[发明专利]对电源电压进行变换的多电平变换器及方法

权利要求书

1、一种带有N≥2变换器电平的多电平变换器，每一电平级均包括连接到变压器单元(2、2′)的初级绕组(23、23′)的初级变换器(6、6′)、连接到变压器单元次级绕组(24、24′)的次级变换器(7、7′)，以及限定了用于与初级和次级绕组磁耦合的封闭磁路的变压器铁心结构，

其特征在于，第一和第二变压器单元的变压器铁心结构形成了带有返回柱(25)的共用变压器铁心(20)，所述带有返回柱的共用变压器铁心限定了第一和第二变压器单元相应的封闭磁路的共用部分。

2、根据权利要求1所述的用于将电源线(11)的单相高电压变换成在铁路牵引应用中直流传输线(23)的低电压的多电平变换器，其特征在于，变压器单元在超过电源线(11)的频率的中频工作。

3、根据权利要求1所述的多电平变换器，其特征在于，所述多电平变换器包括N＝4n的变换器电平级，其中n是整数，带有四个单相变压器单元(2、2’)的n变压器配置，每个变压器单元包括初级绕组(23、23′)、次级绕组(24、24′)和变压器铁心结构，所述变压器铁心结构限定了用于与初级和次级绕组磁耦合的封闭磁路，其中四个变压器铁心结构形成了带有返回柱(25)的共用变压器铁心(20)，所述带有返回柱的共用变压器铁心限定了至少两个变压器单元的相应封闭磁路的共用部分。

4.根据权利要求3所述的多电平变换器，其特征在于，共用变压器铁心(20)包括两个返回柱(25a、25b)，所述两个返回柱限定了用于每个共用部分的不同变压器单元对的两个封闭磁路的四个不同的共用部分。

5、根据权利要求4所述的多电平变换器，其特征在于，四个变压器单元平行排列，或者与主柱(21、21′)共轴布置，主柱通过两个磁轭(22、22′)以直角连接，返回柱(25a、25b)形成一个矩形交叉，与主柱和磁轭分别平行定位。

6、根据权利要求3或4的多电平变换器，其特征在于，返回柱(25、25a、25b)的横截面积小于主柱(21、21′)的横截面积。

7、通过具有N≥2变换器电平的多电平变换器转换电源电压的方法，每一电平级包括连接到变压器单元(2、2′)的初级绕组(23、23′)的初级变换器(6、6′)、连接到变压器单元的次级绕组(24、24′)的次级变换器(7、7′)，以及用于与初级和次级绕组磁耦合并限定了封闭磁路的变压器铁心结构，其中第一和第二变压器单元的变压器铁心结构形成了带有返回柱(25)的共用变压器铁心(20)，所述带有返回柱的共用变压器铁心限定了第一和第二变压器单元的相应封闭磁路的共用部分，

其特征在于，所述方法包括将一小部分电源电压提供到与第一和第二变压器单元(2、2′)的初级绕组(23、23′)连接的初级变换器(6、6′)，通过初级变换器给第一和第二变压器单元的初级绕组提供带有非零相移的单相初级电压(U1、U2)，并在返回柱(25)中重叠由初级电压产生的磁通量(Φ1、Φ2)。

8、根据权利要求7的方法，其特征在于，在第一和第二变压器单元的初级电压(U1、U2)之间的非零相移至少大致等于π/N。

9、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，多电平变换器包括N＝4n的变换器电平，以及带有四个单相变压器单元(2、2′)的n变压器配置，每个变压器单元包括初级绕组(23、23′)、次级绕组(24、24′)和变压器铁心结构，变压器铁心结构限定了用于与初级和次级绕组磁耦合的封闭磁路，其中四个变压器铁心结构形成了带有返回柱(25)的共用变压器铁心(20)，所述带有返回柱的共用变压器铁心限定了至少两个变压器单元的相应封闭磁路的共用部分。