專利名稱：一種多個電力半導體交替串聯(lián)多個繞組的高壓橋臂的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是電力電子技術行業(yè)廣泛使用的高壓橋臂。
背景技術：
對于高頻電力電子技術，電力半導體開關時間極短，只有微秒級。一般而言，高頻電力半導體耐壓都不高，大都2000伏以下。所以高壓電力電子技術所需的高頻電力半導體的串聯(lián)使用就非常困難和復雜，這是因為，高頻電力半導體開關時間極短，只有微秒級，開關時間的不一致性，以及回路電感因di/dt引起的過電壓，會導致開通時，后開通的電力半導體以及關斷時先關斷的電力半導體承受電壓太高而損壞。所以，早期的各種不同類型高壓變頻器都復雜、成本高、故障率高和效率低。
近幾年，成都佳靈公司生產(chǎn)出基于總裁吳加林的“一種能自動均壓的串聯(lián)式功率開關橋”專利(ZL 01247211.5)技術的IGBT直接串聯(lián)的高壓變頻器，技術有很大的改善。
比起高壓變頻器，低壓變頻器簡單、技術成熟很多。
在變壓器、交流電機領域，高壓、低壓是可以互相轉換的，把一個高壓繞組按匝數(shù)等分成若干個分繞組，則每個分繞組兩端的電壓為原來繞組的若干分之一。反過來，若干個分繞組也可串聯(lián)成一個高壓繞組，只要每個分繞組的電源是同一種電源，并且每個分繞組的電壓是疊加的。例如，把高壓交流電動機的繞組按匝數(shù)等分成N個繞組，并把N個繞組的端子都引出來，按原來的首尾、原來的連接方式，通上原來電壓的1/N，這就變成了與原來高壓電動機完全一樣的低壓電動機。在耐壓保證的前提下，反過來也是一樣的。變壓器也類似。
(三)實用新型的內(nèi)容本實用新型的目的就是利用在變壓器、交流電機領域高壓、低壓互相轉換的原理，把電力電子技術領域的高壓問題簡化為低壓問題處理。具體就是，由N個(N大于、等于2)每一上、下橋臂各有M(M大于、等于1)個電力半導體的逆變器或整流器(每一逆變器、整流器都并一個電容)，按正、負極相間依次串聯(lián)連接。每一逆變器的輸出或整流器的輸入連接同一鐵芯磁場耦合關聯(lián)的繞組，每個繞組的端子R1、R2---RN，S1、S2---SN，T1、T2---TN與每個逆變器或整流器上、下橋臂中間接線端子U1、U2---UN，V1、V2---VN，W1、W2---WN的連接一一對應、相同，即R1對U1、R2對U2----RN對UN，S1對V1、S2對V2---SN對VN，T1對W1、T2對W2---TN對WN。每一逆變器或整流器相同上橋臂位置或下橋臂位置的電力半導體同時導通或關斷，A11、A12---A1M、A21、A22---A2M------AN1、AN2---ANM為相同上橋臂位置，B11、B12---B1M、B21、B22---B2M------BN1、BN2-------BNM為相同上橋臂位置，--------，F(xiàn)11、F12------F1M、F21、F22-------F2M、FN1、FN2------FNM為相同下橋臂位置。對逆變器，在某瞬間，電流從正極流過第一個逆變器上組一個橋臂的M個電力半導體，流過第一個繞組，流過第一個逆變器下組另一個橋臂的M個電力半導體，然后，流過第二個逆變器上組一個橋臂的M個電力半導體，流過第二個繞組，流過第二個逆變器下組另一個橋臂的M個電力半導體，直到N組，最后到負極。從而構成了其中一個多個電力半導體交替串聯(lián)多個繞組的高壓橋臂。對整流器，電流流向與逆變器相反。每一逆變器、整流器都并一個電容和連接一個繞組，構成了一個完整的供用電單元，準許短時間里脫離整個系統(tǒng)而獨立工作，并且加在每一逆變器、整流器的電力半導體的電壓不能突變，這大大降低了對串聯(lián)電力半導體開關一致性的要求，也為保護線路檢測、動作提供了更多的時間。M一般為1，為了減少高壓逆變器輸出、整流器輸入的引線數(shù)量，在兼顧可靠性的前提下，每一逆變器、整流器的上、下橋臂的電力半導體數(shù)量M可以為1以上。
以下結合附圖和實施例對本實用新型做進一步說明。


圖一 本實用新型在高壓逆變器的應用示意圖圖二 直接串聯(lián)的IGBT的高壓變頻器示意圖具體實施方式
利用本實用新型就可以把圖二直接串聯(lián)的X個IGBT的高壓逆變器，改成圖一由N(N大于、等于2)個每一上、下橋臂各有M(M大于、等于1，N×M＝X)個IGBT的低壓逆變器(每一逆變器都并一個電容)按正、負極相間依次串聯(lián)連接，每個逆變器驅(qū)動一個高壓繞組按匝數(shù)被N等分后的繞組。這就把高壓變頻器驅(qū)動高壓電動機變成了簡單、可靠的低壓變頻器驅(qū)動低壓電動機。對圖二直接串聯(lián)的形式，在某一瞬間，電流從正極流過上組一橋臂的X個IGBT，流過一個高壓繞組，再流過下組另一橋臂的X個IGBT，最后到負極，例如，電流從正極---A1---A2-------AX---U---R---S---V---E1---E2-------EX---負極。對圖一交替串聯(lián)的形式，在某一瞬間，電流從正極流過第一個逆變器NB1上組一橋臂M個IGBT，流過第一個繞組RZI，流過第一個逆變器NB1下組另一橋臂M個IGBT，然后，流過第二個逆變器NB2上組一橋臂M個IGBT，流過第二個繞組RZ2，流過第二個逆變器NB2下組另一橋臂M個IGBT，直到N組，最后到負極，例如，電流從正極----A11---A12------A1M--------U1---R1---S1---V1---E11---E1--------E1M---A21---A22--------A2M---U2---R2---S2---V2---E21---E22--------E2M----------AN1---AN2--------ANM----UN---RN---SN---VN---EN1---EN2--------ENM----負極，構成了其中一個多個IGBT交替串聯(lián)多個繞組的高壓橋臂。表面上，兩者形式一樣，但交替串聯(lián)的每組逆變器都并有一個電容和連接一個繞組，構成了一個完整的供用電單元，準許短時間里脫離整個系統(tǒng)而獨立工作，并且加在每組逆變器的IGBT的電壓不能突變，這大大降低了對整個高壓逆變器串聯(lián)IGBT開關一致性的要求，也為保護線路檢測、動作提供了更多的時間。
以上是逆變過程，反過來整流過程也是類似的。
權利要求1.一種用于高壓電力電子裝置的多個電力半導體交替串聯(lián)多個繞組的高壓橋臂，其特征在于由N個(N大于、等于2)每一上、下橋臂各有M(M大于、等于1)個電力半導體的逆變器或整流器，按正、負極相間依次串聯(lián)連接，每一逆變器的輸出或整流器的輸入連接一個繞組；對逆變器，某瞬間電流從正極流過第一個逆變器上組一個橋臂的M個電力半導體，流過第一個繞組，流過第一個逆變器下組另一個橋臂的M個電力半導體，然后，流過第二個逆變器上組一個橋臂的M個電力半導體，流過第二個繞組，流過第二個逆變器下組另一個橋臂的M個電力半導體，直到N組，最后到負極。從而構成其中一個多個電力半導體交替串聯(lián)多個繞組的高壓橋臂；對整流器，電流流向與逆變器相反。
2.如權利要求1所述的多個電力半導體交替串聯(lián)多個繞組的高壓橋臂，其特征在于所述的N個逆變器、整流器的正、負極兩端都并一個電容。
3.如權利要求1所述的多個電力半導體交替串聯(lián)多個繞組的高壓橋臂，其特征在于所述的繞組都通過同一鐵芯耦合關聯(lián)，每個繞組的接線端子R1、R2---RN、S1、S2---SN、T1、T2---TN與每個逆變器或整流器上、下橋臂中間接線端子U1、U2---UN、V1、V2---VN、W1、W2---WN的連接一一對應、相同，即R1對U1、R2對U2----RN對UN，S1對V1、S2對V2---SN對VN，T1對W1、T2對W2---TN對WN。
4.如權利要求1所述的多個電力半導體交替串聯(lián)多個繞組的高壓橋臂，其特征在于所述的電力半導體在逆變器或整流器相同上橋臂位置或下橋臂位置的都同時導通或關斷，A11、A12---A1M、A21、A22---A2M------AN1、AN2---ANM為相同上橋臂位置，B11、B12---B1M、B21、B22---B2M------BN1、BN2------BNM為相同上橋臂位置，------，F(xiàn)11、F12------F1M、F21、F22-------F2M、FN1、FN2------FNM為相同下橋臂位置。
專利摘要一種用于高壓電力電子裝置的高壓橋臂，由N個(N大于、等于2)每一上、下橋臂各有M(M大于、等于1)個電力半導體的逆變器或整流器(每一逆變器、整流器都并一個電容)，按正、負極相間依次串聯(lián)連接。每一逆變器的輸出或整流器的輸入連接同一鐵芯磁場耦合關聯(lián)的繞組，每個繞組的端子與每個逆變器或整流器上、下橋臂中間接線端子的連接一一對應、相同。每一逆變器或整流器同上或下橋臂位置的電力半導體同時導通或關斷。某瞬間，電流從正到負的路徑就構成一個高壓橋臂?？砂央娏﹄娮蛹夹g領域的高壓問題簡化為低壓問題處理，也可大大降低了對串聯(lián)高頻電力半導體開關一致性的要求，為保護線路檢測、動作提供了更多的時間。
文檔編號H02M7/12GK2684451SQ20042001510
公開日2005年3月9日 申請日期2004年1月18日 優(yōu)先權日2004年1月18日
發(fā)明者丁振榮 申請人:丁振榮