CN215871226U - 一种混合钳位五电平电压源型变换器 - Google Patents

Abstract

一种混合钳位五电平电压源型变换器，属于电力电子变换装置领域。包括电容器C1、电容器C2、电容器C3、电容器C4，第一接线端(1)、第二接线端(2)、第三接线端(3)、第四接线端(4)，绝缘栅双极晶体管IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6、IGBT7、IGBT8、IGBT9、IGBT10、IGBT11、IGBT12，以及两个二极管VD1、VD2。本混合钳位五电平电压源型变换器相对于飞跨电容型五电平变换器使用更少的电容，减小了装置大小；相对于二极管钳位型五电平变换器具有平衡电容电压的能力。

Description

一种混合钳位五电平电压源型变换器

背景技术

近年来，随着电力电子技术和控制技术的发展，电力电子装置已经被广泛应用，电力电子装置所具有的大功率、耐高压、低谐波扰动的能力也越来越高。多电平变换器具有功率大、开关频率低、输出谐波小、动态响应速度快、电磁兼容性好等优点，并可以使耐压值低的电力电子器件可靠应用于高压大功率领域，并有效地减少脉宽调制简称PWM控制产生的高次谐波。但是，由于公知的飞跨电容型五电平变换器电容数目较多、二极管钳位型五电平变换器电容电压之间存在不平衡问题等五电平变换器都存在的固有缺点，抑制了五电平变换装置在实际中的推广和应用。

五电平变换器在实际的应用中还必须考虑到绝缘栅双极晶体管均压的因素，由于不同型号的绝缘栅双极晶体管在其内部的寄生电感和寄生电容不同，从而导致相串联的两个不同型号的绝缘栅双极晶体管两端的电压不同，最终可能导致绝缘栅双极晶体管的损坏，因此不同型号的绝缘栅双极晶体管不可以串联使用；同时，在设计安装时，由于不同型号的绝缘栅双极晶体管在尺寸上会有所不同，因此在实际的使用中也不可以混合使用。所以一个实用的五电平变换装置不但在理论上要可行，在实际的使用中也必须具有实用性的特点。

实用新型内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种混合钳位五电平电压源型变换器，所用电容器数量少，不存在电容电压之间不平衡的问题，每个绝缘栅双极晶体管承受的耐压相同。

为了实现上述目的，本混合钳位五电平电压源型变换器包括电容器C1、电容器C2、电容器C3、电容器C4，第一接线端、第二接线端、第三接线端、第四接线端，绝缘栅双极晶体管IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6、IGBT7、IGBT8、IGBT9、IGBT10、IGBT11、IGBT12，以及两个二极管VD1、VD2；

第一接线端和电容器C1与绝缘栅双极晶体管IGBT1的集电极连接；

第二接线端、电容器C1、电容器C2和绝缘栅双极晶体管IGBT4的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT5的集电极连接；

第三接线端和IGBT电容器C2与绝缘栅双极晶体管IGBT8的发射极连接；

绝缘栅双极晶体管IGBT1的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT2的集电极以及绝缘栅双极晶体管IGBT3的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT4的集电极分别连接于电容器C3的两极；绝缘栅双极晶体管IGBT5的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT6的集电极以及绝缘栅双极晶体管IGBT7的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT8的集电极分别连接于电容器C4的两极；

绝缘栅双极晶体管IGBT9的集电极与绝缘栅双极晶体管IGBT2的发射极和绝缘栅双极晶体管IGBT3的集电极连接。绝缘栅双极晶体管IGBT12的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT6的发射极和绝缘栅双极晶体管IGBT7的集电极连接；

绝缘栅双极晶体管IGBT10的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT11的集电极连接；

二极管VD1的负极与绝缘栅双极晶体管IGBT9的发射极和绝缘栅双极晶体管IGBT10的集电极连接；二极管VD2的负极与二极管VD1的正极和接线端子连接；

二极管VD2的负极与绝缘栅双极晶体管IGBT11的发射极和IGBT12的集电极连接；每个绝缘栅双极晶体管也可以由集成门极换流晶闸管、门极可关断晶闸管、电力晶体管和电力场效应晶体管替换使用；

第一接线端、第二接线端、第三接线端为直流输入端，第四接线端、第五接线端、第六接线端为三相交流的输出端，每个桥臂中均安装有直流母线电容，每相直流母线电容靠近该相桥臂安装；

第一接线端、第二接线端、第三接线端为直流输入端，第四接线端、第五接线端、第六接线端为三相交流的输出端，所有桥臂共用一个直流母线电容，直流母线电容安装在直流母线的输入端；

第一接线端、第二接线端、第三接线端为三相交流的输入端，每个桥臂中均安装有直流母线电容，每相直流母线电容靠近该相桥臂安装；

第一接线端、第二接线端、第三接线端为三相交流的输入端，所有桥臂共用一个直流母线电容，直流母线电容安装在直流母线的输入端；

第一接线端、第二接线端、第三接线端为三相交流的输入端，第四接线端、第五接线端、第六接线端为三相交流的输出端，每个桥臂中均安装有直流母线电容，每相直流母线电容靠近该相桥臂安装；

第一接线端、第二接线端、第三接线端为三相交流的输入端，第四接线端、第五接线端、第六接线端为三相交流的输出端，所有桥臂共用一个直流母线电容，直流母线电容安装在直流母线的输入端；

与现有技术相比，本混合钳位五电平电压源型变换装置的两个电容器C1、C2两端的电压分别为直流母线电压的1/2，电容器C3、C4两端的电压分别为直流母线电压的1/4，每个绝缘栅双极晶体管承受的电压均为直流母线电压的1/4，所有绝缘栅双极晶体管承受的耐压相同，使用时可选用同一型号绝缘栅双极晶体管，使得在开关管的选型上会非常方便，只需选择同一型号的开关管；另外所有开关管的封装相同，在开关管的设计和安装上会更加的方便。

附图说明

图1是本实用新型的混合钳位五电平电压源型变换器的拓扑结构图；

图2是根据本实用新型实施例2的拓扑结构；

图3是根据本实用新型实施例3的拓扑结构；

图4是根据本实用新型实施例4的拓扑结构；

图5是根据本实用新型实施例5的拓扑结构；

图6是根据本实用新型实施例6的拓扑结构；

图7是根据本实用新型实施例7的拓扑结构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作具体的说明。

实施例1

如图1所示，本混合钳位五电平电压源型变换器包括电容器C1、电容器C2、电容器C3、电容器C4，第一接线端、第二接线端、第三接线端、第四接线端，绝缘栅双极晶体管IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6、IGBT7、IGBT8、IGBT9、IGBT10、IGBT11、IGBT12，以及两个二极管VD1、VD2；

第一接线端和电容器C1与绝缘栅双极晶体管IGBT1的集电极连接；

第二接线端、电容器C1、电容器C2和绝缘栅双极晶体管IGBT4的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT5的集电极连接；

第三接线端和IGBT电容器C2与绝缘栅双极晶体管IGBT8的发射极连接；

绝缘栅双极晶体管IGBT1的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT2的集电极以及绝缘栅双极晶体管IGBT3的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT4的集电极分别连接于电容器C3的两极；绝缘栅双极晶体管IGBT5的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT6的集电极以及绝缘栅双极晶体管IGBT7的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT8的集电极分别连接于电容器C4的两极；

绝缘栅双极晶体管IGBT9的集电极与绝缘栅双极晶体管IGBT2的发射极和绝缘栅双极晶体管IGBT3的集电极连接。绝缘栅双极晶体管IGBT12的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT6的发射极和绝缘栅双极晶体管IGBT7的集电极连接；

绝缘栅双极晶体管IGBT10的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT11的集电极连接。

二极管VD1的负极与绝缘栅双极晶体管IGBT9的发射极和绝缘栅双极晶体管IGBT10的集电极连接；二极管VD2的负极与二极管VD1的正极和接线端子连接；二极管VD2的负极与绝缘栅双极晶体管IGBT11的发射极和IGBT12的集电极连接；

通过控制不同绝缘栅双极晶体管IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6、IGBT7、IGBT8、IGBT9、IGBT10、IGBT11、IGBT12的导通与关断可以实现五个电平电压的输出。

本实用新型在具体实施时，绝缘栅双极晶体管IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6、IGBT7、IGBT8、IGBT9、IGBT10、IGBT11、IGBT12、电容器C3、电容器C4、二极管VD1、二极管VD2、驱动板、控制板集成到一个较大模块中。

每个绝缘栅双极晶体管也可由其他全控型器件替换使用，其他全控型器件包括集成门极换流晶闸管、门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应管。

第一接线端1与第三接线端3之间的电压为直流母线电压。

本实用新型的混合钳位五电平电压源型变换器在稳定运行时，电容器C1、C2两端的电压需分别控制在直流母线电压的1/2，电容器C3、C4两端的电压需分别控制在直流母线电压的1/4。当电容器C1、C2两端的电压分别为直流母线电压的1/2，电容器C3、C4两端的电压分别为直流母线电压的1/4时，则每个绝缘栅双极晶体管承受的电压均为直流母线电压的1/4。因此，本实用新型中的所有绝缘栅双极晶体管承受的耐压相同，使用时可选用同一型号绝缘栅双极晶体管。

实施例2

图2是本实用新型的实施例2，实施例2是由本实用新型的变换装置组成的三相逆变器拓扑结构电路，该实施例转换电路的功能是把直流电转换成三相交流电，第一接线端1、第二接线端2、第三接线端3为直流输入端，第四接线端4、第五接线端5、第六接线端6为三相交流的输出端，该实施例的特点是每个桥臂中均安装有直流母线电容，每相的直流母线电容靠近该相桥臂安装，有利于减小直流母线电容到桥臂的杂散电感值，更有利于***的稳定。

实施例3

图3是本实用新型的实施例3，实施例3是由本实用新型的变换装置组成的三相逆变器拓扑结构电路，该实施例转换电路的功能是把直流电转换成三相交流电，第一接线端1、第二接线端2、第三接线端3为直流输入端，第四接线端4、第五接线端5、第六接线端6为三相交流的输出端，该实施例的特点是所有桥臂共用一个直流母线电容，直流母线电容安装在直流母线的输入端，有利于减少电容器的数量，***的结构更简单，装置的体积更小。

实施例4

图4是本实用新型的实施例4，实施例4是由本实用新型的变换装置组成的三相整流器拓扑结构电路，该实施例转换电路的功能是把三相交流电转换成直流电，第一接线端1、第二接线端2、第三接线端3为三相交流的输入端，该实施例的特点是每个桥臂中均安装有直流母线电容，每相的直流母线电容靠近该相桥臂安装，有利于减小直流母线电容到桥臂的杂散电感值，更有利于***的稳定，该实施例的拓扑结构可以用于整流装置，有源滤波以及静止无功补偿装置中。

实施例5

图5是本实用新型的实施例5，实施例5是由本实用新型的变换装置组成的三相整流器拓扑结构电路，该实施例转换电路的功能是把三相交流电转换成直流电，第一接线端1、第二接线端2、第三接线端3为三相交流的输入端，该实施例的特点是所有桥臂共用一个直流母线电容，直流母线电容安装在直流母线的输入端，有利于减少电容器的数量，***的结构更简单，装置的体积更小，该实施例的拓扑结构可以用于整流装置，有源滤波以及静止无功补偿装置中。

实施例6

图6是本实用新型的实施例6，实施例6是由本实用新型的变换装置组成的三相背靠背五电平拓扑结构电路，该实施例转换电路的功能是把三相交流电转换成三相交流电，第一接线端1、第二接线端2、第三接线端3为三相交流的输入端，第四接线端4、第五接线端5、第六接线端6为三相交流的输出端，该实施例的特点是每个桥臂中均安装有直流母线电容，每相的直流母线电容靠近该相桥臂安装，有利于减小直流母线电容到桥臂的杂散电感值，更有利于***的稳定。

实施例7

图7是本实用新型的实施例7，实施例7是由本实用新型的变换装置组成的三相背靠背五电平拓扑结构电路，该实施例转换电路的功能是把三相交流电转换成三相交流电，第一接线端1、第二接线端2、第三接线端3为三相交流的输入端，第四接线端4、第五接线端5、第六接线端6为三相交流的输出端，该实施例的特点是所有桥臂共用一个直流母线电容，直流母线电容安装在直流母线的输入端，有利于减少电容器的数量，***的结构更简单，装置的体积更小。

本混合钳位五电平电压源型变换装置的两个电容器C1、C2两端的电压分别为直流母线电压的1/2，电容器C3、C4两端的电压分别为直流母线电压的1/4，每个绝缘栅双极晶体管承受的电压均为直流母线电压的1/4，所有绝缘栅双极晶体管承受的耐压相同，使用时可选用同一型号绝缘栅双极晶体管。

Claims (8)

1.一种混合钳位五电平电压源型变换器，其特征在于，包括电容器C1、电容器C2、电容器C3、电容器C4，第一接线端(1)、第二接线端(2)、第三接线端(3)、第四接线端(4)，绝缘栅双极晶体管IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6、IGBT7、IGBT8、IGBT9、IGBT10、IGBT11、IGBT12，以及两个二极管VD1、VD2；

第一接线端(1)和电容器C1与绝缘栅双极晶体管IGBT1的集电极连接；

第二接线端(2)、电容器C1、电容器C2和绝缘栅双极晶体管IGBT4的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT5的集电极连接；

第三接线端(3)和IGBT电容器C2与绝缘栅双极晶体管IGBT8的发射极连接；

绝缘栅双极晶体管IGBT1的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT2的集电极以及绝缘栅双极晶体管IGBT3的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT4的集电极分别连接于电容器C3的两极；绝缘栅双极晶体管IGBT5的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT6的集电极以及绝缘栅双极晶体管IGBT7的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT8的集电极分别连接于电容器C4的两极；

绝缘栅双极晶体管IGBT9的集电极与绝缘栅双极晶体管IGBT2的发射极和绝缘栅双极晶体管IGBT3的集电极连接；绝缘栅双极晶体管IGBT12的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT6的发射极和绝缘栅双极晶体管IGBT7的集电极连接；

绝缘栅双极晶体管IGBT10的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT11的集电极连接；

二极管VD1的负极与绝缘栅双极晶体管IGBT9的发射极和绝缘栅双极晶体管IGBT10的集电极连接；二极管VD2的负极与二极管VD1的正极和第二接线端(2)连接；二极管VD2的负极与绝缘栅双极晶体管IGBT11的发射极和IGBT12的集电极连接。

2.根据权利要求1所述的一种混合钳位五电平电压源型变换器，其特征在于，各绝缘栅双极晶体管也可以替换为集成门极换流晶闸管、门极可关断晶闸管、电力晶体管或电力场效应晶体管。

3.根据权利要求1所述的一种混合钳位五电平电压源型变换器，其特征在于，第一接线端(1)、第二接线端(2)、第三接线端(3)为直流输入端，第四接线端(4)、第五接线端(5)、第六接线端(6)为三相交流的输出端，每个桥臂中均安装有直流母线电容，每相直流母线电容靠近该相桥臂安装。

4.根据权利要求1所述的一种混合钳位五电平电压源型变换器，其特征在于，第一接线端(1)、第二接线端(2)、第三接线端(3)为直流输入端，第四接线端(4)、第五接线端(5)、第六接线端(6)为三相交流的输出端，所有桥臂共用一个直流母线电容，直流母线电容安装在直流母线的输入端。

5.根据权利要求1所述的一种混合钳位五电平电压源型变换器，其特征在于，第一接线端(1)、第二接线端(2)、第三接线端(3)为三相交流的输入端，每个桥臂中均安装有直流母线电容，每相直流母线电容靠近该相桥臂安装。

6.根据权利要求1所述的一种混合钳位五电平电压源型变换器，其特征在于，第一接线端(1)、第二接线端(2)、第三接线端(3)为三相交流的输入端，所有桥臂共用一个直流母线电容，直流母线电容安装在直流母线的输入端。

7.根据权利要求1所述的一种混合钳位五电平电压源型变换器，其特征在于，第一接线端(1)、第二接线端(2)、第三接线端(3)为三相交流的输入端，第四接线端(4)、第五接线端(5)、第六接线端(6)为三相交流的输出端，每个桥臂中均安装有直流母线电容，每相直流母线电容靠近该相桥臂安装。

8.根据权利要求1所述的一种混合钳位五电平电压源型变换器，其特征在于，第一接线端(1)、第二接线端(2)、第三接线端(3)为三相交流的输入端，第四接线端(4)、第五接线端(5)、第六接线端(6)为三相交流的输出端，所有桥臂共用一个直流母线电容，直流母线电容安装在直流母线的输入端。

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