RU2584240C9 - Пятиуровневый выпрямитель - Google Patents

Пятиуровневый выпрямитель Download PDF

Info

Publication number
RU2584240C9
RU2584240C9 RU2014147861/07A RU2014147861A RU2584240C9 RU 2584240 C9 RU2584240 C9 RU 2584240C9 RU 2014147861/07 A RU2014147861/07 A RU 2014147861/07A RU 2014147861 A RU2014147861 A RU 2014147861A RU 2584240 C9 RU2584240 C9 RU 2584240C9
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
power semiconductor
semiconductor switch
diode module
capacitor
phase
Prior art date
Application number
RU2014147861/07A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2584240C1 (ru
Inventor
Цзянь-Пин ИН
Мин ВАН
И Чжан
Хун-Цзянь ГАНЬ
Цзянь-Фэй ЧЖЭН
Original Assignee
Делта Электроникс (Шанхай) Ко., Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Делта Электроникс (Шанхай) Ко., Лтд. filed Critical Делта Электроникс (Шанхай) Ко., Лтд.
Application granted granted Critical
Publication of RU2584240C1 publication Critical patent/RU2584240C1/ru
Publication of RU2584240C9 publication Critical patent/RU2584240C9/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/487—Neutral point clamped inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4837—Flying capacitor converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0095—Hybrid converter topologies, e.g. NPC mixed with flying capacitor, thyristor converter mixed with MMC or charge pump mixed with buck
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Настоящее изобретение относится к пятиуровневому выпрямителю, содержащему первый, второй, третий и четвертый силовые полупроводниковые переключатели, первый и второй конденсаторы шины постоянного тока, фазовый конденсатор, а также первый, второй, третий и четвертый диодные модули. Упомянутые первый, второй, третий и четвертый диодные модули соединены последовательно, упомянутые первый и второй конденсаторы шины постоянного тока соединены последовательно и упомянутые второй и третий силовые полупроводниковые переключатели соединены последовательно. Упомянутый первый диодный модуль соединен с упомянутым первым конденсатором шины постоянного тока и первым силовым полупроводниковым переключателем, а упомянутый четвертый диодный модуль соединен с упомянутым вторым конденсатором шины постоянного тока и упомянутым четвертым силовым полупроводниковым переключателем. Упомянутый фазовый конденсатор имеет один зажим, соединенный с упомянутыми первым и вторым силовыми полупроводниковыми переключателями, и еще один зажим, соединенный с упомянутыми третьим и четвертым силовыми полупроводниковыми переключателями. Технический результат - уменьшение гармонических и электромагнитных помех. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 табл., 9 ил.

Description

Область техники
Настоящее изобретение относится к многоуровневым выпрямителям. В частности, настоящее изобретение относится к пятиуровневым выпрямителям.
Уровень техники
В связи с непрерывным развитием силовой электроники и технологии управления, во многих областях возрастает спрос на устойчивые электронные преобразователи мощности, например, для регулирования частоты вращения двигателя, для новых интеллектуальных энергосистем и т.д. Развитие силовых электронных преобразователей проявляет тенденцию к повышению напряжения, повышению мощности, повышению плотности мощности, повышению надежности, снижению себестоимости и т.д. По сравнению с двухуровневой, многоуровневая технология преобразования имеет более низкие гармонические и электромагнитные помехи, улучшенное качество электрической энергии и т.д. и обеспечивает возможность эффективного уменьшения размеров и себестоимости фильтра. Однако многоуровневый преобразователь мощности имеет большое количество переключателей, при этом логическая схема управления такого преобразователя является более сложной. Это отрицательным образом влияет на дальнейшее продвижение и применение многоуровневой технологии преобразования.
Для повышения уровня преобразователей напряжения были исследованы разнообразные многоуровневые технологии, которые нашли широкое применение. Среди таких технологий можно выделить, например, многоуровневую технологию с фиксированной нулевой точкой ФНТ (neutral point clamped, NPC), многоуровневую технологию с фиксированным навесным конденсатором, многоуровневую технологию с активной фиксированной нулевой точкой АФНТ (active neutral point clamped, ANPC), многоуровневую технологию с каскадной мостовой схемой управления КМСУ (cascaded H-bridge, СНВ), а также технологию модульного многоуровневого преобразователя ММП (modular multi-level converter, ММС) и т.д. Хотя упомянутые выше технологии можно применить в пятиуровневой топологии, потребуется по меньшей мере восемь или более силовых полупроводниковых переключателей. Такое увеличенное количество силовых полупроводниковых переключателей затруднит управление силовыми полупроводниковыми переключателями. Кроме того, при применении упомянутой технологии КМСУ (СНВ) или ММП (ММС) в пятиуровневой топологии необходимо наличие двух отдельных источников питания постоянного напряжения, что приведет к повышению себестоимости и снижению надежности.
В связи с вышесказанным следует отметить, что в рассматриваемой области техники имеются проблемы и недостатки, требующие дальнейшего усовершенствования. Однако специалисты в данной области техники безрезультатно пытаются найти приемлемое техническое решение. Для того чтобы решить или устранить упомянутые выше проблемы и недостатки, в рассматриваемой области техники существует острая необходимость в уменьшении количества силовых полупроводниковых переключателей, что позволит упростить логическую схему управления.
Раскрытие изобретения
Далее представлено упрощенное изложение настоящего изобретения, которое обеспечивает для читателя базовое понимание. Данное изложение не является широким обзором настоящего изобретения, не определяет ключевые/существенные компоненты настоящего изобретения и не ограничивает объем правовой защиты настоящего изобретения. Единственная цель упомянутого изложения состоит в том, чтобы предоставить, в упрощенной форме, некоторые понятия, раскрытые в данном документе, в качестве вводной части к более подробному описанию, представленному далее.
В первом аспекте настоящего изобретения предложен пятиуровневый выпрямитель простой конструкции, имеющий уменьшенное количество силовых полупроводниковых переключателей, что позволяет упростить логическую схему управления, а также уменьшить гармонические и электромагнитные помехи и повысить качество мощности.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения пятиуровневый преобразователь содержит первый силовой полупроводниковый переключатель, второй силовой полупроводниковый переключатель, третий силовой полупроводниковый переключатель, четвертый силовой полупроводниковый переключатель, пятый силовой полупроводниковый переключатель, шестой силовой полупроводниковый переключатель, первый конденсатор шины постоянного тока, второй конденсатор шины постоянного тока, фазовый конденсатор, первый диодный модуль и второй диодный модуль. Упомянутый первый силовой полупроводниковый переключатель имеет первый конец и второй конец, упомянутый второй силовой полупроводниковый переключатель имеет первый конец и второй конец, упомянутый третий силовой полупроводниковый переключатель имеет первый конец и второй конец, причем второй конец упомянутого второго силового полупроводникового переключателя соединен с первым концом упомянутого третьего силового полупроводникового переключателя, причем упомянутый четвертый силовой полупроводниковый переключатель имеет первый конец и второй конец, упомянутый пятый силовой полупроводниковый переключатель имеет первый конец и второй конец, упомянутый шестой силовой полупроводниковый переключатель имеет первый конец и второй конец, упомянутый первый диодный модуль имеет анод и катод, причем анод упомянутого первого диодного модуля, первый конец упомянутого первого силового полупроводникового переключателя и первый конец упомянутого пятого силового полупроводникового переключателя соединены друг с другом, причем первый конденсатор шины постоянного тока имеет положительный зажим и отрицательный зажим, причем положительный зажим упомянутого первого конденсатора шины постоянного тока соединен с катодом упомянутого первого диодного модуля, причем второй конденсатор шины постоянного тока имеет положительный зажим и отрицательный зажим, причем отрицательный зажим упомянутого первого конденсатора шины постоянного тока, положительный зажим упомянутого второго конденсатора шины постоянного тока, второй конец упомянутого пятого силового полупроводникового переключателя и первый конец упомянутого шестого силового полупроводникового переключателя соединены друг с другом, причем упомянутый фазовый конденсатор имеет положительный зажим и отрицательный зажим, причем второй конец упомянутого первого силового полупроводникового переключателя, первый конец упомянутого второго силового полупроводникового переключателя и положительный зажим упомянутого фазового конденсатора соединены друг с другом, причем второй конец упомянутого третьего силового полупроводникового переключателя, первый конец упомянутого четвертого силового полупроводникового переключателя и отрицательный зажим упомянутого фазового конденсатора соединены друг с другом, причем упомянутый второй диодный модуль имеет анод и катод, причем второй конец упомянутого шестого силового полупроводникового переключателя, второй конец упомянутого четвертого силового полупроводникового переключателя и катод упомянутого второго диодного модуля соединены друг с другом, причем анод упомянутого второго диодного модуля соединен с отрицательным зажимом упомянутого второго конденсатора шины постоянного тока.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения трехфазный пятиуровневый выпрямитель содержит плечи трехфазной мостовой схемы, причем каждое из упомянутых плеч трехфазной мостовой схемы представляет собой упомянутый пятиуровневый выпрямитель, причем упомянутые плечи трехфазной мостовой схемы соединены параллельно.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения пятиуровневый преобразователь содержит первый силовой полупроводниковый переключатель, второй силовой полупроводниковый переключатель, третий силовой полупроводниковый переключатель, четвертый силовой полупроводниковый переключатель, первый конденсатор шины постоянного тока, второй конденсатор шины постоянного тока, фазовый конденсатор, первый диодный модуль, второй диодный модуль, третий диодный модуль и четвертый диодный модуль. При этом упомянутый первый силовой полупроводниковый переключатель имеет первый конец и второй конец, упомянутый второй силовой полупроводниковый переключатель имеет первый конец и второй конец, упомянутый третий силовой полупроводниковый переключатель имеет первый конец и второй конец, причем второй конец упомянутого второго силового полупроводникового переключателя соединен с первым концом упомянутого третьего силового полупроводникового переключателя, причем упомянутый четвертый силовой полупроводниковый переключатель имеет первый конец и второй конец, упомянутый первый конденсатор шины постоянного тока имеет положительный зажим и отрицательный зажим, упомянутый второй конденсатор шины постоянного тока имеет положительный зажим и отрицательный зажим, упомянутый первый диодный модуль имеет анод и катод, причем положительный зажим упомянутого первого конденсатора шины постоянного тока соединен с катодом упомянутого первого диодного модуля, причем упомянутый второй диодный модуль имеет анод и катод, причем анод упомянутого первого диодного модуля, катод упомянутого второго диодного модуля и первый конец упомянутого первого силового полупроводникового переключателя соединены друг с другом, причем упомянутый третий диодный модуль имеет анод и катод, причем отрицательный зажим упомянутого первого конденсатора шины постоянного тока, положительный зажим упомянутого второго конденсатора шины постоянного тока, анод упомянутого второго диодного модуля и катод упомянутого третьего диодного модуля соединены друг с другом, причем упомянутый фазовый конденсатор имеет положительный зажим и отрицательный зажим, причем второй конец упомянутого первого силового полупроводникового переключателя, первый конец упомянутого второго силового полупроводникового переключателя и положительный зажим упомянутого фазового конденсатора соединены друг с другом, причем второй конец упомянутого третьего силового полупроводникового переключателя, первый конец упомянутого четвертого силового полупроводникового переключателя и отрицательный зажим упомянутого фазового конденсатора соединены друг с другом, причем упомянутый четвертый диодный модуль имеет анод и катод, причем второй конец упомянутого четвертого силового полупроводникового переключателя, анод упомянутого третьего диодного модуля и катод упомянутого четвертого диодного модуля соединены друг с другом, причем анод упомянутого четвертого диодного модуля соединен с отрицательным зажимом упомянутого второго конденсатора шины постоянного тока.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения трехфазный пятиуровневый выпрямитель содержит плечи трехфазной мостовой схемы, причем каждое из упомянутых плеч трехфазной мостовой схемы представляет собой упомянутый пятиуровневый выпрямитель, причем упомянутые плечи трехфазной мостовой схемы соединены параллельно.
С учетом вышесказанного, технические решения, раскрытые в настоящем изобретении, обеспечивают значительные преимущества и положительные технические результаты по сравнению с существующими техническими решениями. Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить пятиуровневый выпрямитель простой конструкции без обратной связи по энергии, причем каждый предлагаемый пятиуровневый выпрямитель имеет уменьшенное количество силовых полупроводниковых переключателей, что упрощает логическую схему управления, а также уменьшает гармонические и электромагнитные помехи и повышает качество мощности, причем каждое плечо фазной мостовой схемы требует наличия только одного источника питания постоянного напряжения. Таким образом, варианты осуществления настоящего изобретения по существу позволяют решить или устранить проблемы и недостатки, присущие традиционной технологии пятиуровневого выпрямителя с импульсной модуляцией.
Многие сопутствующие признаки станут более понятны при прочтении нижеследующего подробного описания, рассматриваемого совместно с прилагаемыми чертежами.
Краткое описание чертежей
Суть настоящего изобретения станет более понятной из представленного ниже подробного описания, приведенного со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее.
На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема, иллюстрирующая плечо однофазной мостовой схемы пятиуровневого выпрямителя согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2 проиллюстрировано соотношение между током в вышеупомянутом плече мостовой схемы пятиуровневого выпрямителя и напряжением между узлом (О) и средней точкой (N), как показано на фиг. 1.
На фиг. 3 представлена принципиальная электрическая схема, иллюстрирующая трехфазный пятиуровневый выпрямитель, основанный на топологии схемы вышеупомянутого плеча мостовой схемы пятиуровневого выпрямителя с фиг. 1.
На фиг. 4 представлена принципиальная электрическая схема, иллюстрирующая плечо однофазной мостовой схемы пятиуровневого выпрямителя согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 5 проиллюстрировано соотношение между током в вышеупомянутом плече мостовой схемы пятиуровневого выпрямителя и напряжением между узлом (О) и средней точкой (N), как показано на фиг. 4.
На фиг. 6 представлена принципиальная электрическая схема, иллюстрирующая трехфазный пятиуровневый выпрямитель, основанный на топологии схемы вышеупомянутого плеча мостовой схемы пятиуровневого выпрямителя с фиг. 4.
На фиг. 7А, 7В и 7C соответственно проиллюстрирована структура электрической схемы силового полупроводникового переключателя согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 8А, 8В и 8С соответственно проиллюстрирована структура электрической схемы конденсатора согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 9А, 9В и 9С соответственно проиллюстрирована структура электрической схемы диодного модуля согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
В приведенном ниже подробном описании изложены, в целях пояснения, многочисленные отдельные подробности, которые обеспечивают полное понимание раскрытых вариантов осуществления настоящего изобретения. В соответствии с общепринятой практикой различные описанные признаки/элементы выполнены не в масштабе, а так, чтобы наилучшим образом проиллюстрировать упомянутые отдельные признаки/элементы, относящиеся к настоящему изобретению. Кроме того, на различных чертежах для обозначения одинаковых элементов/частей использованы одни и те же номера позиций и обозначения. Также, общеизвестные конструкции и устройства показаны схематично для упрощения чертежей и во избежание нецелесообразного ограничения настоящего изобретения.
На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема, иллюстрирующая плечо однофазной мостовой схемы пятиуровневого выпрямителя 100 согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1, упомянутый пятиуровневый преобразователь 100 содержит первый силовой полупроводниковый переключатель (S1), второй силовой полупроводниковый переключатель (S2), третий силовой полупроводниковый переключатель (S3), четвертый силовой полупроводниковый переключатель (S4), пятый силовой полупроводниковый переключатель (S5), шестой силовой полупроводниковый переключатель (S6), первый конденсатор (С1) шины постоянного тока, второй конденсатор (С2) шины постоянного тока, фазовый конденсатор (С3), первый диодный модуль (D1) и второй диодный модуль (D2).
Как видно на фиг. 1, упомянутый первый силовой полупроводниковый переключатель (S1) имеет первый конец (например, коллектор биполярного транзистора с изолированным затвором) и второй конец (например, эмиттер биполярного транзистора с изолированным затвором). Упомянутый второй силовой полупроводниковый переключатель (S2) имеет первый конец и второй конец. Упомянутый третий силовой полупроводниковый переключатель (S3) имеет первый конец и второй конец, причем второй конец упомянутого второго силового полупроводникового переключателя (S2) соединен с первым концом упомянутого третьего силового полупроводникового переключателя (S3). Упомянутый четвертый силовой полупроводниковый переключатель (S4) имеет первый конец и второй конец. Упомянутый пятый силовой полупроводниковый переключатель (S5) имеет первый конец и второй конец. Упомянутый шестой силовой полупроводниковый переключатель (S6) имеет первый конец и второй конец. Упомянутый первый диодный модуль (D1) имеет анод и катод, причем анод упомянутого первого диодного модуля (D1), первый конец упомянутого первого силового полупроводникового переключателя (S1) и первый конец упомянутого пятого силового полупроводникового переключателя (S5) соединены друг с другом. Упомянутый первый конденсатор (С1) шины постоянного тока имеет положительный зажим и отрицательный зажим, причем положительный зажим упомянутого первого конденсатора (С1) шины постоянного тока соединен с катодом упомянутого первого диодного модуля (D1). Второй конденсатор (С2) шины постоянного тока имеет положительный зажим и отрицательный зажим, причем отрицательный зажим упомянутого первого конденсатора (С1) шины постоянного тока, положительный зажим упомянутого второго конденсатора (С2) шины постоянного тока, второй конец упомянутого пятого силового полупроводникового переключателя (S5) и первый конец упомянутого шестого силового полупроводникового переключателя (S6) соединены друг с другом. Упомянутый фазовый конденсатор (С3) имеет положительный зажим и отрицательный зажим. При этом второй конец упомянутого первого силового полупроводникового переключателя (S1), первый конец упомянутого второго силового полупроводникового переключателя (S2) и положительный зажим упомянутого фазового конденсатора (С3) соединены друг с другом, причем второй конец упомянутого третьего силового полупроводникового переключателя (S3), первый конец упомянутого четвертого силового полупроводникового переключателя (S4) и отрицательный зажим упомянутого фазового конденсатора (С3) соединены друг с другом. Упомянутый второй диодный модуль (D2) имеет анод и катод. При этом второй конец упомянутого шестого силового полупроводникового переключателя (S6), второй конец упомянутого четвертого силового полупроводникового переключателя (S4) и катод упомянутого второго диодного модуля (D2) соединены друг с другом, причем анод упомянутого второго диодного модуля (D2) соединен с отрицательным зажимом упомянутого второго конденсатора (С2) шины постоянного тока.
Во время эксплуатации упомянутый первый конденсатор (С1) шины постоянного тока и упомянутый второй конденсатор (С2) шины постоянного тока могут быть соединены в общую шину постоянного тока для выдачи напряжения постоянного тока, причем упомянутый фазовый конденсатор (С3) предназначен для стабилизации упомянутого напряжения, при этом узел (О) выполняет функцию однофазного входного зажима. Управляющий модуль (не показан) выдает пусковой сигнал для управления состояниями «включено/выключено» упомянутых силовых полупроводниковых переключателей (S1-S6) соответственно, тем самым, обеспечивая возможность функционирования пятиуровневого выпрямителя 100 для выпрямления.
По сравнению с традиционным пятиуровневым преобразователем, имеющим восемь переключателей, управляемых различными пусковыми сигналами в каждой фазе, пятиуровневый выпрямитель 100, показанный на фиг. 1, требует наличия только шести переключателей, управляемых меньшим количеством пусковых сигналов в каждой фазе, что позволяет упростить логическую схему управления.
На практике каждый из упомянутых переключателей, т.е. упомянутый первый силовой переключатель (S1), упомянутый второй силовой переключатель (S2), упомянутый третий силовой переключатель (S3), упомянутый четвертый силовой переключатель (S4), упомянутый пятый силовой переключатель (S5) и упомянутый шестой силовой переключатель (S6), представляет собой биполярный транзистор с изолированным затвором, запираемый тиристор по обратному переходу, коммутируемый по затвору запираемый тиристор или другой подобный компонент, причем средний специалист в данной области техники может выбрать необходимый компонент. Кроме того, каждый из упомянутых переключателей, т.е. упомянутый первый силовой переключатель (S1), упомянутый второй силовой переключатель (S2), упомянутый третий силовой переключатель (S3), упомянутый четвертый силовой переключатель (S4), упомянутый пятый силовой переключатель (S5) и упомянутый шестой силовой переключатель (S6), имеет паразитный диод, в результате чего, когда силовой полупроводниковый переключатель выключен, обратный ток может протекать через упомянутый паразитный диод.
Для более полного понимания конструкции и функционирования пятиуровневого выпрямителя 100, со ссылкой на фиг. 2, параметры упомянутого выпрямителя определены следующим образом. Если ток (i) втекает в упомянутый выпрямитель в положительном направлении, то из упомянутого выпрямителя ток (i) вытекает в отрицательном направлении. Каждое из напряжений, в частности напряжение на упомянутом первом конденсаторе (С1) шины постоянного тока и напряжение на упомянутом втором конденсаторе (С2) шины постоянного тока, составляет Vшины/2, причем напряжение на упомянутом фазовом конденсаторе (С3) составляет Vшины/4, а выходное фазное напряжение VВКЛ представляет собой разность потенциалов между узлом (О) и средней точкой (N).
Далее, со ссылкой на фиг. 2, представлена таблица состояний «включено/выключено» переключающих компонентов (например, силовых полупроводниковых переключателей и диодных модулей) и уровень выходного напряжения.
Figure 00000001
В Состоянии 1 выходное фазное напряжение VВКЛ составляет VШИНЫ/2, а ток (i) втекает в упомянутый выпрямитель, причем первый силовой полупроводниковый переключатель (S1) и второй силовой полупроводниковый переключатель (S2) включены, в результате чего ток (i) втекает в положительный зажим упомянутого первого конденсатора (С1) шины постоянного тока через встречный диод первого силового полупроводникового переключателя (S1), встречный диод второго силового полупроводникового переключателя (S2) и первый диодный модуль (D1).
В Состояниях 2 и 3 выходное фазное напряжение Vвкл составляет Vшины/4, а ток (i) втекает в упомянутый выпрямитель, в котором задействован фазовый конденсатор (С3), причем упомянутый фазовый конденсатор (С3) способен производить колебания напряжения благодаря фазному току. Для поддержания стабильности по напряжению упомянутого фазового конденсатора (С3) необходимо обеспечить пути заряда и разряда для фазового конденсатора (С3).
В Состоянии 2 первый силовой полупроводниковый переключатель (S1) и третий силовой полупроводниковый переключатель (S3) включены, в результате чего ток (i) втекает в положительный зажим первого конденсатора (С1) шины постоянного тока через упомянутый третий силовой полупроводниковый переключатель (S3), фазовый конденсатор (С3), встречный диод первого силового полупроводникового переключателя (S1) и первый диодный модуль (D1). В рассматриваемый период времени упомянутый фазовый конденсатор (С3) разряжен.
В Состоянии 3 второй силовой полупроводниковый переключатель (S2), четвертый силовой полупроводниковый переключатель (S4) и шестой силовой полупроводниковый переключатель (S6) включены, в результате чего ток (i) втекает в среднюю точку (N) конденсаторов шины через встречный диод второго силового полупроводникового переключателя (S2), фазовый конденсатор (С3), четвертый силовой полупроводниковый переключатель (S4) и встречный диод шестого силового полупроводникового переключателя (S6). В рассматриваемый период времени фазовый конденсатор (С3) заряжен.
В Состоянии 4 выходное фазное напряжение VВКЛ равно нулю, а ток (i) втекает в упомянутый выпрямитель, в котором включены третий силовой полупроводниковый переключатель (S3), четвертый силовой полупроводниковый переключатель (S4) и шестой силовой полупроводниковый переключатель (S6), в результате чего ток (i) втекает в среднюю точку (N) конденсаторов шины через третий силовой полупроводниковый переключатель (S3), четвертый силовой полупроводниковый переключатель (S4) и встречный диод шестого силового полупроводникового переключателя (S6).
В Состоянии 5 выходное фазное напряжение VВКЛ равно нулю, а ток (i) вытекает из упомянутого выпрямителя, в котором включены первый силовой полупроводниковый переключатель (S1), второй силовой полупроводниковый переключатель (S2) и пятый силовой полупроводниковый переключатель (S5), в результате чего ток (i) вытекает из упомянутого выпрямителя, причем ток (i) протекает из средней точки (N) конденсаторов шины в узел (О) последовательно через встречный диод пятого силового полупроводникового переключателя (S5), первый силовой полупроводниковый переключатель (S1) и второй силовой полупроводниковый переключатель (S2).
В Состояниях 6 и 7 выходное фазное напряжение VВКЛ составляет -VШИНЫ/4, а ток (i) вытекает из упомянутого выпрямителя, в котором задействован фазовый конденсатор (С3). Для поддержания стабильности по напряжению упомянутого фазового конденсатора (С3) необходимо обеспечить пути заряда и разряда для фазового конденсатора (С3).
В Состоянии 6 первый силовой полупроводниковый переключатель (S1), третий силовой полупроводниковый переключатель (S3) и пятый силовой полупроводниковый переключатель (S5) включены, в результате чего ток (i) протекает из средней точки (N) конденсаторов шины в узел (О) последовательно через встречный диод пятого силового полупроводникового переключателя (S5), первый силовой полупроводниковый переключатель (S1), фазовый конденсатор (С3) и встречный диод третьего силового полупроводникового переключателя (S3). В рассматриваемый период времени упомянутый фазовый конденсатор (С3) заряжен.
В состоянии 7 второй силовой полупроводниковый переключатель (S2) и четвертый силовой полупроводниковый переключатель (S4) включены, в результате чего ток (i) перетекает последовательно из отрицательного зажима второго конденсатора (С2) шины постоянного тока во второй диодный модуль (D2), встречный диод четвертого силового полупроводникового переключателя (S4), фазовый конденсатор (С3) и второй силовой полупроводниковый переключатель (S2). В рассматриваемый период времени упомянутый фазовый конденсатор (С3) разряжен.
В Состоянии 8 выходное фазное напряжение VВКЛ составляет -VШИНЫ/2, а ток (i) вытекает из упомянутого выпрямителя, причем третий силовой полупроводниковый переключатель (S3) и четвертый силовой полупроводниковый переключатель (S4) включены, в результате чего ток (i) последовательно протекает из отрицательного зажима второго конденсатора (С2) шины постоянного тока во второй диодный модуль (D2), встречный диод четвертого силового полупроводникового переключателя (S4) и встречный диод третьего силового полупроводникового переключателя (S3).
На фиг. 3 представлена принципиальная электрическая схема, иллюстрирующая трехфазный пятиуровневый выпрямитель, основанный на топологии схемы вышеупомянутого плеча мостовой схемы пятиуровневого выпрямителя с фиг. 1. Как показано на фиг. 3, узлы (А), (В) и (С) представляют собой трехфазный входной зажим. Средняя точка N каждого плеча мостовой схемы (т.е. соединительная точка соединяет второй конец пятого силового полупроводникового переключателя (S5) и первый конец шестого силового полупроводникового переключателя (S6)) соединена со средней точкой N конденсаторов шины (т.е. соединительная точка соединяет отрицательный зажим первого конденсатора (С1) шины постоянного тока и положительный зажим второго конденсатора (С2) шины постоянного тока). Таким образом, каждое плечо фазной мостовой схемы требует наличия только одного источник питания постоянного напряжения, что позволяет решить или устранить проблемы и недостатки, присущие упомянутой выше традиционной технологии КМСУ (СНВ) или ММП (ММС), применяемой в пятиуровневой топологии.
На фиг. 4 представлена принципиальная электрическая схема, иллюстрирующая плечо однофазной мостовой схемы пятиуровневого выпрямителя 300 согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 4, упомянутый пятиуровневый преобразователь 300 содержит первый силовой полупроводниковый переключатель (S1), второй силовой полупроводниковый переключатель (S2), третий силовой полупроводниковый переключатель (S3), четвертый силовой полупроводниковый переключатель (S4), первый конденсатор (С1) шины постоянного тока, второй конденсатор (С2) шины постоянного тока, фазовый конденсатор (С3), первый диодный модуль (D1), второй диодный модуль (D2), третий диодный модуль (D3) и четвертый диодный модуль (D4).
Как видно из фиг. 4, упомянутый первый силовой полупроводниковый переключатель (S1) имеет первый конец и второй конец. Упомянутый второй силовой полупроводниковый переключатель (S2) имеет первый конец и второй конец. Упомянутый третий силовой полупроводниковый переключатель (S3) имеет первый конец и второй конец, причем второй конец упомянутого второго силового полупроводникового переключателя (S2) соединен с первым концом упомянутого третьего силового полупроводникового переключателя (S3). Упомянутый четвертый силовой полупроводниковый переключатель (S4) имеет первый конец и второй конец. Упомянутый первый конденсатор (С1) шины постоянного тока имеет положительный зажим и отрицательный зажим. Упомянутый второй конденсатор (С2) шины постоянного тока имеет положительный зажим и отрицательный зажим. Упомянутый первый диодный модуль (D1) имеет анод и катод, причем положительный зажим упомянутого первого конденсатора (С1) шины постоянного тока соединен с катодом упомянутого первого диодного модуля (D1). Упомянутый второй диодный модуль (D2) имеет анод и катод, причем анод упомянутого первого диодного модуля (D1), катод упомянутого второго диодного модуля (D2) и первый конец упомянутого первого силового полупроводника (S1) соединены друг с другом. Упомянутый третий диодный модуль (D3) имеет анод и катод, причем отрицательный зажим упомянутого первого конденсатора (С1) шины постоянного тока, положительный зажим упомянутого второго конденсатора (С2) шины постоянного тока, анод упомянутого второго диодного модуля (D2) и катод упомянутого третьего диодного модуля (D3) соединены друг с другом. Упомянутый фазовый конденсатор (С3) имеет положительный зажим и отрицательный зажим, причем второй конец упомянутого первого силового полупроводникового переключателя (S1), первый конец упомянутого второго силового полупроводникового переключателя (S2) и положительный зажим упомянутого фазового конденсатора (С3) соединены друг с другом, причем второй конец упомянутого третьего силового полупроводникового переключателя (S3), первый конец упомянутого четвертого силового полупроводникового переключателя (S4) и отрицательный зажим упомянутого фазового конденсатора (С3) соединены друг с другом. Упомянутый четвертый диодный модуль (D4) имеет анод и катод, причем второй конец упомянутого четвертого силового полупроводникового переключателя (S4), анод упомянутого третьего диодного модуля (D3) и катод упомянутого четвертого диодного модуля (D4) соединены друг с другом, причем анод упомянутого четвертого диодного модуля (D4) соединен с отрицательным зажимом упомянутого второго конденсатора (С2) шины постоянного тока.
Во время эксплуатации упомянутый первый конденсатор (С1) шины постоянного тока и второй конденсатор (С2) шины постоянного тока могут быть соединены в общую шину постоянного тока для выдачи напряжения постоянного тока, причем упомянутый фазовый конденсатор (С3) предназначен для стабилизации упомянутого напряжения, при этом узел (О) выполняет функцию однофазного входного зажима. Управляющий модуль (не показан) выдает пусковой сигнал для управления состояниями «включено/выключено» упомянутых силовых полупроводниковых переключателей (S1-S4) соответственно, тем самым, обеспечивая возможность функционирования пятиуровневого выпрямителя 300 для выпрямления. В другом варианте осуществления настоящего изобретения состояниями «включено/выключено» силовых полупроводниковых переключателей (S1-S4) можно управлять посредством широтно-импульсной модуляции ШИМ (pulse width modulation, PWM), частотно-импульсной модуляции ЧИМ (pulse frequency modulation, PFM), амплитудно-импульсной модуляции АИМ (pulse amplitude modulation, РАМ) и т.д., что обеспечивает возможность функционирования упомянутого пятиуровневого выпрямителя 300 для выпрямления.
По сравнению с традиционным пятиуровневым преобразователем, имеющим восемь переключателей, управляемых различными пусковыми сигналами в каждой фазе, пятиуровневый выпрямитель 100, показанный на фиг. 4, требует наличия только четырех переключателей, управляемых меньшим количеством пусковых сигналов в каждой фазе, что позволяет упростить логическую схему управления.
На практике, как проиллюстрировано на фиг. 4, каждый из переключателей, т.е. упомянутый первый силовой переключатель (S1), упомянутый второй силовой переключатель (S2), упомянутый третий силовой переключатель (S3) и упомянутый четвертый силовой переключатель (S4), представляет собой биполярный транзистор с изолированным затвором, запираемый тиристор по обратному переходу, коммутируемый по затвору запираемый тиристор или другой подобный компонент, причем средний специалист в данной области техники может выбрать необходимый компонент. Кроме того, каждый из упомянутых переключателей, т.е. упомянутый первый силовой переключатель (S1), упомянутый второй силовой переключатель (S2), упомянутый третий силовой переключатель (S3) и упомянутый четвертый силовой переключатель (S4), имеет паразитный диод, в результате чего, когда силовой полупроводниковый переключатель выключен, обратный ток может протекать через упомянутый паразитный диод.
Для более полного понимания конструкции и функционирования пятиуровневого выпрямителя 300, со ссылкой на фиг. 5, параметры упомянутого выпрямителя определены следующим образом. Если ток (i) втекает в упомянутый выпрямитель в положительном направлении, то из упомянутого выпрямителя ток (i) вытекает в отрицательном направлении. Каждое напряжение, в частности, напряжение на упомянутом первом конденсаторе (С1) шины постоянного тока и напряжение на упомянутом втором конденсаторе (С2) шины постоянного тока, составляет Vшины/2, причем напряжение на упомянутом фазовом конденсаторе (С3) составляет Vшины/4, а выходное фазное напряжение VВКЛ представляет собой разность потенциалов между узлом (О) и средней точкой (N).
Далее, со ссылкой на фиг. 5, представлена таблица состояний «включено/выключено» переключающих компонентов (например, силовых полупроводниковых переключателей и диодных модулей) и уровень выходного напряжения.
Figure 00000002
В Состоянии 1 выходное фазное напряжение VВКЛ составляет VШИНЫ/2, а ток (i) втекает в упомянутый выпрямитель, причем первый силовой полупроводниковый переключатель (S1) и второй силовой полупроводниковый переключатель (S2) включены, в результате чего ток (i) втекает в положительный зажим упомянутого первого конденсатора (С1) шины постоянного тока через встречный диод второго силового полупроводникового переключателя (S2), встречный диод первого силового полупроводникового переключателя (S1) и первый диодный модуль (D1).
В Состояниях 2 и 3 выходное фазное напряжение VВКЛ составляет VШИНЫ/4, а ток (i) втекает в упомянутый выпрямитель, в котором задействован фазовый конденсатор (С3). Для поддержания стабильности по напряжению упомянутого фазового конденсатора (С3) необходимо обеспечить пути заряда и разряда для фазового конденсатора (С3).
В Состоянии 2 первый силовой полупроводниковый переключатель (S1) и третий силовой полупроводниковый переключатель (S3) включены, в результате чего ток (i) втекает в положительный зажим первого конденсатора (С1) шины постоянного тока через упомянутый третий силовой полупроводниковый переключатель (S3), фазовый конденсатор (С3), встречный диод первого силового полупроводникового переключателя (S1) и первый диодный модуль (D1). В рассматриваемый период времени упомянутый фазовый конденсатор (С3) разряжен.
В Состоянии 3 второй силовой полупроводниковый переключатель (S2) и четвертый силовой полупроводниковый переключатель (S4) включены, в результате чего ток (i) втекает в среднюю точку (N) конденсаторов шины через встречный диод второго силового полупроводникового переключателя (S2), фазовый конденсатор (С3), четвертый силовой полупроводниковый переключатель (S4) и третий диодный модуль (D3). В рассматриваемый период времени упомянутый фазовый конденсатор (С3) заряжен.
В Состоянии 4 выходное фазное напряжение VВКЛ равно нулю, а ток (i) втекает в упомянутый выпрямитель, в котором включены третий силовой полупроводниковый переключатель (S3), четвертый силовой полупроводниковый переключатель (S4) и третий диодный модуль (D3), в результате чего ток (i) втекает в среднюю точку (N) конденсаторов шины через третий силовой полупроводниковый переключатель (S3), четвертый силовой полупроводниковый переключатель (S4) и третий диодный модуль (D3).
В Состоянии 5 выходное фазное напряжение VВКЛ равно нулю, а ток (i) вытекает из упомянутого выпрямителя, в котором включены первый силовой полупроводниковый переключатель (S1) и второй силовой полупроводниковый переключатель (S2), в результате чего ток (i) протекает последовательно из средней точки (N) конденсаторов шины во второй диодный модуль (D2), первый силовой полупроводниковый переключатель (S1) и второй силовой полупроводниковый переключатель (S2).
В Состояниях 6 и 7 выходное фазное напряжение VВКЛ составляет -VШИНЫ/4, а ток (i) вытекает из упомянутого выпрямителя, в котором задействован фазовый конденсатор (С3). Для поддержания стабильности по напряжению упомянутого фазового конденсатора (С3) необходимо обеспечить пути заряда и разряда для фазового конденсатора (С3).
В Состоянии 6 первый силовой полупроводниковый переключатель (S1) и третий силовой полупроводниковый переключатель (S3) включены, в результате чего ток (i) протекает из средней точки (N) конденсаторов последовательно во второй диодный модуль (D2), первый силовой полупроводниковый переключатель (S1), фазовый конденсатор (С3) и встречный диод третьего силового полупроводникового переключателя (S3). В рассматриваемый период времени упомянутый фазовый конденсатор (С3) заряжается.
В состоянии 7 второй силовой полупроводниковый переключатель (S2) и четвертый силовой полупроводниковый переключатель (S4) включены, в результате чего ток (i) перетекает последовательно из отрицательного зажима второго конденсатора (С2) шины постоянного тока в четвертый диодный модуль (D4), встречный диод четвертого силового полупроводникового переключателя (S4), фазовый конденсатор (С3) и второй силовой полупроводниковый переключатель (S2). В рассматриваемый период времени упомянутый фазовый конденсатор (С3) разряжается.
В Состоянии 8 выходное фазное напряжение VВКЛ составляет -VШИНЫ/2, а ток (i) вытекает из упомянутого выпрямителя, причем третий силовой полупроводниковый переключатель (S3) и четвертый силовой полупроводниковый переключатель (S4) включены, в результате чего ток (i) последовательно протекает из отрицательного зажима второго конденсатора (С2) шины постоянного тока в четвертый диодный модуль (D4), встречный диод четвертого силового полупроводникового переключателя (S4) и встречный диод третьего силового полупроводникового переключателя (S3).
На фиг. 6 представлена принципиальная электрическая схема, иллюстрирующая трехфазный пятиуровневый выпрямитель 400, основанный на топологии схемы вышеупомянутого плеча мостовой схемы пятиуровневого выпрямителя с фиг. 4. Как показано на фиг. 6, узлы (А), (В) и (С) представляют собой трехфазный входной зажим. Средняя точка N каждого плеча мостовой схемы (т.е. соединительная точка соединяет анод второго диодного модуля (D2) и катод третьего диодного модуля (D3)) соединена со средней точкой N конденсаторов шины (т.е. соединительная точка соединяет отрицательный зажим первого конденсатора (С1) шины постоянного тока и положительный зажим второго конденсатора (С2) шины постоянного тока). Таким образом, каждое плечо фазной мостовой схемы требует наличия только одного источника питания постоянного напряжения, что позволяет решить или устранить проблемы и недостатки, присущие традиционной технологии КМСУ (СНВ) или ММП (ММС), применяемой в пятиуровневой топологии.
На фиг. 7А, 7В и 7С соответственно проиллюстрирована структура электрической схемы силового полупроводникового переключателя согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. На практике любой из упомянутых силовых полупроводниковых переключателей (S1-S6), предусмотренных в упомянутых выше вариантах осуществления настоящего изобретения, может содержать один или несколько биполярных транзисторов 500 с изолированным затвором, соединенных последовательно (как показано на фиг. 7А), параллельно (как показано на фиг. 7В) или путем комбинирования последовательного и параллельного соединений (как показано на фиг. 7С). Следует отметить, что упомянутые биполярные транзисторы 500 с изолированным затвором показаны на фиг. 7А, 7В и 7С только для наглядности, при этом настоящее изобретение не ограничивается ими. Средний специалист в данной области техники при необходимости может корректировать количество и типы соединений упомянутых биполярных транзисторов 500 с изолированным затвором.
На фиг. 8А, 8В и 8С соответственно показана структура электрической схемы конденсатора согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. На практике любой из конденсаторов, предусмотренных в упомянутых выше вариантах осуществления настоящего изобретения, т.е. упомянутый первый конденсатор (С1) шины постоянного тока, упомянутый второй конденсатор (С2) шины постоянного тока и упомянутый фазовый конденсатор (С3), может содержать один или несколько емкостных элементов 600, соединенных последовательно (как показано на фиг. 8А), параллельно (как показано на фиг. 8В) или путем комбинирования последовательного и параллельного соединений (как показано на фиг. 8С). Следует отметить, что емкостные элементы 600 показаны на фиг. 8А, 8В и 8С только для наглядности, при этом настоящее изобретение не ограничивается ими. Средний специалист в данной области техники может при необходимости корректировать количество и типы соединений упомянутых емкостных элементов 600.
На фиг. 9А, 9В и 9С соответственно проиллюстрирована структура электрической схемы диодного модуля согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. На практике любой из упомянутых диодных модулей (D1-D4), предусмотренных в упомянутых выше вариантах осуществления, настоящего изобретения, может содержать один или несколько диодов 700 (например, силовых диодов), соединенных последовательно (как показано на фиг. 9А), параллельно (как показано на фиг. 9В) или путем комбинирования последовательного и параллельного соединений (как показано на фиг. 9С). Следует отметить, что упомянутые диоды 700 показаны на фиг. 9А, 9В и 9С только для наглядности, при этом настоящее изобретение не ограничивается ими. Средний специалист в данной области техники может при необходимости корректировать количество и типы соединений упомянутых диодов 700.
С учетом вышесказанного, задача настоящего изобретение заключается в том, чтобы предложить пятиуровневые выпрямители простой конструкции, применяемые в электрической цепи без обратной связи по энергии, причем каждый предложенный пятиуровневый выпрямитель имеет уменьшенное количество силовых полупроводниковых переключателей, что упрощает логическую схему управления, а также уменьшает гармонические и электромагнитные помехи и повышает качество мощности, причем каждое плечо фазной мостовой схемы требует наличия только одного источника питания постоянного напряжения.
Выше описаны различные варианты осуществления настоящего изобретения с известной степенью детализации или со ссылкой на один или несколько отдельных вариантов осуществления. Однако данные варианты осуществления не ограничивают объем правовой защиты настоящего изобретения. Средний специалист в рассматриваемой области техники может вносить различные изменения в раскрытые варианты осуществления, не выходя за рамки объема правовой защиты или сущности настоящего изобретения. Таким образом, объем правовой защиты настоящего изобретения определен прилагаемой формулой изобретения.

Claims (12)

1. Пятиуровневый преобразователь, содержащий:
первый силовой полупроводниковый переключатель, имеющий первый конец и второй конец,
второй силовой полупроводниковый переключатель, имеющий первый конец и второй конец,
третий силовой полупроводниковый переключатель, имеющий первый конец и второй конец, причем второй конец упомянутого второго силового полупроводникового переключателя соединен с первым концом упомянутого третьего силового полупроводникового переключателя,
четвертый силовой полупроводниковый переключатель, имеющий первый конец и второй конец,
пятый силовой полупроводниковый переключатель, имеющий первый конец и второй конец,
шестой силовой полупроводниковый переключатель, имеющий первый конец и второй конец,
первый диодный модуль, имеющий анод и катод, причем анод упомянутого первого диодного модуля, первый конец упомянутого первого силового полупроводникового переключателя и первый конец упомянутого пятого силового полупроводникового переключателя соединены друг с другом,
первый конденсатор шины постоянного тока, имеющий положительный зажим и отрицательный зажим, причем положительный зажим упомянутого первого конденсатора шины постоянного тока соединен с катодом упомянутого первого диодного модуля,
второй конденсатор шины постоянного тока, имеющий положительный зажим и отрицательный зажим, причем отрицательный зажим упомянутого первого конденсатора шины постоянного тока, положительный зажим упомянутого второго конденсатора шины постоянного тока, второй конец упомянутого пятого силового полупроводникового переключателя и первый
конец упомянутого шестого силового полупроводникового переключателя соединены друг с другом,
фазовый конденсатор, имеющий положительный зажим и отрицательный зажим, причем второй конец упомянутого первого силового полупроводникового переключателя, первый конец упомянутого второго силового полупроводникового переключателя и положительный зажим упомянутого фазового конденсатора соединены друг с другом, причем второй конец упомянутого третьего силового полупроводникового переключателя, первый конец упомянутого четвертого силового полупроводникового переключателя и отрицательный зажим упомянутого фазового конденсатора соединены друг с другом, и
второй диодный модуль, имеющий анод и катод, причем второй конец упомянутого шестого силового полупроводникового переключателя, второй конец упомянутого четвертого силового полупроводникового переключателя и катод упомянутого второго диодного модуля соединены друг с другом, причем анод упомянутого второго диодного модуля соединен с отрицательным зажимом упомянутого второго конденсатора шины постоянного тока.
2. Преобразователь по п. 1, в котором каждый из упомянутых переключателей: упомянутый первый силовой полупроводниковый переключатель, упомянутый второй силовой полупроводниковый переключатель, упомянутый третий силовой полупроводниковый переключатель, упомянутый четвертый силовой полупроводниковый переключатель, упомянутый пятый силовой полупроводниковый переключатель и упомянутый шестой силовой полупроводниковый переключатель, представляет собой биполярный транзистор с изолированным затвором, запираемый тиристор по обратному переходу или коммутируемый по затвору запираемый тиристор.
3. Преобразователь по п. 1, в котором каждый из упомянутых переключателей: упомянутый первый силовой полупроводниковый
переключатель, упомянутый второй силовой полупроводниковый переключатель, упомянутый третий силовой полупроводниковый переключатель, упомянутый четвертый силовой полупроводниковый переключатель, упомянутый пятый силовой полупроводниковый переключатель и упомянутый шестой силовой полупроводниковый переключатель, содержит несколько биполярных транзисторов с изолированным затвором, соединенных последовательно, параллельно или путем комбинирования последовательного и параллельного соединений.
4. Преобразователь по п. 1, в котором каждый из упомянутых конденсаторов: упомянутый первый конденсатор шины постоянного тока, упомянутый второй конденсатор шины постоянного тока и упомянутый фазовый конденсатор, содержит несколько емкостных элементов, соединенных последовательно, параллельно или путем комбинирования последовательного и параллельного соединений.
5. Преобразователь по п. 1, в котором каждый из упомянутых диодных модулей: упомянутый первый диодный модуль и упомянутый второй диодный модуль, содержит несколько диодов, соединенных последовательно, параллельно или путем комбинирования последовательного и параллельного соединений.
6. Трехфазный пятиуровневый выпрямитель, содержащий плечи трехфазной мостовой схемы, причем каждое из упомянутых плеч трехфазной мостовой схемы представляет собой пятиуровневый выпрямитель по п. 1, причем упомянутые плечи трехфазной мостовой схемы соединены параллельно.
7. Пятиуровневый преобразователь, содержащий:
первый силовой полупроводниковый переключатель, имеющий первый конец и второй конец,
второй силовой полупроводниковый переключатель, имеющий первый конец и второй конец,
третий силовой полупроводниковый переключатель, имеющий первый конец и второй конец, причем второй конец упомянутого второго силового полупроводникового переключателя соединен с первым концом упомянутого третьего силового полупроводникового переключателя,
четвертый силовой полупроводниковый переключатель, имеющий первый конец и второй конец,
первый конденсатор шины постоянного тока, имеющий положительный зажим и отрицательный зажим,
второй конденсатор шины постоянного тока, имеющий положительный зажим и отрицательный зажим,
первый диодный модуль, имеющий анод и катод, причем положительный зажим упомянутого первого конденсатора шины постоянного тока соединен с катодом упомянутого первого диодного модуля,
второй диодный модуль, имеющий анод и катод, причем анод упомянутого первого диодного модуля, катод упомянутого второго диодного модуля и первый конец упомянутого первого силового полупроводникового переключателя соединены друг с другом,
третий диодный модуль, имеющий анод и катод, причем отрицательный зажим упомянутого первого конденсатора шины постоянного тока, положительный зажим упомянутого второго конденсатора шины постоянного тока, анод упомянутого второго диодного модуля и катод упомянутого третьего диодного модуля соединены друг с другом,
фазовый конденсатор, имеющий положительный зажим и отрицательный зажим, причем второй конец упомянутого первого силового полупроводникового переключателя, первый конец упомянутого второго силового полупроводникового переключателя и положительный зажим упомянутого фазового конденсатора соединены друг с другом, причем второй конец упомянутого третьего силового полупроводникового переключателя, первый конец упомянутого четвертого силового
полупроводникового переключателя и отрицательный зажим упомянутого фазового конденсатора соединены друг с другом,
четвертый диодный модуль; имеющий анод и катод, причем второй конец упомянутого четвертого силового полупроводникового переключателя, анод упомянутого третьего диодного модуля и катод упомянутого четвертого диодного модуля соединены друг с другом, причем анод упомянутого четвертого диодного модуля соединен с отрицательным зажимом упомянутого второго конденсатора шины постоянного тока.
8. Преобразователь по п. 7, в котором каждый из упомянутых переключателей: упомянутый первый силовой полупроводниковый переключатель, упомянутый второй силовой полупроводниковый переключатель, упомянутый третий силовой полупроводниковый переключатель и упомянутый четвертый силовой полупроводниковый переключатель, представляет собой биполярный транзистор с изолированным затвором, запираемый тиристор по обратному переходу или коммутируемый по затвору запираемый тиристор.
9. Преобразователь по п. 7, в котором каждый из упомянутых переключателей: упомянутый первый силовой полупроводниковый переключатель, упомянутый второй силовой полупроводниковый переключатель, упомянутый третий силовой полупроводниковый переключатель и упомянутый четвертый силовой полупроводниковый переключатель, содержит несколько биполярных транзисторов с изолированным затвором, соединенных последовательно, параллельно или путем комбинирования последовательного и параллельного соединений.
10. Преобразователь по п. 7, в котором каждый из упомянутых конденсаторов: упомянутый первый конденсатор шины постоянного тока, упомянутый второй конденсатор шины постоянного тока и упомянутый фазовый конденсатор, содержит несколько емкостных элементов,
соединенных последовательно, параллельно или путем комбинирования последовательного и параллельного соединений.
11. Преобразователь по п. 7, в котором каждый из упомянутых диодных модулей: упомянутый первый диодный модуль, упомянутый второй диодный модуль, упомянутый третий диодный модуль и упомянутый четвертый диодный модуль, содержит несколько диодов, соединенных последовательно, параллельно или путем комбинирования последовательного и параллельного соединений.
12. Трехфазный пятиуровневый выпрямитель, содержащий плечи трехфазной мостовой схемы, причем каждое из упомянутых плеч трехфазной мостовой схемы представляет собой пятиуровневый выпрямитель по п. 7, причем упомянутые плечи трехфазной мостовой схемы соединены параллельно.
RU2014147861/07A 2013-12-02 2014-11-27 Пятиуровневый выпрямитель RU2584240C9 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310636832.8 2013-12-02
CN201310636832.8A CN104682736A (zh) 2013-12-02 2013-12-02 五电平整流器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2584240C1 RU2584240C1 (ru) 2016-05-20
RU2584240C9 true RU2584240C9 (ru) 2016-08-10

Family

ID=51999316

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014147861/07A RU2584240C9 (ru) 2013-12-02 2014-11-27 Пятиуровневый выпрямитель

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20150155770A1 (ru)
EP (1) EP2879286A1 (ru)
CN (1) CN104682736A (ru)
BR (1) BR102014030032A2 (ru)
IN (1) IN2014DE03445A (ru)
RU (1) RU2584240C9 (ru)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3089344B1 (en) * 2013-12-24 2018-10-24 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion device
CN103986350B (zh) * 2014-05-23 2016-09-14 台达电子企业管理（上海）有限公司 五电平整流器
US20160380425A1 (en) * 2015-06-26 2016-12-29 Sunpower Corporation Snubber circuit, power converter and methods of operating the same
CN106329975B (zh) * 2015-07-10 2019-02-12 台达电子企业管理（上海）有限公司 五电平变换装置
CN105226978B (zh) * 2015-10-10 2018-04-10 阳光电源股份有限公司 一种五电平逆变器及其应用电路
CN106301046B (zh) * 2016-08-26 2018-12-28 阳光电源股份有限公司 一种多电平逆变器及其悬浮电容预充电电路
CN109104098B (zh) * 2017-06-21 2020-02-21 华为技术有限公司 变流器及其驱动方法
CN111164876B (zh) * 2017-07-05 2023-08-25 西门子能源全球有限公司 多级变流器
CN107482941B (zh) * 2017-08-25 2023-05-16 国网浙江省电力公司电力科学研究院 一种五电平直流变换电路及包含该电路的发电机励磁***
PL3656031T3 (pl) * 2017-08-30 2022-03-28 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Układ do stabilizacji częstotliwości
CN108566094B (zh) * 2017-12-25 2022-08-26 华为数字能源技术有限公司 一种谐振变换器、谐振变换器的控制方法及***
CN107968586B (zh) * 2017-12-27 2020-05-22 阳光电源股份有限公司 一种有源钳位三电平电路以及直流变换器
CN108322078B (zh) * 2018-05-03 2023-10-03 易事特集团股份有限公司 五电平拓扑单元及五电平交直流变换器
CN110086360A (zh) * 2019-04-22 2019-08-02 浙江大学 一种五电平高效整流器
CN111064371B (zh) * 2019-12-26 2024-04-05 杭州电子科技大学 混合五电平双向dc/dc变流器及其电压匹配调制方法
CN111245271B (zh) * 2020-01-18 2021-06-11 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） 一种h桥五电平有源中点钳位逆变器及死区效应抑制方法
CN111628670A (zh) * 2020-06-10 2020-09-04 杜凝晖 一种SiC/Si混合型ANPC五电平逆变器拓扑结构
CN112003490B (zh) * 2020-07-31 2021-06-04 北京金风科创风电设备有限公司 三电平变流器的功率组件及三电平变流器
US10965221B1 (en) * 2020-09-01 2021-03-30 King Abdulaziz University Switched capacitor based boost inverter topology with a higher number of levels and higher voltage gain
US11159095B1 (en) * 2020-11-12 2021-10-26 King Abdulaziz University 11-level boost active neutral point clamped inverter topology with higher voltage gain
JP2022117647A (ja) * 2021-02-01 2022-08-12 オムロン株式会社 電力変換装置および制御方法
JP2022124831A (ja) * 2021-02-16 2022-08-26 オムロン株式会社 電力変換装置および制御方法
CN113078820B (zh) * 2021-03-05 2022-04-01 华中科技大学 九开关管五电平有源中性点钳位双有源桥隔离dc-dc变换器
CN113300622B (zh) * 2021-04-14 2023-11-17 昆明理工大学 一种模块化多电平换流器五电平钳位交叉型子模块拓扑结构
CN113258804A (zh) * 2021-05-19 2021-08-13 山东大学 一种减少开关管数量的五电平光伏逆变器及其调制方法
CN114285301B (zh) * 2021-08-11 2023-07-28 湖南大学 五电平整流电路

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1515294A1 (ru) * 1987-06-08 1989-10-15 Московский институт радиотехники, электроники и автоматики Преобразователь переменного напр жени в посто нное
CN103166478A (zh) * 2013-03-07 2013-06-19 上海交通大学 一种高压集成门极换向晶闸管五电平功率柜
CN203243233U (zh) * 2013-03-29 2013-10-16 上海交通大学 一种集成门极换向晶闸管功率模块

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE511219C2 (sv) * 1998-01-27 1999-08-23 Asea Brown Boveri Omriktare där klampningsdioderna ersatts av en aktiv klampningskrets
DE19833491A1 (de) * 1998-07-24 2000-02-03 Siemens Ag Niederinduktive Verschienung für einen Dreipunkt-Phasenbaustein
DE19926979A1 (de) * 1999-06-14 2001-01-04 Siemens Ag Spannungszwischenkreis-Umrichter
TW200635187A (en) * 2005-03-24 2006-10-01 Delta Electronics Inc Converter with power factor correction and DC-DC conversion function
FR2927201B1 (fr) * 2008-01-31 2010-02-12 Airbus France Circuit et systemes redresseurs de puissance, procede associe, aeronef comprenant de tels circuit ou systemes
FR2952482B1 (fr) * 2009-11-06 2011-11-18 Mge Ups Systems Dispositif convertisseur comprenant au moins cinq niveaux de tension continue et alimentation sans interruption pourvue dudit dispositif.
FR2956266B1 (fr) * 2010-02-05 2012-02-03 Mge Ups Systems Dispositif convertisseur et alimentation sans interruption equipee d'un tel dispositif
BR112013000702B1 (pt) * 2010-12-13 2021-06-01 Abb Technology Ltd Conversor de fonte de tensão elétrica e sistema conversor de fonte de tensão elétrica
US9252670B2 (en) * 2012-12-19 2016-02-02 General Electric Company Multilevel converter
CN104038085B (zh) * 2013-03-08 2016-07-06 台达电子工业股份有限公司 三电平变流器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1515294A1 (ru) * 1987-06-08 1989-10-15 Московский институт радиотехники, электроники и автоматики Преобразователь переменного напр жени в посто нное
CN103166478A (zh) * 2013-03-07 2013-06-19 上海交通大学 一种高压集成门极换向晶闸管五电平功率柜
CN203243233U (zh) * 2013-03-29 2013-10-16 上海交通大学 一种集成门极换向晶闸管功率模块

Also Published As

Publication number Publication date
US20150155770A1 (en) 2015-06-04
EP2879286A1 (en) 2015-06-03
RU2584240C1 (ru) 2016-05-20
CN104682736A (zh) 2015-06-03
BR102014030032A2 (pt) 2016-01-05
IN2014DE03445A (ru) 2015-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2584240C9 (ru) Пятиуровневый выпрямитель
US10938322B2 (en) Soft switching inverter device and method
US10447173B2 (en) Single-phase five-level active clamping converter unit and converter
US10250159B2 (en) Five-level inverter topology with high voltage utilization ratio
RU2307442C1 (ru) Преобразовательная схема для коммутации множества уровней коммутируемого напряжения
RU2555744C2 (ru) Многоуровневый инвертор
US9001544B2 (en) Inverter device
US8138638B2 (en) DC/DC converter
CN107210684B (zh) 五电平拓扑单元及五电平逆变器
CN106031010B (zh) 多电平逆变器设备和操作方法
US9331595B2 (en) Multi-level inverter
US10084392B2 (en) Five-level inverter and application circuit of the same
US10389271B2 (en) Single-phase four-level inverter circuit topology and three-phase four-level inverter circuit topology
JPWO2010146637A1 (ja) 電力変換装置
CN103797702A (zh) 多电平功率转换电路
US20150244284A1 (en) Soft Switching Inverter
US9692321B2 (en) Five level inverter
US10312825B2 (en) Five-level half bridge inverter topology with high voltage utilization ratio
US11171575B2 (en) Modular multilevel converter topologies
US10277146B2 (en) Half bridge inverter units and inverter thereof
TW201703417A (zh) 五電平變換裝置
JP7008222B2 (ja) 電力変換システム
US11038436B2 (en) Inverter system
CN107482892B (zh) 能量缓冲电路以及变流器
CN215871225U (zh) 一种五电平电压源型变换装置

Legal Events

Date Code Title Description
TH4A Reissue of patent specification
TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 14-2016 FOR TAG: (72)

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191128