專利名稱：轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1的前序部分所述的轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
在傳動技術(shù)中、特別是對于中壓，采用多個不同的電路布局和功率半導(dǎo)體。在中 壓工業(yè)變流器中通常采用的電路布局可以粗略地劃分為三個電路類別，即，電壓中間電路 轉(zhuǎn)換器、電流中間電路轉(zhuǎn)換器和使用晶閘管技術(shù)的直接轉(zhuǎn)換器。此外，還可以將電壓中間 電路變流器劃分為兩個子類別，即，按照三角形連接的轉(zhuǎn)換器和按照星形連接的轉(zhuǎn)換器。 按照三角形連接的轉(zhuǎn)換器的典型代表例如是具有12脈沖二極管饋電的3級中性點(diǎn)連接 (3-Level Neutral-Point-Clamped, 3L-NPC)和具有12脈沖二極管饋電的4級飛跨電容器 (4-Level Flying-Capacitor, 4L-FC)。按照星形連接的電壓中間電路轉(zhuǎn)換器的典型代表例 如是每單元具有2級H橋的串聯(lián)H橋單元轉(zhuǎn)換器(SC-HB(2L))和每單元具有3級H橋的 串聯(lián)H橋單元轉(zhuǎn)換器(SC-HB(3L))。對于三角形連接的特征是，在相同的輸出電壓的情況 下，半導(dǎo)體電路的電壓負(fù)載功率比星形電路更高，同時電流負(fù)載更小。具有SC-HB拓?fù)涞霓D(zhuǎn) 換器通過其模塊化使得甚至在中壓范圍在降低的單元數(shù)目的情況下也可以采用低截止的 (niedersperrender)半導(dǎo)體開關(guān)。上面提到的對于中壓的轉(zhuǎn)換器拓?fù)涞牡刃щ娐穲D在Max Beuerman, Marc Hiller 禾口 Dr. Rainer Sommer 的標(biāo)題為 ‘‘Stromrichterschaltungen fiir Mittelspannung und deren Leistungshalbleiter fiir den Einsatz in Industriestromrichtern，，Ep 刷」于 ETG-Tagung"Bauelemente der Leistungselektronik und ihre Anwendung，，, Bad Nauheim 2006的會議文集的出版物中。從 Rainer Marquardt> Anton Lesnicar 禾口 Jiirgen Hildinger 的印刷于 ETG 會議 2002 的會議文集的"Modulares Stromrichterkonzept fiir Netzkupplungsanwendung bei hohen Spanrumgen”中，公知一種具有在直流電壓側(cè)互相導(dǎo)電相連的、電網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)的變 流器的轉(zhuǎn)換器，其中，作為變流器分別使用一個模塊化的多點(diǎn)變流器，也稱為模塊化多級轉(zhuǎn) 換器(M2C)。具有按照M2C拓?fù)涞摹㈦娋W(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)的變流器的這樣的電壓中間電路轉(zhuǎn)換 器與已經(jīng)描述的電壓中間電路轉(zhuǎn)換器不同，不再具有由中間電路電容器構(gòu)造的電壓中間電 路。按照M2C拓?fù)涞霓D(zhuǎn)換器的每個相模塊的每個整流支路具有至少一個兩極的子系統(tǒng)。通 過每個整流支路的使用的子系統(tǒng)的數(shù)量確定輸出相電壓(Phasen-Ausgangssparmung)的 等級性(Stufigkeit)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種具有按照M2C拓?fù)涞呢?fù)載側(cè)的變流器的電 壓中間電路轉(zhuǎn)換器，其更簡單并且成本更低。按照本發(fā)明，通過權(quán)利要求1的特征解決上述技術(shù)問題。通過設(shè)置至少一個多相的線路換相變流器(netzgefilhrter Stromrichter)作為電網(wǎng)側(cè)的變流器，可以獲得具有負(fù)載側(cè)的按照M2C拓?fù)涞淖兞髌鞯碾妷褐虚g電路轉(zhuǎn)換器， 其具有簡單和成本低的饋電電路。與公知的電壓中間電路轉(zhuǎn)換器不同，按照本發(fā)明的在電 壓中間電路中的轉(zhuǎn)換器不再具有中間電容器。由于不一定需要中間電路的低電感結(jié)構(gòu)并且 由于缺少中間電路電容器，與常規(guī)的轉(zhuǎn)換器相比，極不可能發(fā)生中間電路短路。由此，整個 轉(zhuǎn)換器、特別是電網(wǎng)側(cè)的、線路換相變流器的整流管(Stromrichterventil)，不再會被施加 由于低歐姆的中間電路短路引起的短路電流。此外，對按照本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器的電網(wǎng)側(cè)的線 路換相變流器的整流管的i2t要求，相對于公知的具有二極管饋電和中間電路電容器的電 壓中間電路轉(zhuǎn)換器，明顯被降低。在按照本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器的優(yōu)選實(shí)施方式中設(shè)置多相的二極管整流器，作為多相的 線路換相變流器。由此獲得特別簡單和成本低的饋電。在按照本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器的另一種優(yōu)選實(shí)施方式中，設(shè)置多相的晶閘管整流器或半 控橋，作為多相的線路換相變流器。由此負(fù)載側(cè)的按照M2C拓?fù)涞淖兞髌鞯哪K電容器 通過直流電壓的升高借助在電網(wǎng)側(cè)的晶閘管整流器充電。由此可以棄用在二極管饋電中 所必須的預(yù)充電電路。此外，在由負(fù)載側(cè)的按照M2C拓?fù)涞淖兞髌黟侂姷呢?fù)載的啟動范 圍(Anfahrbereich)中，可以在小的輸出電壓的情況下在全控范圍中運(yùn)行該變流器。在按 照M2C拓?fù)涞淖兞髌髦锌梢元?dú)立于中間電壓并且獨(dú)立于饋電電路的實(shí)施方式調(diào)節(jié)能量儲 備(Energieinhalt)，即，按照M2C拓?fù)涞脑撟兞髌鞯膬蓸O的子系統(tǒng)的模塊電容器的平均電 壓。在按照本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器的另一種優(yōu)選實(shí)施方式中，設(shè)置多相的晶閘管雙向變流 器，作為多相的線路換相變流器。由此與具有多相的晶閘管整流器的實(shí)施方式不同，可以將 能量從負(fù)載饋入回饋電的電網(wǎng)。


以下參考附圖進(jìn)一步解釋本發(fā)明，在附圖中示意性示出了按照本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器的 多個實(shí)施方式。其中，圖1示出了具有在電網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)的分別按照M2C拓?fù)涞淖兞髌鞯墓D(zhuǎn)換器的 電路圖，圖2示出了按照本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器的電路圖，圖3示出了 6脈沖的二極管橋的電路，圖4示出了 6脈沖的晶閘管橋的電路，圖5示出了 6脈沖的晶閘管雙向變流器的電路圖，圖6和7分別示出了按照本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器的另一個實(shí)施方式的電路圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了轉(zhuǎn)換器、特別是電壓中間電路轉(zhuǎn)換器的電路圖，具有電網(wǎng)側(cè)的和負(fù)載 側(cè)的分別作為M2C變流器構(gòu)造的變流器2和4。這樣的變流器從已經(jīng)提到的ETG-Tagimg 2000的出版物公知。在示出的實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)換器的兩個變流器2和4是三相地構(gòu)造的。 因此，變流器2和4分別具有三個相模塊6以及8，這些相模塊在直流電壓側(cè)與正的直流電 壓母線Ptl并且與負(fù)的直流電壓母線Ntl導(dǎo)電相連。在這些直流電壓母線Ptl和Ntl之間降落一個未示出的直流電壓。電網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)的變流器2和4的每個相模塊6以及8具有一個上 整流支路和下整流支路T1、T3、T5和Τ2、Τ4、Τ6。這些整流支路的每一個Τ1-Τ6具有多個電 串聯(lián)的兩極子系統(tǒng)10。在示出的電路圖中每個整流支路Τ1-Τ6具有四個兩極的子系統(tǒng)10。 在DE10103031A1和DE102005041087A1中詳細(xì)示出了這些兩極的子系統(tǒng)10的實(shí)施例并且 解釋了其工作原理。電網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)的變流器2以及4的一個相模塊10的兩個整流器Tl 和Τ2以及Τ3和Τ4以及Τ5和Τ6形成交流電壓側(cè)的接頭Ll以及L2以及L3。在電網(wǎng)側(cè)的 變流器2的交流側(cè)的接頭Li、L2和L3上連接了電網(wǎng)變壓器12的次級繞組，其初級繞組與 未詳細(xì)示出的饋電三相電網(wǎng)相連。在負(fù)載側(cè)的變流器4的交流側(cè)的接頭Li、L2和L3上連 接了負(fù)載，特別是三相電機(jī)14。圖2示出了按照本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器、特別是電壓中間電路轉(zhuǎn)換器的原理圖。該按照 本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器與按照圖1的已知轉(zhuǎn)換器的區(qū)別在于，設(shè)置了在直流電壓側(cè)電串聯(lián)的多個 多相的線路換相變流器16，作為電網(wǎng)側(cè)的變流器2。線路換相變流器16在直流電壓側(cè)也可 以并聯(lián)連接或串并聯(lián)連接。作為饋電電路還可以僅設(shè)置一個多相的線路換相變流器16。交 流電壓側(cè)設(shè)置電網(wǎng)變壓器18，其具有相應(yīng)于線路換相變流器16的數(shù)量的次級繞組。這些次 級繞組優(yōu)選地互相分別具有預(yù)先確定的偏移角度。該偏移角度的大小，取決于在直流電壓 側(cè)電串聯(lián)連接的線路換相變流器16的數(shù)量。圖3示意性示出了線路換相變流器16的第一實(shí)施方式。在此是6脈沖的二極管 橋式電路。如果兩個該6脈沖的二極管橋式電路在直流電壓側(cè)電串聯(lián)連接，則獲得12脈沖 的電網(wǎng)側(cè)的變流器2。該兩個6脈沖的二極管橋式電路借助于由一個按照三角形接法的次 級繞組和一個按照星形接法的次級繞組組成的標(biāo)準(zhǔn)變壓器連接到饋電電網(wǎng)。如果三個6脈 沖二極管橋式電路在直流電壓側(cè)串聯(lián)連接，則獲得對于電網(wǎng)側(cè)的變流器2的18脈沖電路。 該電網(wǎng)側(cè)的變流器2的脈沖數(shù)越多，則具有諧波的饋電電網(wǎng)的電網(wǎng)負(fù)載越小。為了出現(xiàn)該 小的電網(wǎng)負(fù)載，兩個6脈沖二極管橋中的一個的交流電壓側(cè)的電網(wǎng)電壓ux、VX和WX必須互 相分別具有偏移角度(例如在12脈沖電路的情況下30° )。這點(diǎn)例如通過如下來實(shí)現(xiàn)兩 個次級繞組中的一個按照三角形連接并且另一個按照星形連接。圖4詳細(xì)示出了線路換相變流器16的第二實(shí)施方式。該實(shí)施方式是按照6脈沖橋 式電路的晶閘管整流器。借助于線路換相變流器16的該實(shí)施方式可以獨(dú)立于饋電電網(wǎng)的 電網(wǎng)電壓來將中間電路直流電壓調(diào)整到預(yù)定的值。此外，存在如下可能性，將兩極的子系統(tǒng) 10的模塊電容器充電，由此不再需要單獨(dú)的預(yù)充電電路。這點(diǎn)對于半控晶閘管橋也適用。如果要將能量從負(fù)載14饋入回饋電電網(wǎng)中，則替代按照圖3的6脈沖二極管橋或 者替代按照圖4的6脈沖晶閘管橋，使用按照圖5的晶閘管雙向變流器作為線路換相變流 器16。圖6示出了按照本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器的另一個實(shí)施方式的電路圖。該實(shí)施方式與按照 圖2的實(shí)施方式的區(qū)別在于，設(shè)置了按照M2C拓?fù)涞牧硪粋€負(fù)載側(cè)的變流器20。該另一個 負(fù)載側(cè)的變流器20與第一負(fù)載側(cè)的變流器4 一樣同樣是被構(gòu)造為三相M2C變流器。在直 流電壓側(cè)該另一個電網(wǎng)側(cè)的變流器20與轉(zhuǎn)換器的正的并且與負(fù)的直流電壓母線Ptl和Ntl導(dǎo) 電相連。借助于具有兩個負(fù)載側(cè)的變流器4和20和一個電網(wǎng)側(cè)的由至少兩個電串聯(lián)連接 的線路換相變流器16組成的變流器2的這樣的轉(zhuǎn)換器可以同時互相分開地調(diào)節(jié)兩個負(fù)載 14。因?yàn)樵谠撾妷褐虚g電路轉(zhuǎn)換器中不再具有中央的中間電路電容器，所以就低電感的結(jié)構(gòu)來說對轉(zhuǎn)換器沒有特別要求。此外，由此充分利用具有至少兩個直流電壓側(cè)電串聯(lián)的線 路換相變流器16的電網(wǎng)側(cè)的變流器2的安裝的變流器設(shè)計容量。圖7示出了按照本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器的另一個實(shí)施方式的電路圖。該實(shí)施方式與按照 圖2的實(shí)施方式的區(qū)別在于，轉(zhuǎn)換器單元22和轉(zhuǎn)換器單元24互相組合。轉(zhuǎn)換器單元22相 應(yīng)于按照圖2的轉(zhuǎn)換器，其中電網(wǎng)側(cè)的變流器2僅具有兩個在直流電壓側(cè)電串聯(lián)的線路換 相的變流器16。相應(yīng)地，電網(wǎng)變壓器26僅具有兩個次級繞組。該兩個次級繞組中的一個按 照星形連接，而另一個次級繞組按照三角形連接。由此獲得12脈沖的饋電電路。轉(zhuǎn)換器單 元24相應(yīng)于按照圖1的轉(zhuǎn)換器。該兩個轉(zhuǎn)換器單元22和24并聯(lián)運(yùn)行。在此，這樣運(yùn)行轉(zhuǎn) 換器單元24，使得該轉(zhuǎn)換器單元24能夠補(bǔ)償轉(zhuǎn)換器單元22的電網(wǎng)側(cè)的變流器2的高次諧 波電流及其無功功率。利用具有至少兩個直流電壓側(cè)電串聯(lián)連接的線路換相變流器16的電網(wǎng)側(cè)的變流 器2的與構(gòu)造為模塊化多級轉(zhuǎn)換器(M2C)的負(fù)載側(cè)的變流器4的組合，獲得電壓中間電路 轉(zhuǎn)換器，其與對于在子類別“按照三角形連接的轉(zhuǎn)換器”中的中壓的電壓中間電路轉(zhuǎn)換器的 公知實(shí)施方式不同，不再具有由至少一個電容器構(gòu)造的電壓中間電路。與對于在子類別“按 照星形連接的轉(zhuǎn)換器”中的中壓的公知的電壓中間電路轉(zhuǎn)換器不同，替代用于單元轉(zhuǎn)換器 (Zellenumrichter)的H橋，此時使用兩極的子系統(tǒng)10，其中，同樣在中壓范圍中采用低截 止的半導(dǎo)體開關(guān)，特別是具有截止電壓1. 7kV的IGBT。由此，獲得對于中壓的電壓中間電路 轉(zhuǎn)換器，其將一個具有用于變流器應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)變壓器26和一個不一定是低電感的中間電 路的簡單的二極管饋電，無需能量存儲器地與負(fù)載側(cè)的單元轉(zhuǎn)換器以降低的開銷組合，從 而僅產(chǎn)生按照三角形接法和星形接法的公知轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
一種具有在直流電壓側(cè)互相導(dǎo)電連接的、電網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)的變流器(2，4)的轉(zhuǎn)換器，其中，負(fù)載側(cè)的多相變流器(4)的每個相模塊(8)的上整流支路和下整流支路(T1，T3，T5；T2，T4，T6)分別具有至少一個兩極的子系統(tǒng)(10)，其特征在于，設(shè)置至少一個多相的線路換相變流器(16)作為電網(wǎng)側(cè)的變流器(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述線路換相變流器(16)被構(gòu)造為二 極管整流器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述線路換相變流器(16)被構(gòu)造為晶閘管整流器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述線路換相變流器(16)被構(gòu)造為半 控的晶閘管橋。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述線路換相變流器(16)被構(gòu)造為晶 閘管雙向變流器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，作為半控的橋，設(shè)置在直流電壓側(cè)電串 聯(lián)連接的二極管整流器和晶間管整流器。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，設(shè)置另一個負(fù)載側(cè)的多相 變流器(20)，其在直流電壓側(cè)與電網(wǎng)側(cè)的并且與第一負(fù)載側(cè)的多相變流器(4)電并聯(lián)連接。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換器，具有電串聯(lián)的至少兩個多相的線路換相 變流器(16)，其特征在于，電網(wǎng)側(cè)的變流器(2)的這些多相的線路換相變流器(16)在交流 電壓側(cè)分別與電網(wǎng)變壓器(18)的低電壓側(cè)的變壓器繞組的接頭相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述低壓側(cè)的變壓器繞組被這樣構(gòu)造， 使得其互相具有預(yù)定的偏移角度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有在直流電壓側(cè)互相導(dǎo)電連接的、電網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)的變流器(2，4)的轉(zhuǎn)換器，其中，負(fù)載側(cè)的多相變流器(4)的每個相模塊(8)的上整流支路和下整流支路(T1，T3，T5；T2，T4，T6)分別具有至少一個兩極的子系統(tǒng)(10)。按照本發(fā)明，設(shè)置至少一個多相的線路換相變流器(16)作為電網(wǎng)側(cè)的變流器(2)。由此獲得轉(zhuǎn)換器、特別是用于中壓的電壓中間電路轉(zhuǎn)換器，其在電網(wǎng)側(cè)將簡單的和成本低的饋電電路與負(fù)載側(cè)的模塊化多級轉(zhuǎn)換器(M2C)組合。
文檔編號H02M7/483GK101939902SQ200980104376
公開日2011年1月5日 申請日期2009年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月6日
發(fā)明者雷納·薩默, 馬克·希勒 申請人:西門子公司