专利名称：一种用低压逆变实现高压逆变的方法、电路和高压变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力电子技术，尤其涉及一种用低压逆变实现高压逆变的方法、电路和高压变换器，具体为由多个三相低压逆变电路的输出通过变压器耦合串联获得高压交流电的三相电力逆变方法、电路和基于这种方法、电路的高压变换器。
背景技术：
作为电力节能技术的重要组成部分，高压电力变换技术正日益受到广泛关注。作为电力变换的核心部件，固态电力电子开关如绝缘栅极三极管(IGBT)的电压等级已达6500V，能够实现交流2500V以下的电力转换，但对于更高的电网电压，电力转换仍然无法直接进行。
电力变换的方法，包括“交流-直流”(整流)的方法和“直流-交流”(逆变)的方法。受电力电子开关耐压及成本限制，在中、高电压的场合，普遍采用单元串联多重化脉冲宽度调制(PWM)高压逆变方法。这种逆变方法将彼此隔离的多路低压直流电逆变成同样路数的低压单相交流电，这些低压单相交流电又被分成对称的三组，各组的各路单相交流电依次串联可以获得单相高压交流电压输出，三路高压交流高压输出的一端连接在一起，另外一端分别作为高压交流电压的三个输出端。借助一定的低压逆变器的PWM分配策略，即可在三个输出端获得三相对称的的多电平高压交流电压。采用这种逆变方法的高压逆变器输出电压波型好、输出电压变化率低、材料成本低、维护方便。但是，由于各低压逆变器都是单相输出，而各路低压直流电压往往是经过整流、滤波得到的，当输出频率较低时，直流电压的波动较大，导致输出谐波电流增大，如果高压变换器的负载是电动机，还会影响到电机的启动性能和低速运转性能。增大直流滤波电容虽然可以改善，但这同时会恶化变换器的输入电流特性。另外，低压变换器的前级滤波电容容量大、价格高、寿命短，不但使高压逆变器成本上升，而且也增加了实际使用过程中的维护工作量。针对单元串联多重化PWM高压逆变方法的上述不足，1998年E. Cengelci在“A NewMedium-voltage PWM Inverter Topology for AdjustabIe-speed Drives, IEEE PaperNo. IPCSD 98-83”中提出了一种三相低压逆变器输出通过变压器耦合串联提高输出交流电压的中压逆变器主电路设计。图IA为该中压逆变器的主电路接线示意图，上述中压逆变器包括三个三相低压逆变器(属于低压变换器)2々、28、2(和三个单相变压器31、32、33。三个三相低压逆变器(如2A)的直流输入彼此隔离、电压相等(如Vdca);各低压逆变器(如2A)将低压直流电压(如VDeA)逆变成所需要的三相交流电；各个低压变换器2A、2B、2C的逆变桥都采用PWM控制，各逆变桥中对应开关的PWM信号基准波相同，载波波形相同而相位彼此相差120° ;各三相低压变换器(如2A)分别有一个输出端(如ul)作为中压逆变器的输出连接到负载，如电机5 ;其它两个输出端(如vl和wl)则连接输出耦合变压器(如32、33)。其中，图IA中的三个单相耦合变压器31、32、33匝比都是I : 1，并分别工作于三相低压变换器的w-u、v-w, U-V相，所以可以用一个三相变压器3A来加以实现，如图IB所示，该三相变压器的功率只相当于中压逆变器输出功率的1/3。借助上述低压逆变器输出的变压器耦合串联方式，中压变换器的输出电压分别为Uuv — Uuvi+Um^Uuv3,Uvw = Uvffl+Uvff2+Uvff3,Um = Uffui+Uffu^Uffu3 ;从而使输出得以提高。所述各低压逆变器采用错相调制，各低压逆变器的输出电压纹波能够相互抵消，使得中压逆变器能够实现多电平输出，这样，不仅降低了输出电流纹波，也降低了输出电压 的变化率。上述三相低压逆变器输出变压器耦合串联的中压逆变器直接采用三相逆变，改善了单元串联多重化PWM高压逆变器的单相逆变导致的直流电压波动问题，进而可以降低逆变器中前级滤波电容的数量。但缺点是只能实现三级叠加，难以由低压逆变器直接实现高压电力逆变。若通过上述三相低压逆变器输出变压器耦合串联的嵌套方式获取高压输出，如图2所示，即先由九个三相低压逆变器2A 21的输出借助三个三相耦合变压器3A、3B、3C耦合串联实现三个中压逆变器，三个中压逆变器的输出再经过一级三相变压器3D耦合串联的方式获得高压输出，则耦合变压器数量增多至4个，变压器的种类增加到2种(变压器3A 3C功率为高压逆变器输出功率的1/9，变压器3D功率为高压逆变器功率的1/3)，总功率提高到主变压器的2/3，这样，不仅增大了成本，而且只能实现3、9、27...个三相低压逆变组合,应用不够灵活。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用低压逆变实现高压逆变的方法、电路和高压变换器，以克服单元串联多重化PWM高压逆变方法和现有三相低压逆变器输出经三相变压器耦合串联的中压逆变方式的诸多不足，能够实现任意三个及以上的三相低压逆变输出经变压器耦合串联的高压交流输出。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的一种利用低压逆变实现高压逆变的方法，该方法包括如下步骤A、将M个三相低压逆变电路的输入设为电气彼此隔离的直流电压；B、各低压逆变电路的三相输出电压，分别直接串联或通过单相变压器耦合串联到对应相，以获得三相高压交流输出；所述各低压逆变电路的输出端之间通过单相变压器的绕组连接；C、将三个三相低压逆变电路的三相输出中的两相分别直接串联到对应相的高压交流输出端，然后将所述三个低压逆变电路的该两相输出的公共输出端分别作为高压逆变电路的三相输出端；D、最后，再将各三相低压逆变电路分别通过脉冲宽度调制PWM的方式，将输入的直流电压逆变成三相对称的PWM交流输出电压，各个三相低压逆变电路对应输出的交流PWM电压基准波相同，载波波形相同、相位依次相差360° /M ;其中，M为大于或等于3的自然数。其中，步骤B所述获得三相高压电流输出，具体为BI、将所述M减MOD (M，3)个低压逆变电路的部分输出相直接串联到对应相高压交流输出，其余输出相经过单相变 压器耦合隔离后串联到对应相高压交流输出，所述MOD (M，
3)表示M除以3的余数；B2、如果低压逆变电路的个数M不是3的整数倍，还存在其余的低压逆变电路，其所有三个输出相分别经过单相变压器耦合隔离后串联到对应相高压交流输出。所述的单相变压器结构相同，将分别属于不同输出相的3个所述单相变压器组合成一个三相变压器，若全部采用所述三相变压器实现耦合隔离，则至少需要Ceil (2M/3)减I个三相变压器；其中，M为大于或等于3的自然数，所述CeilO为天花板函数，表示对实数向大取整。一种利用低压逆变实现高压逆变的电路，所述电路包括M个三相低压逆变电路、Ceil (2M/3)减I个三相变压器；所述各三相低压逆变电路的输入电压为直流，且彼此之间电气隔离；将所述M个三相低压逆变电路最多分成3组第一组包括3个三相低压逆变电路，其中各低压逆变电路分别有两个输出相直接串联到高压逆变电路的对应相输出，其余的一个输出相分别经过三相变压器耦合隔离后串联到高压逆变电路的对应相输出中；如果M不是3的整数倍，低压逆变电路还存在第二组，包括MOD (M，3)个低压逆变电路，所述M0D(M，3)表示M除以3的余数；第二组各个低压逆变电路的三相输出分别经过三相变压器耦合隔离后串联到高压逆变电路的对应相输出中；如果M为大于或等于6的自然数，其它的低压逆变电路作为第三组，其中各个低压逆变电路的一个输出相直接串联到高压逆变电路的对应输出相，另外两个输出相分别经过三相变压器耦合隔离后串联到高压逆变电路的对应输出相中；所述各个低压逆变电路的输出之间，不直接连接；所述第一组各低压逆变电路直接串联输出的两相的公共端分别作为高压逆变电路的三相输出端；其中，M为大于或等于3的自然数；所述Ceil ()为天花板函数，表示对实数向大取
難
iF. O所述M个三相低压逆变电路结构相同；各三相低压逆变电路分别通过PWM方式将输出的直流电压逆变成三相对称的PWM交流输出电压，各三相低压逆变电路对应输出的交流PWM电压基准波。所有的所述三相变压器的所有绕组匝数相同。一种高压变换器，其特征在于，包括一个主变压器、3N个三相低压变换器、2N-1个三相输出变压器和一个主控制器；所述移相主变压器为三相多副边绕组变压器，其原边绕组连接三相高压电网、副边绕组包括彼此电气隔离、输出电压相等的3N路，每路为对称三相输出，对于每个三相低压变换器都有一路副边绕组与其连接；所述低压变换器的输出分别与高压变换器的负载或三相耦合变压器的绕组相连；各低压变换器分别与主控制器相连；其中，N为自然数。其中，所述主变压器为三相移相变压器，其各路副边绕组之间存在20/N度的相位差；或者，将副边绕组分成L组，所述组内各路副边绕组相位相同，各组副边绕组之间相位依次相差60/L度，其中，N、L为自然数，3N为L的整数倍。所述低压变换器包括三相不控整流桥(21)、直流滤波电路(22)、三相全控逆变桥
(23)和控制驱动电路(24);其中，三相整流桥(21)的交流侧a、b、c端作为低压变换器的输入，连接移相主变压器的一路三相副边绕组，其直流侧P、n端与直流滤波电路(22)以及三相全控逆变桥(23)的直流侧连接，而三相全控逆变桥(23)的交流侧U、V、w端作为该低压变换器的输出端；控制驱动电路(24)通过光纤与主控制器连接，接收来自主控制器的PWM信号，控制三相全控逆变桥(23)的固态功率开关(231 236)，并将该低压变换器的运行信息发送给主控制器。所述各三相输出变压器的六个绕组匝数相同；三相输出变压器各个原边绕组连接同一低压变换器的两个输出端；三相输出变压器各个副边绕组分别串接入高压变换器的对 应相输出。所述各个三相低压变换器的三相全控逆变桥(23)中对应固态开关的逆变控制PWM信号的基准波相同，载波形状相同且相位依次相差120/N度，其中，N为自然数。本发明所提供的用低压逆变实现高压逆变的方法、电路和高压变换器，具有以下优点I、直接采用三相低压逆变，改善了单元多重化PWM高压逆变器的单相逆变导致的直流电压波动问题，进而可以减少逆变器中前级滤波电容的数量；2、可以实现任意三级及以上的三相逆变叠加，能够由三相低压逆变器直接实现三相高压电力逆变；3、与三个三相低压逆变器输出经变压器耦合串联的嵌套方案相比，输出变压器的总容量明显降低，并且应用更加灵活。
图IA为现有变压器耦合串联中压逆变器主电路示意图；图IB为现有变压器耦合串联中压逆变器的三相输出变压器示意图；图2为两级嵌套变压器耦合串联高压逆变器主电路示意图；图3A为本发明4低压逆变器输出变压器耦合串联高压逆变电路示意图；图3B为本发明4低压逆变器输出耦合串联高压逆变电路串联关系示意图；图3C为本发明4低压逆变器输出耦合串联高压逆变电路的三相输出变压器示意图；图3D为本发明4低压逆变器输出耦合串联高压逆变电路输出电压合成波形示意图；图4A为本发明6低压逆变器输出变压器耦合串联高压逆变电路示意图；图4B为本发明6低压逆变器输出耦合串联高压逆变电路串联关系图；图4C为本发明6低压逆变器输出耦合串联高压逆变电路的三相输出变压器示意图；图5A为本发明6低压逆变器输出变压器耦合串联高压变换器主电路示意图5B为本发明的三相低压变换器电路示意图；图5C为本发明6低压逆变器输出变压器耦合串联高压变换器输出电压合成示意图；图为本发明6低压逆变器输出变压器耦合串联高压变换器输入电流合成示意图；图6A为本发明9个低压变换器耦合串联高压变换器主电路示意图；图6B为图6A对应的三相输出变压器接线示意6C为图6A、图6B所不的闻压变换器电压稱合串联关系图。主要部件符号说明I :移相主变压器11 :三相原边绕组12A-12I :副边绕组2A-2I :三相低压逆变器(电路)21 :三相整流桥22:直流滤波电路23 :三相(全控)逆变桥24:控制驱动电路31-39 :单相输出变压器3A-3E :三相输出变压器4、主控制器5 电动机6、高压电网。
具体实施例方式下面结合附图及本发明的实施例对本发明的方法、电路和高压变换器作进一步详细的说明。本发明提供了一种采用任意三个或三个以上的三相低压逆变器输出经变压器耦合串联获得高压交流输出的方法，以下结合具体的电路描述基于这种高压逆变方法的高压逆变电路。图3A为本发明实施例采用4个三相低压逆变电路实现的高压逆变电路示意图，这4个低压逆变电路(如2A)的输入电压都是直流电压(如VDCA)，并且彼此之间电气隔离。图3B给出了 4个三相低压逆变电路的输出经过变压器耦合串联的方法，图中的椭圆符号表示对应输出直接串联到高压逆变器的输出相中，方框符号则表示对应输出通过变压器耦合隔离后串联到高压逆变器的输出相中；椭圆和方框中的符号则表示电压的来源，如椭圆中的uvl表示高压逆变电路U-V输出相中串联的该电压分量来自三相低压逆变电路2A的输出电压ul-vl，方框中的wu2表示高压逆变电路W-U输出相中的该电压分量来自三相低压逆变电路2B的w2-u2，其它类似。各个低压逆变电路(如2A)的三相输出电压(如ul-vl、vl-wl、wl_ul)，分别串联到高压逆变电路的U-V、V-W、W-U相，以获得三相高压交流输出；其中三个低压逆变电路2A、2B、2C分别有两个输出相，如2A的ul-vl相和wl-ul相、2B的u2_v2相和v2_w2相、2C的v3-w3相和w3-u3相，直接串联到高压逆变电路的对应相输出之中；这三个低压逆变电路的其余输出相，如2A的V 1-wl相、2B的w2-u2相、2C的u3_v3相，则分别经过变压器32、33、31耦合隔离后串联到高压逆变电路的v-w、W-U、U-V相输出中。在图3A中共有4个三相低压逆变电路，由于4不是3的整数倍，还存在一个低压逆变电路2D，其所有三个输出相u4-v4、v4-w4, w4-u4分别经过变压器34、35、36耦合隔离后分别串联到高压逆变电路U-V、V-W、W-U相的交流输出中；图3A中，各低压逆变电路的输出之 间，不存在直接连接；其中的三相低压逆变电路 2A、2B、2C，各有两相输出(如 2A 的 ul-vl 和 wl-ul、2B 的 u2_v2 和 v2_w2、2C 的 v3_w3 和w3-u3)直接串联到对应相的高压逆变电路交流输出中；低压逆变电路2A、2B、2C的这两相输出的公共端ul、v2、《3分别作为高压逆变电路的U、V、W三相输出端。各个三相低压逆变电路(如2A)分别通过PWM方式，将输入的直流电压(如Vdca)逆变成三相对称的PWM交流输出电压(如ul-vl、vl-wl和wl-ul);三相低压逆变电路2A、2B、2C、2D对应输出的交流PWM电压基准波相同，载波波形相同、相位依次相差90° (360° /4)，这样可以使各个低压逆变电路的各对应相，如2A的ul-vl、2B的u2-v2、2C的u3-v3、2D的u4-v4的输出PWM电压的低频分量波形和相位一致但脉冲依次错开，使各低压逆变电路的对应相输出的载波分量能够相互抵消，这样，不但实现了高压逆变电路的多电平输出，降低了高压逆变电路输出电压的变化率，而且降低了输出纹波电压，从而可以采用较低的PWM调制频率实现比较理想的高压交流输出。图3D给出了一个各低压逆变电路的PWM输出电压及高压逆变电路输出电压的波形示意图，其中RefU、RefV分别是低压逆变电路(包括2A、2B、2C、2D)的U相和V相PWM基准波，Cl、C2、C3、C4分别是低压逆变电路2A、2B、2C、2D的PWM载波，V、Vuv2> Vuv3> Vuv4分别是低压逆变电路2A、2B、2C、2D对应高压逆变电路U-V相的输出端ul_vl、u2_v2、u3_v3、u4-v4之间的电压，Vuv是高压逆变电路输出端U-V之间的电压。图中的4个三相低压逆变电路的输入直流电压是相同的，其输出通过变压器的耦合串联，输出电压的电平数能多达9级。如图3D所示Vuv — Vuvi+Vuv2+Vuv3+Vuv4Vvff — Vvffl +Vvff2+Vvff3+Vvff4Vffu — Vffui+Vm^VffuJVffu4可见，高压逆变电路的输出为低压逆变电路的4倍。如果上述各低压逆变单元采用不同的输入直流电压，输出电压的电平数则会更多，本发明提供的高压逆变方法也能够适用。另外，图3D中采用的是正弦PWM调制，如果采用其它的调制方法，也不会影响到本发明提供的方法的有效性。在图3B中，通过变压器进行耦合串联的三相低压逆变电路的输出电压包括2A的vl_wl、2B的w2_u2、2C的u3_v3和逆变电路2D的u4_v4、v4_w4、w4_u4,可以看出对应三相闻压输出中的每个相各有两路电压输出(如vl-wl和v4_w4),因此可以用两个三相变压器来实现这6路电压的隔离耦合。图3C给出了一种用三相变压器实现三路电压隔离的接线方式，其中一个变压器3A实现vl-wl、W2-u2、u3-v3的电压耦合输出，另外一个变压器3B实现u4-V4、V4-W4、W4-u4的电压耦合输出。如果采用单相变压器耦合输出，每个单相变压器的功率都是低压逆变电路输出功率的1/VL共需要6个变压器；如果用两个三相变压器耦合输出，每个变压器的功率都等于低压逆变电路输出功率；采用三相变压器实现，可以降低耦合变压器的总功率。图3B给出的低压逆变输出经变压器耦合串联组合方式并不是唯一的，图3B只是给出的一种串联方式。假设采用的低压逆变电路的个数为M个，如果全部采用三相变压器实现耦合隔离，则三相变压器的个数至少为Ceil(2M/3)_l个；这里，所述CeilO为天花板函数，表示对实数向大取整，如Ceil (3. I) = 4，Ceil (3. 9) = 4。在图3B中，低压逆变电路的个数M =4，则需要三相变压器的数量至少为2个，如图3C所示。增加变压器个数也可以实现串联输出，但不够经济。作为另一个实施例。图4A提供了一个用6个低压三相逆变电路的输出通过9个 单相变压器耦合串联实现三相高压逆变的方案，图4B是对应的低压逆变电路输出电压串联方式示意图。上述9个单相输出变压器也可以用三个三相变压器来代替，图4C给出了一种实现方式。图4A的6个三相低压逆变电路输出耦合串联高压逆变方案与图3A所示的4个三相低压逆变电路的方案对照，存在以下区别I)需要6路相互电气隔离的直流电压作为各低压逆变电路的输入；2)有6个三相低压逆变电路，是3的整数倍，所有的低压逆变电路，都有部分输出电压直接串联到高压逆变电路的输出电压中；3个三相低压逆变电路2A、2B、2C，分别有两个输出相直接串联到对应高压相输出，另外3个三相低压逆变电路2D、2E、2F，分别有一个输出相直接串联到对应高压相输出，其它输出相则分别经过变压器耦合串联到对应高压相输出中；3)三相低压逆变电路的交流PWM载波相位依次相差60° (即360° /6)；4)高压逆变电路的输出电压为低压逆变电路的6倍，电平数能多达13级；5)输出耦合三相变压器的个数为3个。其它方面的特征与4个三相低压逆变电路的情形相同或容易由4个低压逆变电路的情形得出。本发明的多个三相低压逆变器输出通过变压器耦合串联的高压逆变方法，可以应用到高压变换器中，实现三相高压交流电的“交流-交流”转换，以应用于交流电机调速等领域。为此，本发明还提供了一种三相高压电力变换器，请参考图5A，如图所示的高压电力变换器，包括移相主变压器I、六个(N = 2)三相低压变换器2A 2F、三个三相耦合输出变压器3A 3C和主控制器4。移相主变压器I为三相多副边绕组变压器，其原边绕组11接线端作为高压变换器的输入，连接三相高压电网6，副边绕组包括六路12A 12F，六路输出彼此电气隔离、电压相等，各路(如12A)的三相输出对称；对于每个三相低压变换器(如2A)，都有一路副边绕组(如12A)与其连接。各路副边绕组(12A 12F)之间存在相位差，相位依次相差10° (即60° /6 = 10° )。图5B为上述三相低压变换器的电路结构示意图，每个三相低压变换器(如2A)包括三相不控整流桥21、直流滤波电路22、三相全控逆变桥23和控制驱动电路24。三相整流桥21的交流侧a、b、c作为低压变换器的输入，连接移相主变压器I的一路三相副边绕组(如12A)，其直流侧p、n与直流滤波电路22以及三相逆变桥23的直流侧连接，而三相逆变桥23的交流侧u、v、w作为该低压变换器(如2A)的输出端。控制驱动电路24通过光纤与主控制器4连接，接收来自主控制器4的PWM信号控制三相逆变桥23的固态功率开关231 236，并将该低压变换器(如2A)的运行信息发送给主控制器4。高压变换器共有6个三相低压变换器2A 2F，对应的三相输出变压器的接线图同图4C。低压变换器(如2A)的输出分别与高压变换器的负载5或三相耦合变压器(如3A、3B、3C)的绕组连接。以图5A为例，低压变换器2A、2B、2C各有一个输出端ul、v2、w3分别连接负载的一个接线端，另外两个输出端则分别连接到三相输出变压器3A的原边绕组和3B、3C的副边绕组；而低压变换器2D、2E、2F的输出端分别连接到输出变压器3B、3C的原边绕组和副边绕组。三个三相输出变压器3A、3B、3C的所有六个绕组匝数相同，三个副边绕 组都独立引线；输出变压器各副边绕组(如3B的vl-u4)分别串接入高压变换器的对应相(U-V)输出。当然，三相耦合输出变压器3A、3B、3C与低压变换器2A-2F之间还有其它的连接方式，在此只给出这种连接方式作为例证。对于上述耦合输出变压器的连接方式，其电压合成关系图同图4B，高压变换器的三相线电压输出分别为Vuv — Vuvi+Vuv2+Vuv3+Vuv4+Vuv5+Vuv6Vvff — Vvffl +Vvff2+Vvff3+Vvff4+Vvff5+Vvff6Vffu — Vffui+Vffu2+VwuJVto4+Vffu5+Vffu6其中VOT为高压变换器的U、V相之间的线电压，而Vuvi Vuv6分别为低压变频器2A 2F的U、V相之间的线电压；其它Uvw、Uffu类似，不再赘述。低压变换器(如2A)的逆变桥23中固态开关231 236都采用PWM信号进行控制，各低压变换器对应固态开关(如231)的PWM信号的基准波相同，其载波频率相同且存在相位差，对于图5A描述的六个低压变换器输出f禹合串联的高压变换器，PWM载波相位依次相差60° (N=2，120° /2 = 60° )。采用上述调制组合方式，各低压变换器的输出电压的低频分量相同，而电压脉冲相互错开。结合前面的电压合成公式可以得出，采用6个低压变换器，通过变压器耦合串联输出，高压变换器的输出电压等于低压变换器输出电压的6倍。另外，不同低压变换器的线电压只能依次变化，使高压变换器得以多电平输出，从而限制了输出电压变化率。图5C描述的是六级低压变换器耦合输出高压变换器U、V相之间的输出电压合成
波形图，其中RefU、RefV分别是低压变换器逆变桥的U、V相PWM基准波，Cl.....C6分别
是低压变换器2A、. . . 2F逆变桥的PWM载波(相位依次相差60° )，Vuvi.....Vuv6分别为低
压变换器2A.....2F的U、V相之间的线电压，Vuv是高压变换器的U、V相之间的线电压，从
图5C可以看出，高压变换器的输出线电压电位数可以多达13个。各个低压变换器2A、2B、. . .、2F对应的主变压器副边绕组12A、. . .、12F之间的电
压相位依次相差10°，不但能使各三相低压变换器(2A.....2F)的直流母线电压脉动相互
抵消，从而降低低压变换器的直流纹波电压对高压变换器输出电压的影响，而且也使得低压变换器(2A、2B.....2F)引起的主变压器I的原边电流相位依次错开10°，可以改善高压变频器的输入电流特性。图给出的是六级低压变换器输出耦合串联的高压变换器的
A相输入电流合成波形图，其中IA1、... Ia6分别是低压变换器2A、2B.....2F导致的主变压
器A相原边电流分量，Ia是总的A相原边电流，显然，Ia与各低压变换器引起的原边电流分量(如Iai)相比，谐波电流显著降低。
九个660V三相低压变换器的输出通过五个三相变压器耦合串联，可以实现6KV电压等级的高压变换器，图6A所示为9个三相低压变换器耦合串联高压变换器的主电路示意图，图6B所示为对应的三相输出变压器外部接线图，图6C所示为该高压变换器输出耦合串联关系图。这种情况下，由于移相主变压器的副边绕组数量较多，可以采取分组移相方式，例如九个三相副边绕组分为三组(L = 3)，每组的三个副边绕组(如12A、12B、12C)的输出电压相位相同，而各组副边绕组的输出电压相位依次相差20° ￠0° /3)。各低压变换器的逆变PWM载波相位依次错开40° (N = 3，120° /3)。采用这种九个低压变换器的耦合串联方案，每个三相输出变压器的功率大致为主变压器的1/9，5个输出变压器的总功率只是主变压器的5/9，与图2描述的低压变换器两级嵌套耦合输出方案相比，输出变压器总容量降低了 1/6。以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
权利要求
1.一种利用低压逆变实现高压逆变的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤 A、将M个三相低压逆变电路的输入设为电气彼此隔离的直流电压； B、各低压逆变电路的三相输出电压，分别直接串联或通过单相变压器耦合串联到对应相，以获得三相高压交流输出；所述各低压逆变电路的输出端之间通过单相变压器的绕组连接； C、将三个三相低压逆变电路的三相输出中的两相分别直接串联到对应相的高压交流输出端，然后将所述三个低压逆变电路的该两相输出的公共输出端分别作为高压逆变电路的三相输出端； D、最后，再将各三相低压逆变电路分别通过脉冲宽度调制P丽的方式，将输入的直流电压逆变成三相对称的PWM交流输出电压，各个三相低压逆变电路对应输出的交流PWM电压基准波相同，载波波形相同、相位依次相差360° /M ;其中，M为大于或等于3的自然数。
2.根据权利要求I所述的利用低压逆变实现高压逆变的方法，其特征在于，步骤B所述获得三相高压电流输出，具体为 B I、将所述M减MOD (M，3)个低压逆变电路的部分输出相直接串联到对应相高压交流输出，其余输出相经过单相变压器耦合隔离后串联到对应相高压交流输出，所述MOD (M，3)表示M除以3的余数； B2、如果低压逆变电路的个数M不是3的整数倍，还存在其余的低压逆变电路，其所有三个输出相分别经过单相变压器耦合隔离后串联到对应相高压交流输出。
3.根据权利要求I所述的利用低压逆变实现高压逆变的方法，其特征在于，所述的单相变压器结构相同，将分别属于不同输出相的3个所述单相变压器组合成一个三相变压器，若全部采用所述三相变压器实现耦合隔离，则至少需要Ceil (2M/3)减I个三相变压器；其中，M为大于或等于3的自然数，所述Ceil ()为天花板函数，表示对实数向大取整。
4.一种利用低压逆变实现高压逆变的电路，其特征在于，所述电路包括:M个三相低压逆变电路、Ceil (2M/3)减I个三相变压器；所述各三相低压逆变电路的输入电压为直流，且彼此之间电气隔离；将所述M个三相低压逆变电路最多分成3组 第一组包括3个三相低压逆变电路，其中各低压逆变电路分别有两个输出相直接串联到高压逆变电路的对应相输出，其余的一个输出相分别经过三相变压器耦合隔离后串联到高压逆变电路的对应相输出中； 如果M不是3的整数倍，低压逆变电路还存在第二组，包括MOD (M，3)个低压逆变电路，所述M0D(M，3)表示M除以3的余数；第二组各个低压逆变电路的三相输出分别经过三相变压器耦合隔离后串联到高压逆变电路的对应相输出中； 如果M为大于或等于6的自然数，其它的低压逆变电路作为第三组，其中各个低压逆变电路的一个输出相直接串联到高压逆变电路的对应输出相，另外两个输出相分别经过三相变压器耦合隔离后串联到高压逆变电路的对应输出相中； 所述各个低压逆变电路的输出之间，不直接连接； 所述第一组各低压逆变电路直接串联输出的两相的公共端分别作为高压逆变电路的三相输出端； 其中，M为大于或等于3的自然数；所述Ceil ()为天花板函数，表示对实数向大取整。
5.根据权利要求4所述的利用低压逆变实现高压逆变的电路，其特征在于，所述M个三相低压逆变电路结构相同；各三相低压逆变电路分别通过PWM方式将输出的直流电压逆变成三相对称的PWM交流输出电压，各三相低压逆变电路对应输出的交流PWM电压基准波。
6.根据权利要求4所述的利用低压逆变实现高压逆变的电路，其特征在于，所有的所述三相变压器的所有绕组匝数相同。
7.一种高压变换器，其特征在于，包括一个主变压器、3N个三相低压变换器、2N-1个三相输出变压器和一个主控制器；所述移相主变压器为三相多副边绕组变压器，其原边绕组连接三相高压电网、副边绕组包括彼此电气隔离、输出电压相等的3N路，每路为对称三相输出，对于每个三相低压变换器都有一路副边绕组与其连接；所述低压变换器的输出分别与高压变换器的负载或三相耦合变压器的绕组相连；各低压变换器分别与主控制器相连；其中，N为自然数。
8.根据权利要求7所述的高压变换器，其特征在于，所述主变压器为三相移相变压器，其各路副边绕组之间存在20/N度的相位差；或者， 将副边绕组分成L组，所述组内各路副边绕组相位相同，各组副边绕组之间相位依次相差60/L度，其中，N、L为自然数，3N为L的整数倍。
9.根据权利要求7所述的高压变换器，其特征在于，所述低压变换器包括三相不控整流桥(21)、直流滤波电路(22)、三相全控逆变桥(23)和控制驱动电路(24);其中，三相整流桥(21)的交流侧a、b、c端作为低压变换器的输入，连接移相主变压器的一路三相副边绕组，其直流侧P、n端与直流滤波电路(22)以及三相全控逆变桥(23)的直流侧连接，而三相全控逆变桥(23)的交流侧U、v、w端作为该低压变换器的输出端；控制驱动电路(24)通过光纤与主控制器连接，接收来自主控制器的PWM信号，控制三相全控逆变桥(23)的固态功率开关(231 236)，并将该低压变换器的运行信息发送给主控制器。
10.根据权利要求7所述的高压变换器，其特征在于，所述各三相输出变压器的六个绕组匝数相同；三相输出变压器各个原边绕组连接同一低压变换器的两个输出端；三相输出变压器各个副边绕组分别串接入高压变换器的对应相输出。
11.根据权利要求8或9所述的高压变换器，其特征在于，所述各个三相低压变换器的三相全控逆变桥(23)中对应固态开关的逆变控制PWM信号的基准波相同，载波形状相同且相位依次相差120/N度，其中，N为自然数。
全文摘要
本发明公开一种用低压逆变实现高压逆变的方法、电路和高压变换器，包括将M个三相低压逆变电路的输入设为电气彼此隔离的直流电压；各低压逆变电路的三相输出电压，分别直接串联或经过变压器耦合串联到对应相，以获得三相高压交流输出；将三个三相低压逆变电路的三相输出中的两相分别直接串联到对应相的高压交流输出端，然后将所述三个低压逆变电路的该两相输出的公共输出端分别作为高压逆变电路的三相输出端；再将各三相低压逆变电路分别通过脉冲宽度调制PWM的方式，将输入的直流电压逆变成三相对称的PWM交流输出电压。采用本发明，能够实现任意三个及三个以上的三相低压逆变器输出经变压器耦合串联的高压交流输出。
文档编号H02M1/14GK102739097SQ201110086489
公开日2012年10月17日 申请日期2011年4月7日 优先权日2011年4月7日
发明者李永盼 申请人:李永盼