一种交流-交流变换拓扑电路结构及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力变换领域，更具体地说，涉及一种交流-交流变换拓扑电路结构 及其应用。
【背景技术】
[0002] 在发展迅速的新器件、新技术大量涌现、技术不断成熟完善的当今电源行业技术 市场，AC/DC(开关）电源、DC/AC(逆变）电源、DC/DC电源、变频电源、特种电源等的门类细 分和技术发挥已经达到登峰造极的地步，技术市场的竞争日趋白热化，以至于积聚了一大 批专业技术人才群体，形成了宏大规模的电源产业，带动一大批诸如磁性材料、集成电路等 相关产业的蓬勃发展。
[0003] 然而，在AC/AC变换电源领域，仍然是使用交流-直流-交流变换器为主的局面， 其技术几十年来未有大的改变，现有技术设备结构复杂、可控性差、成本高、结构大、对电网 的干扰强、且转换效率不高。
【发明内容】
[0004] 1.要解决的技术问题
[0005] 针对现有技术中存在的效率低、结构复杂、控制困难、对电网污染大、对输出电缆 长度限制大的问题，本发明提供了一种交流-交流变换拓扑电路结构及其应用，它提高了 电能与机械能之间的转换效率，可以四相限工作、简化了电路结构、控制简单、减小了对外 电路的干扰，工程上对输出电缆长度无限制、对电网污染小。
[0006] 2.技术方案
[0007] 本发明的目的通过以下技术方案实现。
[0008] -种交流-交流变换拓扑电路结构，包括输入端A、B、C，输出端N，还包括Q、C2、 C3，二极管D1-D6，开关电路模块Kp K2，其中电容Cp C2、(：3容量和耐压相同，电容C p C2、(：3使 用Y接法连接，C1 一端与输入端A连接，另一端与输出端N连接，同理C 2和C 3分别与输入端 B、C端连接。
[0009] Kp K2串联，K η K2串联的中点与N点连接，K i另一端与D η DjP D 3负极连接，K 2另 一端与D4、％和D 6正极连接，Dl正极、D 4负极与A端相连，D 2正极、D 5负极与B端相连，D 3 正极、D6负极与C端相连。
[0010] 更进一步的，所述的开关电路模块!^、K2可以为IGBT绝缘栅双极型晶体管、 MOSFET、GTO 或 IGCT。
[0011] -种基于上述所述的交流-交流变换拓扑电路结构，可以应用于构成交流-交流 差动式单相全桥变换拓扑结构，原交流-交流变换拓扑电路结构增加一组三个电容C 4-CjP 二个开关KjP K 4，其中CjP C 6的一端与输入端A连接、C 2和C 5的一端与输入端B连接、C 3 和(：4的一端与输入端C连接，C「C3另一端和开关K 3和K 4串联后的中点连接为N i，C4-C6S 一端和开关1^和K 2串联后的中点连接为N2。
[0012] -种上述的交流-交流变换拓扑电路结构，应用于三相交流-交流变换拓扑电路 结构，即三相AC-AC变换拓扑电路结构，还包括开关电路模块K 3-K6，电容C4-C9,其中，C1-C 3 与&和K 4组成U相，C 4-(：6与K 2、K5组成V相，C 7-(：9与K 3、K6组成W相，每一相连接方式与 单相变换拓扑电路连接方式相同。A、B、C同步对三相电路进行输入。
[0013] -种基于上述的三相交流-交流变换拓扑电路结构，可以应用于构成三相四线制 交流-交流变换拓扑电路结构，在原三相交流-交流变换拓扑电路结构输入端增加一组三 个电容C w-C12，输出端增加两个开关K7-K8，连接方式与U相相同，组成N输出零点。这组三 个电容为Y型连接，让这两个开关K 7、K8工作，使N点保持在0V，即当输入电压或负载不平 衡时，可用此电路拓扑结构。
[0014] -种基于三相交流-交流变换拓扑电路结构，可以应用于构成三相交流-交流变 换输出低压电路，(；-(： 9电容每个分解为2个电容串联，即C la_C9JP C lb_C9b，Cla和C lb串联至 C9a和C9b串联，所述的二极管设置为D ^D18，由Cla和C lb串联电容的中点连接二极管D i正极 和D1。负极，同理其余8组电容和二极管连接方式相同，电容分成a和b两个部分，降低输入 电压，即V+与V-之间的电压，使逆变开关管上的电压降低，降低对开关管的耐压要求，用在 输出低压电路上。
[0015] -种交流-交流变换拓扑电路结构，可以应用于建立交流-交流转换电路，一种三 相AC-AC变换电路，交流-交流转换电路在三相变换拓扑电路结构基础上还包括电感L1、L2、 L3，电容 C16、C17、C1S，C19、C2。、C 21，电容 Q、C2、C3, C4、C5、C6，其中 一端与输出端 U 连接，另 一端与SjP S 4的中点连接，L 2、L3的连接同理L i连接方式；C 16和C 19串联，串联中点与U端 连接，C16和C 19另外两端分别与D i负极和D 4正极相连接；C 17和C 2。串联，串联中点与V端连 接，（：17和C 2。另外两端分别与D i负极和D 4正极相连接；C 18和C 21串联，串联中点与W端连 接，C18和C 21另外两端分别与D i负极和D 4正极相连接；C η C4串联的中点接A点，C i的另一 端接D1负极，C 4的另一端接D 4正极，C 2、(：5和C 3、C6连接同理于C卜C4连接方式。
[0016] -种交流-交流转换电路，应用于建立可以构成变换器，所述的转换电路包含有 控制电路及检测电路，构成变换器。
[0017] -种三相交流-交流高压变换电路。基于上述三相交流-交流变换拓扑电路结 构，结构如下，原电路结构中K 1由S i、S2、S3、S4电力电子开关模块串联构成，构成U相上臂， S1电力电子开关模块由IGBT S1、二极管D1、电感L1、电容C16构成，同理，S 2、S3、S4* S 2、D2、 L2、C17, S3、D3、L3、C1S，S4、D 4、L4、C19构成，还包括 K 4, 1(4由 S 5、S6、S7、S8这四个电力电子开关 模块构成，构成U相下臂，S 5电力电子开关模块由S 5、D5、L4、C2。构成，其中L4S S 4、S5电力 电子开关模块戶斤共用，同理，s6、S 7、S8电力电子开关模块由S 6、D6、L5、C21，S7、D 7、L6、C22, Ss、 Ds、L7、C23构成。V相和W相的上、下臂构成与U相同。电容C p C2、C3, C4、C5、C6两端分别连 接在电源输入端与整流输出的正、负端，Cp C2、(：3的一端连接电源A、B、C端，另一端连接整 流输出正端，C4、C 5、C6的一端连接电源A、B、C端，另一端连接整流输出负端。A、B、C同步对 三相电路进行输入。
[0018] -种三相交流-交流高压多级变换电路。基于上述三相交流-交流变换拓扑电路 结构，结构如下，原电路结构中将C 7-C15中每个电容分解成四个电容的串联，对于U相，原权 利要求 4 电路中 C7、Cs、(：9分解为 C 7、C16、C17、C1S，Cs、C 19、C2。、C21，C9、C22、C 23、C24，在(：7与 C 16 之间、(；与C 19之间、C 9与C 22之间连接D 7、Ds、D9、D1Q、Dn、D 12构成三相整流桥，D 7、Ds、D9的负 极连接S2的集电极，D 1Q、Dn、D12的正极连接S 7的发射极。同理，在C 16与C 17之间、C 19与C 2。 之间、C22与C 23之间连接D 13、D14、D15、D16、D17、D 18构成三相整流桥，D 13、D14、D15的负极连接S 3 的集电极，D16、D17、D18的正极连接S 6的发射极。同理，在C 17与C 18之间、C 2。与C 21之间、C 23 与C24之间连接D 19、D2。、D21、D22、D23、D 24构成三相整流桥，D 19、D2。、D21的负极连接S 4的集电 极，D22、D23、D24的正极连接S 5的发射极。由S η S2、S3、34组成的电力电子开关模块构成K i， 为 U 相的上臂，具体由 Sp D61、Ln C43, S2、D62、L2、C44, S3、D63、L3、C45, S4、D64、L4、C46组成。由 S5、S6、S7、S8组成的电力电子开关模块构成K 4，为U相的下臂，具体由s5、d65、l4、c 47, s6、d66、 L5N C48, S7N D67^ L6^ C49 ? S8^ D68^ L7^ C50 组成，其中L4SS 4与S 5电力电子开关模块共用。同理， V相和W相与U相类同。电容Cp C2、C3, C4、C5、C6两端分别连接在电源输入端与总整流输出 的正、负端，Q、C 2、(：3的一端连接电源输入端A、B、C端，另一端连接总整流输出正端，C 4、C5、 (：6的一端连接电源A、B、C端，另一端连接总整流输出负端。A、B、C同步对三相电路进行输 入。
[0019] 3.有益效果
[0020] 相比于现有技术，本发明的优点在于：
[0021] (1)本发明直接使用电容结合开关电路的拓扑结构，组成电路对电网电路直接进 行交流-交流变换，电路简单，可控制性好；
[0022] (2)输入电流与输入电压基本同相，且输入电流与输入电压波形基本相同，故功率 因数近似为1，因输出电压为正弦波，对环境的电磁辐射很小，故对输出电缆长度无限制；
[0023] (3)与现有的SPffM输出电压波形的变频器相比，本发明输出电压波形为正弦波， 对外部电路，比如对上位机和PLC的影响小，系统更稳定；
[0024] (4)在AC-AC变换电路基础上可以配合相应的控制电路及检测电路等，可构成各 种变换器，应用范围广，可移植性强；
[0025] (5)针对当输入电压或负载不平衡时，增加一组电容和两个开关，使得三相输入电 压平衡，可解决由输入电压或负载不平衡造成的负载上的电压过高或过低的问题，使得电 路稳定，输出稳定，控制比原有电路简单；
[0026] (6)在电路中增加几组电容和开关，以增加系统冗余，使得系统安全性更好，可靠 性更强；
[0027] (7) AC-AC变换电路将功率因数校正、功率变换及输出滤波这三种功能电路结合在 一起，提高了电能与机械能之间的转换效率，可以四相限运行、简化了电路结构、控制简单、 减小了对外电路的干扰，工程上对输出电缆长度无限制、对电网污染小；
[0028] (8)由1^山、1^与（：16、(：17、(： 18，(：19、(：2。、(：21组成的电路，可提高￥+、￥-之间的电压， 在变换器满载时，不易欠电压；
[0029] (9)本发明的交流-交流转换