三相橋式模塊單元串聯組合高壓變換器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于電力電子變換器或高電壓應用領域，涉及三相橋式模塊單元串聯組合高壓變換器拓撲的構造。
【背景技術】
[0002]實現高壓大功率變換器的關鍵技術之一是大功率變換器拓撲，近幾十年來國際上對高壓大容量變換器進行了深入的研宄，提出了眾多有意義的髙壓大容量拓撲。主要構造拓撲的技術包括:1、功率開關器件直接串聯技術，其優點是可以直接應用現有拓撲，缺點是各功率開關器件串聯存在靜態和動態均壓問題，對功率開關器件的開通和關斷一致性要求較高，易于出現器件故障；2、多重化技術，其優點是傳統H橋或者三相橋式電路通過多繞組工頻變壓器耦合，實現高電壓、低諧波輸出，缺點是需要用工頻多繞組變壓器，成本、損耗、復雜性增加，且有直流磁化現象；3、多電平技術，其優點是直流側采用串聯直流電容實現功率開關器件均壓，缺點是功率開關器件的導通電流負荷不一致，造成各直流電容上直流電壓的不平衡，且拓撲較復雜；4、模塊組合多電平變換器即MMC變換器，其優點是各相橋臂根據電壓等級，由多個相同的模塊化功率單元和兩個橋臂電感依次串聯構成，實現了高度模塊化，在器件電流應力、不平衡運行、故障保護等方面比一般多電平技術具有更明顯的優勢，是目前高壓電能變換首選的變換器。
[0003]本實用新型在MMC變換器基礎上，提出一種模塊化程度更高的組合高壓變換器。本實用新型提出的變換器與MMC變換器有以下不同:1、模塊化功率單元不同，MMC變換器采用單相模塊化功率單元，本實用新型是采用三相橋式模塊化功率單元；2、組合方式不同，MMC變換器是每相模塊化功率單元串聯組合后、再三相組合，而本實用新型是三相模塊化功率單元一次串聯組合完成。因而本實用新型與MMC變換器相比較，具有以下顯著的優點:1、減少了元器件；2、減少了模塊化功率單元數；3、組合簡單；4、可靠性高；5、成本下降。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型提出一種三相橋式模塊單元串聯組合高壓變換器，與現有高壓大容量變換器比較，模塊化程度更高，減少了元器件，減少了功率單元數，組合簡單，可靠性更高，且成本下降，在高壓大容量工業應用中有廣闊的前景。本實用新型通過如下技術方案實現。
[0005]一種三相橋式模塊單元串聯組合高壓變換器，其包含2N個三相橋式模塊單元和6個橋臂電感，其中高壓變換器的上橋臂由N個三相橋式模塊單元串聯后再相應與3個橋臂電感的一端串聯構成，下橋臂由另外3個橋臂電感的一端與另外N個三相橋式模塊單元依次串聯構成，然后高壓變換器上橋臂中的3個橋臂電感的另一端與下橋臂中的所述另外3個橋臂電感的另一端串聯，上橋臂中的3個橋臂電感與下橋臂中的3個橋臂電感之間3個連接點構成對應相橋臂的交流輸出端，N為正整數。
[0006]進一步地，所述三相橋式模塊單元由6個帶續流二極管的功率開關元件及I個直流電容構成。
[0007]進一步地，三相橋式模塊單元中，每2個功率開關元件串聯構成I相，6個功率開關元件共構成3相即a相、b相和c相，其中每I相均各自包括第一開關管和第二開關管，第一開關管的正極接到A端，負極接到B端；第二開關管的正極接到B端，負極接到C端，其中B端、C端為輸出端，選擇a相或b相或c相的A端接到直流電容的正極、C端接到直流電容的負極，然后a、b、c三相的A端相連接，直流電容上的電壓E=V/2N，V為輸入直流電源的電壓值。
[0008]進一步地，三相橋式模塊單元串聯組合高壓變換器有3種工作狀態，第一種狀態是上橋臂N個三相橋式模塊單元的第二開關管或第二續流二極管導通，其它器件均關斷；第二種狀態是下橋臂N個三相橋式模塊單元的第二開關管或第二續流二極管導通，其它器件均關斷；第三種狀態是上下橋臂2N個三相橋式模塊單元的第一開關管或第一續流二極管導通，其它器件均關斷。
[0009]進一步地，高壓變換器的上橋臂由N個三相橋式模塊單元與橋臂電感依次串聯構成，即第一個三相橋式模塊單元每相的B端即a+、b+、c+端與電源的正極相連接，第一個三相橋式模塊單元每相的B端即Ual、Ubl、Uca與電源的正極相連接，第一個三相橋式模塊單元每相的C端與第二個三相橋式模塊單元的B端即Ua2、Ub2、Ue2相連接，依此連接規律，第i個三相橋式模塊單元的B端即U^UbPUcd分別連接到第1-Ι個三相橋式模塊單元每相的C端，第i個三相橋式模塊單元每相的C端分別連接到第i+Ι個三相橋式模塊單元的B端即Ua(i+1)、Ub(i+1)、Ue(i+1)，N個三相橋式模塊單元連接后，第N個三相橋式模塊單元每相的C端分別與第一電感、第二電感和第三電感連接。
[0010]進一步地，高壓變換器的下橋臂由橋臂電感與N個三相橋式模塊單元依次串聯構成，即第四電感、第五電感和第六電感分別與第N+1個三相橋式模塊單元每相的B端Ua(N+1)、Ub_、Ue(N+1)相連接，第N+1個模塊每相的C端與第N+2個三相橋式模塊單元的B端即Ua(N+2)、Ub(N+2)、Ue(N+2)相連接，依此規律，高壓變換器的下橋臂的N個三相橋式模塊單元連接后，第2N個三相橋式模塊單元每相的C端即a_、b_、c—端連接到電源V的負極。
[0011]本實用新型與MMC變換器相比，有以下不同:1、模塊化功率單元不同，MMC變換器采用單相模塊化功率單元，本實用新型是采用三相橋式模塊化功率單元；2、組合方式不同，MMC變換器是單相模塊化功率單元串聯組合后、再三相組合，而本實用新型是三相模塊化功率單元一次串聯組合完成。因而本實用新型與MMC變換器相比較，具有以下顯著的優點:1、減少了元器件；2、減少了模塊化功率單元數；3、組合簡單；4、可靠性高；5、成本下降。
【附圖說明】
[0012]圖la~圖1c是高壓變換器的三相橋式模塊單元的結構圖。
[0013]圖2是本實用新型的三相橋式模塊單元串聯組合高壓變換器主電路。
[0014]圖3是三相橋式模塊單元串聯組合高壓變換器中每相橋臂的3種工作狀態圖。
[0015]圖4是具有2N=4個模塊的三相橋式模塊單元串聯組合高壓變換器。
[0016]圖5是采用120°控制時具有2N=4個模塊的三相橋式模塊單元串聯組合高壓變換器的輸出電壓波形。
[0017]圖6是采用180°控制時具有2N=4個模塊的三相橋式模塊單元串聯組合高壓變換器的輸出電壓波形。具體實施方案
[0018]以下結合附圖對本實用新型的具體實施作進一步描述。
[0019]圖1所示的是本實用新型三相橋式模塊單元，三相橋式模塊單元的構成方式如下:包含6個帶續流二極管的功率開關元件及I個直流電容，每2個功率開關元件串聯構成I相，它們按第一開關管T1的正極接到A端、負極接到B端、第二開關管T 2的正極接到B端、負極接到C端的方式連接，其中B端、C端為輸出端，然后選擇a相或b相或c相的A端接到直流電容(^的正極、C端接到直流電容Ce的負極(CeI的電壓E=V/2N，V為輸入直流電源的電壓值)，進而將a、b、c三相的A端相連接。
[0020]圖2的三相橋式模塊單元串聯組合高壓變換器構成方式如下:1、上橋臂由N個三相橋式模塊單元與橋臂電感依次串聯構成，即第一個三相橋式模