一种中高压变频电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力电子技术，特别涉及一种中高压变频电路。
【背景技术】
[0002]中高压变频调速节能效果日益显著，且随着人们节能减排意识不断增强，中高压变频调速技术得到了高速发展。中高压变频技术可以采用绝缘栅双极性晶体管(IGBT)器件实现，IGBT是由双极性三极管(BJT)和绝缘栅型场效应管(MOSFET)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和BJT的低导通压降两方面的优点，驱动功率小且饱和压降低，非常适合应用于直流电压600伏及以上的变流等领域，并通过合理地串联可以实现中高压变频技术。
[0003]但是，由于IGBT器件的工作电压有限，不能直接将直流电压逆变输出高压交流电压，所以单独采用IGBT器件作为核心器件构建中高压变频电路的技术还不成熟。
[0004]因此，目前的中高压变频电路仍然以具有隔离变压器的逆变单元串联为主，每相由多个彼此隔离的逆变单元串联以达到高压变频输出的目的，这种中高压变频电路存在以下缺点:
[0005]第一点，单元数量多，目前6千伏的产品三相由15个单元构成，结构复杂，故障率高；第二点，逆变单元输入要求彼此隔离，应次前级需要同功率的隔离变压器，体积庞大；第三点，各个逆变单元单相输出，低频工作时，逆变单元直流电压波动大，影响低频性能。
[0006]由于上述由具有隔离变压器的逆变单元串联组成的中高压变频电路的缺点存在，所以采用多电平技术实现中高压变频电路受到了人们的关注，该技术可以省去逆变单元中的隔离变压器，电路的体积也可以降低一半。图1为现有技术提供的二极管钳位五电平的中高压变频电路结构示意图，该中高压变频电路采用直流电压输入，输出为模拟正弦波的交流电压。在该电路中，开关器件采用IGBT器件举例说明。
[0007]在该电路中，直流电压输入端由四个电容串联构成，分别为第一电容Cl，第二电容C2，第三电容C3及第四电容C4，各个电容的电压分别为电容电压E，在第二电容C2和第三电容C3之间作为参考电压O。
[0008]对于每一相的分电路结构都相同，所以采用A相的分电路进行说明。在A相分电路中，由8个IGBT器件串联后，并入到直流电源输入两段，其中，第一 IGBT器件Ql、第二 IGBT器件Q2、第三IGBT器件Q3、第四IGBT器件Q4直接串联后，与第五IGBT器件NQl、第六IGBT器件NQ2、第七IGBT器件NQ3及第八IGBT器件NQ4互补串接，在第四IGBT器件Q4和第五IGBT器件NQl之间为A相逆变交流电压输出。第一二极管Dl和第二二极管D2串联，第一电容Cl和第二电容C2之间接入到第一二极管Dl和第二二极管D2之间，第一二极管Dl的负极接入到第一 IGBT器件Ql和第二 IGBT器件Q2之间，第二二极管D2的正极接入到第五IGBT器件NQl与第六IGBT器件NQ2之间；第三二极管D3和第四二极管D4串联，第三二极管D3和第四二极管D4之间接入到作为参考电压O的输入端，第三二极管D3的负极接入到第二 IGBT器件Q2和第三IGBT器件Q3之间，第四二极管D4的正极接入到第六IGBT器件NQ2与第七IGBT器件NQ3之间；第五二极管D5和第六二极管D6串联，第三电容C3和第四电容C4之间连接到第五二极管D5和第六二极管D6之间，第五二极管D5的负极接入到第三IGBT器件Q3和第四IGBT器件Q4之间，第六二极管D6的正极接入到第七IGBT器件NQ3与第八IGBT器件NQ4之间。
[0009]通过对不同IGBT器件的开通或关闭，就可以输出不同的电压，比如电压0、电容电压E、2倍的电容电压2E、负电容电压-E及2倍的负电容电压-2E等。
[0010]但是，采用图1所示的中高压变频电路结构存在着缺点:首先，每相分电路上都需要6个二极管及8个开关器件，器件较多，特别是钳位二极管的数量较多；其次，由于多个开关器件的串联，在开关器件切换的瞬间，很可能会存在过压击穿的情况，无法保证中高压变频电路的安全性。
【发明内容】
[0011]有鉴于此，本发明实施例提供一种中高压变频电路，该电路结构所采用的器件较少，结构简单，能够保证安全运行。
[0012]根据上述目的，本发明是这样实现的:
[0013]一种中高压变频电路，包括:
[0014]直流电压输入端由四个电容串联构成，分别为第一电容(Cl)，第二电容(C2)，第三电容(C3)及第四电容(C4)，在第二电容(C2)和第三电容(C3)之间作为参考电压O ;
[0015]所述高压变频电路由多相分电路并联组成，每一相的分电路结构相同，其中，每一相分电路由四对互补连接的开关器件构成，其中，第三开关器件(03)和第七开关器件(NQ3)互补连接在第一电容(Cl)两端，第四开关器件(04)和第八开关器件(NQ4)互补连接在第四电容(C4)两端，第二开关器件(Q2)和第六开关器件(NQ2)互补连接在第五电容(C5)两端；第九开关器件(Qll)和第十开关器件(Q12)串联，同时开关，一端连接到第三开关器件(03)和第七开关器件(NQ3)之间，另一端连接到第二开关器件(Q2)上；第十一开关器件(NQll)和第十二开关器件(NQ12)串联同时开关，一端连接到第六开关器件(NQ2)上，另一端连接到第四开关器件(04)和第八开关器件(NQ4)之间，串联的第九开关器件(Qll)和第十开关器件(Q12)，与串联的第十一开关器件(NQll)和第十二开关器件(NQ12)互补，第二开关器件(Q2)和第六开关器件(NQ2)连接处为所述本相逆变输出。
[0016]所述开关器件的互补连接为:当其中一个开关器件为开通时，另一个开关器件为关断。
[0017]所述中高压变频电路为三相时，所述每一相分电路重复设置三次，构成A相分电路、B相分电路和C相分电路；
[0018]所述中高压变频电路为四相时，所述每一相分电路重复设置四次。
[0019]所述逆变输出为电压O时，包括:
[0020]第一种方式，第七开关器件(NQ3)、第九开关器件(Qll)、第十开关器件(Q12)、第六开关器件(NQ2)、以及第四开关器件(Q4)开通，相应互补的第三开关器件(Q3)、第十一开关器件(NQll)、第十二开关器件(NQ12)、第二开关器件(Q2)、以及第八开关器件(NQ4)关断；
[0021]第二种方式，第四开关器件(Q4)、第十一开关器件(NQ11)、第十二开关器件(NQ12)、第二开关器件(Q2)、以及第七开关器件(NQ3)开通，相应互补的第八开关器件(NQ4)、第九开关器件(Qll)、第十开关器件(Q12)、第六开关器件(NQ2)、以及第三开关器件(Q3)关断。
[0022]所述采用第一种方式时，所述电路输出电流为正，第五电容(C5)充电，第五电容(C5)电压升高，所述电路输出电流为负，第五电容(C5)放电，第五电容(C5)电压降低；
[0023]所述采用第二种方式时，所述电路输出电流为正，第五电容(C5)放电，第第五电容(C5)电压降低，所述电路输出电流为负，第五电容(C5)充电，第五电容(C5)电压升高。
[0024]当要逆变输出电容电压时，第七开关器件(NQ3)、第九开关器件(Q11)、第十开关器件(Q12)、第二开关器件(Q2)及第四开关器件(Q4)开通，相应互补的第三开关器件(Q3)、第十一开关器件(NQll)、第十二开关器件(NQ12)、第六开关器件(NQ2)、以及第八开关器件(NQ4)关断；
[0025]当要逆变输出2倍电容电压时，第三开关器件(Q3)、第九开关器件(Qll)、第十开关器件(Q12)、第二开关器件(Q2)、及第四开关器件(Q4)开通，相应互补的第七开关器件(NQ3)、第十一开关器件(NQll)、第十二开关器件(NQ12)、第六开关器件(NQ2)及第八开关器件(NQ4)关断;
[0026]当要逆变输出负电容电压时，第七开关器件(NQ3)、第十一开关器件(NQ11)、第十二开关器件(NQ12)、第六开关器件(NQ2)及第四开关器件(Q4)开通，相应互补的第三开关器件(Q3)、第九开关器件(Qll)、第十开关器件(Q12)、第二开关器件(Q2)及第八开关器件(NQ4)关断；
[0027]当要逆变输出2倍负电容电压时，第七开关器件(NQ3)、第^^一开关器件(NQll)、第十二开关器件(NQ12)、第六开关器件(NQ2)及第八开关器件(NQ4)开通，相应互补的第三开关器件(Q3)、第九开关器件(Qll)、第十开关器件(Q12)、第二开关器件(Q2)及第四开关器件(Q4)关断。
[0028]当逆变输出交流电压在电压O与电容电压之间切换时，其中电压O的逆变输出采用第一种方式，第二开关器件(Q2)与第六开关器件(NQ2)切换，其他的开关器件的开关状态不改变；
[0029]当逆变输出交流电压在电容电压与2倍的电容电压之间切换时，第三开关器件(Q3)与第七开关器件(NQ3)在切换，其他的开关器件的开关状态不改变；
[0030]当逆变输出交流电压在电压O与负电容电压之间切换时，其中电压O的逆变输出采用第二种方式，只有第二开关器件(Q