[发明专利]一种混合型功率变换装置

说明书

本发明涉及一种交流功率变换装置，属于高压开关技术领域，特别涉及电机变频驱动及变频电源。

变频器及变频电源广泛应用于交流电机驱动等许多场合，多采用交交变换方式及交直交变换方式。目前应用于交交变频器的已有技术，采用交流至交流直接变换方式，通过改变开关器件的触发角来达到输出交流电压的目的，该方案对电网及用电设备谐波污染很大，功率因数也较低。而应用于电压型交直交通用变频器的已有技术，采用脉宽调制(PWM)方法，即通过用半导体开关器件对中间直流电压进行开关控制，以达到输出交流电压的目的，这种方法因为需要有中间直流环节，使设备成本增加，降低了设备工作效率。这些问题在变频器及变频电源设备容量较大及电压较高时将更为突出。中国专利号为95119585.9的已有技术中，公开了一种通过多级串联叠加而实现高压变换的方法，这种方法可降低功率半导体器件所承受的电压，同时可减小输出电压谐波。但由于这种方法在每级均需要有中间直流环节，并需要使用可关断功率半导体器件，电路比较复杂，装置体积较大且成本也较高

本发明的目的是设计一种交流功率变换装置，综合上述已有技术的特点，降低成本，提高工作效率，同时具有较小的电压谐波及较高的功率因数。

本发明所设计的混合型功率变换装置，包括相互间电气绝缘的n组、每组相数为m的交流电，其分别连接至n个整流型变换模块的输入端；相互间电气绝缘的k组直流电，其分别连接至k个逆变型变换模块的输入端；上述n+k个变换模块的输出端串联连接，从而形成一个总的输出电压；上述n个整流型变换模块是包括由功率半导体开关器件或功率半导体开关器件组连接成的、输出电压极性可变的m相双向可控整流电路；上述k个逆变型变换模块是包括由功率半导体开关器件或功率半导体开关器件组连接成的电压型PWM逆变桥式电路。将多个上述装置组合，即可得到多路电压输出。

上述整流型变换模块可以是包括由双向可控硅连接成的m相双向可控整流电路，或者是包括将两个由可控硅连接成的m相可控整流电路正反向并联而连接成的m相双向可控整流电路。

上述整流型变换模块也可以是包括由可关断半导体功率开关器件连接成的m相双向可控整流电路，其中可关断半导体功率开关器件可以是GTO、SIT、IGBT、GTR、MOSFET、IGCT、MCT。

上述逆变型变换模块可以是包括由可关断半导体功率开关器件连接成的单相或多相输出的电压型PWM逆变桥式电路，其中可关断半导体功率开关器件可以是GTO、SIT、IGBT、GTR、MOSFET、IGCT、MCT。

本发明所设计的混合型功率变换装置的另外一种电路形式是包括，相互间电气绝缘的n组、每组相数为m的交流电，其分别连接至n个整流型变换模块的输入端；一路电气绝缘的直流电，连接至1个具有j相输出的逆变型变换模块的输入端；上述n个整流型变换模块分为j组，每组的整流型变换模块的输出端分别串联连接；上述j个串联连接后的整流型变换模块列，进一步与上述j相输出的逆变型变换模块的j个输出端连接，从而得到j路叠加后的输出电压。上述n个整流型变换模块是包括由功率半导体开关器件或功率半导体开关器件组连接成的、输出电压极性可变的m相双向可控整流电路；上述j相输出逆变型变换模块是包括由功率半导体开关器件或功率半导体开关器件组连接成的j相输出电压型PWM逆变桥式电路。

本发明所设计的混合型功率变换装置，使线路得以大大简化，显著降低了成本，同时使电压、电流谐波得以减小，并可获得较高的功率因数，具有很好的应用价值。

附图说明：

图1是按照本发明的装置的单路输出电路原理图。

图2是整流型变换模块所包括的由双向可控硅联接成的双向可控整流电路。

图3是整流型变换模块所包括的由可控硅联接成的双向可控整流电路。

图4是整流型变换模块的采用半波双向可控整流电路的原理图。

图5是由可关断器件IGBT组成的双向可控开关器件。

图6是由可关断器件IGBT组成的单相输出逆变型变换模块电路图。

图7是由可关断器件IGBT组成的三相输出逆变型变换模块电路图。

图8是按照本发明的装置的三路输出电路原理图。

图9是按照本发明的装置的另一实施例的三路输出电路原理图。

下面结合附图，详细介绍本发明设计的装置的工作过程。