[发明专利]一种混合箝位型七电平变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力电子多电平变换器拓扑结构，特别是关于一种混合箝位型七电平变换器。

背景技术

高压大容量的交流电机广泛应用在各种工业领域中。采用多电平技术的高压变频器对高压交流电机进行变频调速，不仅可以达到节能的目的，还可以改善工艺条件，提高生产效率和产品质量。目前，常见的箝位型多电平拓扑主要有二极管箝位型以及电容箝位型两种，但输出电平数都局限在四电平以下，当输出更高电平时都存在诸多缺点，难以在实际中应用。例如，二极管箝位型的七电平桥臂结构（如图1所示），它存在以下缺点：1、随着输出电平数的增多，箝位二极管的数目急剧增加，七电平结构每个桥臂需要30个二极管，电路结构复杂，成本增加，可靠性较低。2、各级母线电容电压难以平衡，需要额外的硬件电路。这些缺点限制了二极管箝位型拓扑往更高的电平数发展。而电容箝位型的七电平桥臂结构（如图2所示），它也存在类似的缺点：必须使用大量的箝位电容，而且为了承受高压还必须采用大量电容串联，造成系统控制复杂，成本增加，可靠性也大大降低。因此现有这两种七电平结构都不适合在工业上推广使用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能大大减少箝位器件和箝位电容数量，并能够实现七电平输出的混合箝位型七电平变换器。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种混合箝位型七电平变换器，其特征在于：它包括一个直流母线和三个七电平桥臂，所述直流母线的两端依次并联连接所述三个七电平桥臂，每个所述七电平桥臂上都设置有一输出端X5’和四个输入端X1'、X2'、X3'和X4'，所述三个七电平桥臂的三个输出端X5’输出三相交流电压；每个所述七电平桥臂均包括两个两电平单元和一个五电平单元，两个所述两电平单元的输入端构成整个所述七电平桥臂的四个输入端X1'、X2'、X3'和X4'，两个所述两电平单元的输出端分别接所述五电平单元的输入端，并且两个所述两电平单元之间串联一个箝位电容Cs；每个所述两电平单元均由两个互补的开关器件S1、S1串联构成，第一个所述开关器件S1的发射极连接与其互补的开关器件S1集电极，开关器件S1的发射极经所述箝位电容Cs与另一个所述两电平单元连接；第一个所述开关器件S1的集电极、开关器件S1的发射极构成第一个输入端子X1'和第二个输入端子X2'；所述五电平单元包括六个两两互补的开关器件S3、S3、S4、S4、S5和S5以及三个箝位电容C_f1、C_f2、C_f3；其中一个所述两电平单元输出端连接第三个所述开关器件S3的集电极，第三个所述开关器件S3的发射极经第四个所述开关器件S4连接第五个所述开关器件S5的集电极；另一个所述两电平单元的输出端连接与第三个所述开关器件S3互补的开关器件S3的发射极，开关器件S3的集电极经与第四个所述开关器件S4互补的开关器件S4连接与第五个所述开关器件S5互补的开关器件S5的发射极；在第三个所述开关器件S3集电极与S3发射极之间并联第一个所述箝位电容C_f1，在第三个所述开关器件S3、第四个所述开关器件S4的公共端与开关器件S3、S4的公共端之间并联第二个所述箝位电容C_f2，在第四个所述开关器件S4、第五个所述开关器件S5的公共端与开关器件S4、S5的公共端之间并联第三个所述箝位电容C_f3，第五个所述开关器件S5的发射极与开关器件S5的集电极连接后，引出输出端子X5'。