開(kāi)關(guān)器件(NQ3)互補(bǔ)連接在第一電容(Cl)兩端，第四開(kāi)關(guān)器件(04)和第八開(kāi)關(guān)器件(NQ4)互補(bǔ)連接在第四電容(C4)兩端，第二開(kāi)關(guān)器件(Q2)和第六開(kāi)關(guān)器件(NQ2)互補(bǔ)連接在第五電容(C5)兩端；第九開(kāi)關(guān)器件(Qll)和第十開(kāi)關(guān)器件(Q12)串聯(lián)，同時(shí)開(kāi)關(guān)，一端連接到第三開(kāi)關(guān)器件(03)和第七開(kāi)關(guān)器件(NQ3)之間，另一端連接到第二開(kāi)關(guān)器件(Q2)上；第十一開(kāi)關(guān)器件(NQll)和第十二開(kāi)關(guān)器件(NQ12)串聯(lián)同時(shí)開(kāi)關(guān)，一端連接到第六開(kāi)關(guān)器件(NQ2)上，另一端連接到第四開(kāi)關(guān)器件(04)和第八開(kāi)關(guān)器件(NQ4)之間，串聯(lián)的第九開(kāi)關(guān)器件(Qll)和第十開(kāi)關(guān)器件(Q12)，與串聯(lián)的第十一開(kāi)關(guān)器件(NQll)和第十二開(kāi)關(guān)器件(NQ12)互補(bǔ)，第二開(kāi)關(guān)器件(Q2)和第六開(kāi)關(guān)器件(NQ2)連接處為所述本相逆變輸出。
[0016]所述開(kāi)關(guān)器件的互補(bǔ)連接為:當(dāng)其中一個(gè)開(kāi)關(guān)器件為開(kāi)通時(shí)，另一個(gè)開(kāi)關(guān)器件為關(guān)斷。
[0017]所述中高壓變頻電路為三相時(shí)，所述每一相分電路重復(fù)設(shè)置三次，構(gòu)成A相分電路、B相分電路和C相分電路；
[0018]所述中高壓變頻電路為四相時(shí)，所述每一相分電路重復(fù)設(shè)置四次。
[0019]所述逆變輸出為電壓O時(shí)，包括:
[0020]第一種方式，第七開(kāi)關(guān)器件(NQ3)、第九開(kāi)關(guān)器件(Qll)、第十開(kāi)關(guān)器件(Q12)、第六開(kāi)關(guān)器件(NQ2)、以及第四開(kāi)關(guān)器件(Q4)開(kāi)通，相應(yīng)互補(bǔ)的第三開(kāi)關(guān)器件(Q3)、第十一開(kāi)關(guān)器件(NQll)、第十二開(kāi)關(guān)器件(NQ12)、第二開(kāi)關(guān)器件(Q2)、以及第八開(kāi)關(guān)器件(NQ4)關(guān)斷；
[0021]第二種方式，第四開(kāi)關(guān)器件(Q4)、第十一開(kāi)關(guān)器件(NQ11)、第十二開(kāi)關(guān)器件(NQ12)、第二開(kāi)關(guān)器件(Q2)、以及第七開(kāi)關(guān)器件(NQ3)開(kāi)通，相應(yīng)互補(bǔ)的第八開(kāi)關(guān)器件(NQ4)、第九開(kāi)關(guān)器件(Qll)、第十開(kāi)關(guān)器件(Q12)、第六開(kāi)關(guān)器件(NQ2)、以及第三開(kāi)關(guān)器件(Q3)關(guān)斷。
[0022]所述采用第一種方式時(shí)，所述電路輸出電流為正，第五電容(C5)充電，第五電容(C5)電壓升高，所述電路輸出電流為負(fù)，第五電容(C5)放電，第五電容(C5)電壓降低；
[0023]所述采用第二種方式時(shí)，所述電路輸出電流為正，第五電容(C5)放電，第第五電容(C5)電壓降低，所述電路輸出電流為負(fù)，第五電容(C5)充電，第五電容(C5)電壓升高。
[0024]當(dāng)要逆變輸出電容電壓時(shí)，第七開(kāi)關(guān)器件(NQ3)、第九開(kāi)關(guān)器件(Q11)、第十開(kāi)關(guān)器件(Q12)、第二開(kāi)關(guān)器件(Q2)及第四開(kāi)關(guān)器件(Q4)開(kāi)通，相應(yīng)互補(bǔ)的第三開(kāi)關(guān)器件(Q3)、第十一開(kāi)關(guān)器件(NQll)、第十二開(kāi)關(guān)器件(NQ12)、第六開(kāi)關(guān)器件(NQ2)、以及第八開(kāi)關(guān)器件(NQ4)關(guān)斷；
[0025]當(dāng)要逆變輸出2倍電容電壓時(shí)，第三開(kāi)關(guān)器件(Q3)、第九開(kāi)關(guān)器件(Qll)、第十開(kāi)關(guān)器件(Q12)、第二開(kāi)關(guān)器件(Q2)、及第四開(kāi)關(guān)器件(Q4)開(kāi)通，相應(yīng)互補(bǔ)的第七開(kāi)關(guān)器件(NQ3)、第十一開(kāi)關(guān)器件(NQll)、第十二開(kāi)關(guān)器件(NQ12)、第六開(kāi)關(guān)器件(NQ2)及第八開(kāi)關(guān)器件(NQ4)關(guān)斷;
[0026]當(dāng)要逆變輸出負(fù)電容電壓時(shí)，第七開(kāi)關(guān)器件(NQ3)、第十一開(kāi)關(guān)器件(NQ11)、第十二開(kāi)關(guān)器件(NQ12)、第六開(kāi)關(guān)器件(NQ2)及第四開(kāi)關(guān)器件(Q4)開(kāi)通，相應(yīng)互補(bǔ)的第三開(kāi)關(guān)器件(Q3)、第九開(kāi)關(guān)器件(Qll)、第十開(kāi)關(guān)器件(Q12)、第二開(kāi)關(guān)器件(Q2)及第八開(kāi)關(guān)器件(NQ4)關(guān)斷；
[0027]當(dāng)要逆變輸出2倍負(fù)電容電壓時(shí)，第七開(kāi)關(guān)器件(NQ3)、第^^一開(kāi)關(guān)器件(NQll)、第十二開(kāi)關(guān)器件(NQ12)、第六開(kāi)關(guān)器件(NQ2)及第八開(kāi)關(guān)器件(NQ4)開(kāi)通，相應(yīng)互補(bǔ)的第三開(kāi)關(guān)器件(Q3)、第九開(kāi)關(guān)器件(Qll)、第十開(kāi)關(guān)器件(Q12)、第二開(kāi)關(guān)器件(Q2)及第四開(kāi)關(guān)器件(Q4)關(guān)斷。
[0028]當(dāng)逆變輸出交流電壓在電壓O與電容電壓之間切換時(shí)，其中電壓O的逆變輸出采用第一種方式，第二開(kāi)關(guān)器件(Q2)與第六開(kāi)關(guān)器件(NQ2)切換，其他的開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)不改變；
[0029]當(dāng)逆變輸出交流電壓在電容電壓與2倍的電容電壓之間切換時(shí)，第三開(kāi)關(guān)器件(Q3)與第七開(kāi)關(guān)器件(NQ3)在切換，其他的開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)不改變；
[0030]當(dāng)逆變輸出交流電壓在電壓O與負(fù)電容電壓之間切換時(shí)，其中電壓O的逆變輸出采用第二種方式，只有第二開(kāi)關(guān)器件(Q