преобразователь напряжения

Формула изобретения

1. Преобразователь напряжения, имеющий, по меньшей мере, одну фазную ветвь, соединенную с противоположными полюсами (5, 6) стороны постоянного напряжения преобразователя и содержащую последовательное соединение переключающих ячеек (7, 7 ) ветви вентиля преобразователя M2LC, причем каждая из переключающих ячеек имеет, по меньшей мере, две сборки полупроводников, соединенные последовательно, фазный вывод (10) преобразователя, сконфигурированный с возможностью соединения со стороной переменного напряжения преобразователя, сформированной вдоль последовательного соединения переключающих ячеек, причем каждая переключающая ячейка (7, 7 ) сконфигурирована с возможностью получения двух переключающих состояний путем управления полупроводниковыми устройствами каждой переключающей ячейки, а именно, первого переключающего состояния и второго переключающего состояния, в которых напряжение на, по меньшей мере, одном накапливающим энергию конденсаторе и нулевое напряжение соответственно прикладывается на контакты переключающей ячейки для получения определенного значения переменного напряжения на фазном выводе, причем один (5) из противоположных полюсов является полюсом высокого потенциала, соединенным с высоким потенциалом на стороне постоянного напряжения, а другой (6) из противоположных полюсов является полюсом (6) нейтрального потенциала, соединенным с нейтральным потенциалом на стороне постоянного напряжения, и последовательное соединение переключающих ячеек имеет первый конец (61), сконфигурированный с возможностью соединения с полюсом (5) высокого потенциала, и второй конец (62), сконфигурированный с возможностью соединения с фазным выводом (10), отличающийся тем, что дополнительно содержит компоновку (70), сконфигурированную с возможностью соединения фазного вывода (10) с полюсом (6) нейтрального потенциала и передачи импульсов напряжения на фазный вывод (10), которые могут быть как положительными, так и отрицательными относительно нейтрального потенциала, причем компоновка содержит, по меньшей мере, один Н-мост (81, 82), содержащий два переключающих элемента (72, 73), соединенных параллельно, и каждый из которых имеет, по меньшей мере, две полупроводниковые сборки (74-77), соединенные последовательно и имеющие каждая полупроводниковое устройство запираемого типа и обратный диод, соединенный параллельно с ним, причем Н-мост также имеет, по меньшей мере, один накапливающий энергию конденсатор (78), соединенный параллельно с переключающими элементами (72, 73), и средняя точка (79) между полупроводниковыми сборками первого (72) из переключающих элементов соединена с нейтральным потенциалом (71), а средняя точка (80) между полупроводниковыми сборками второго (73) из переключающих элементов соединена с фазным выводом (10), и/или, по меньшей мере, две из переключающих ячеек (7, 7 ), соединенные последовательно, причем эти переключающие ячейки направлены противоположно относительно напряжения, подаваемого накапливающим энергию конденсатором, и блок (90) управления, сконфигурированный с возможностью управления преобразователем для получения определенного значения переменного напряжения на фазном выводе (10), имеющего максимальное напряжение от 1/3 до 2/3, предпочтительно около 1/2 от высокого потенциала на полюсе (5) высокого потенциала относительно земли, и управляющий компоновкой для передачи импульсов напряжения на фазный вывод (10), изменяющийся между максимальными значениями относительно нейтрального потенциала, по существу, соответствующих от максимального значения переменного напряжения, которое должно быть передано посредством преобразователя на фазный вывод.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что компоновка (70) является симметричной относительно нейтрального потенциала (71) путем его конфигурирования с возможностью передачи импульсов напряжения с одинаковой максимальной амплитудой с обеих сторон, положительной и отрицательной, от нейтрального потенциала.

3. Преобразователь по п.1 или 2, отличающийся тем, что компоновка (70) сконфигурирована с возможностью соединения фазного вывода (10) с полюсом (6) нейтрального потенциала путем соединения с землей (71).

4. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что компоновка содержит множество Н-мостов (81, 82), соединенных последовательно, причем средняя точка (79) первого переключающего элемента на одном конце последовательного соединения Н-мостов сконфигурирована с возможностью соединения с нейтральным потенциалом (71), а средняя точка (80) второго переключающего элемента на противоположном конце последовательного соединения Н-мостов сконфигурирована с возможностью соединения с фазным выводом (10).

5. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что компоновка (70) имеет последовательное соединение переключающих ячеек (7, 7 ) с половиной (7) переключающих ячеек, направленной в одном направлении, и другой половиной (7 ), направленной в противоположном направлении относительно напряжения, приложенного посредством накапливающего энергию конденсатора.

6. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что компоновка (70) содержит последовательное соединение одного или более Н-мостов (81, 82) и одной или более переключающих ячеек (7, 7 ), причем один конец этого последовательного соединения сконфигурирован с возможностью соединения с нейтральным потенциалом (71), а другой конец сконфигурирован с возможностью соединения с фазным выводом (10).

7. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что число переключающих ячеек (7) последовательного соединения переключающих ячеек между полюсом (5) высокого потенциала и фазным выводом (10) фазной ветви равно 4, 12, 30 или 50.

8. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что полупроводниковые устройства (16, 17) полупроводниковых сборок являются БТИЗ (биполярными транзисторами с изолированным затвором), КЗЗТ (коммутируемыми по затвору запираемыми тиристорами) или ЗТ (запираемыми тиристорами).

9. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что он сконфигурирован с возможностью иметь сторону постоянного напряжения, подключенную к сети постоянного напряжения для передачи постоянного тока высокого напряжения (ПТВН), и сторону переменного напряжения, соединенную с фазной линией переменного напряжения, входящей в сеть (60) переменного напряжения.

10. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что он сконфигурирован с возможностью иметь постоянное напряжение на двух полюсах, имеющее значение между 1 и 1200 кВ, или между 10 и 1200 кВ, или между 100 и 1200 кВ.

11. Установка для передачи электрической энергии, содержащая сеть (5, 6) постоянного напряжения и, по меньшей мере, одну сеть (60) переменного напряжения, соединенную с ней через станцию, причем станция выполнена с возможностью осуществления передачи электрической энергии между сетью постоянного напряжения и сетью переменного напряжения и содержит, по меньшей мере, один преобразователь напряжения, выполненный с возможностью преобразования постоянного напряжения в переменное напряжение, и наоборот, отличающаяся тем, что станция установки содержит преобразователь напряжения по любому из пп.1-10.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Настоящее изобретение относится к преобразователю напряжения, имеющему, по меньшей мере, одну фазную ветвь, соединенную с противоположными полюсами стороны постоянного напряжения преобразователя и содержащую последовательное соединение переключающих ячеек, причем каждая из переключающих ячеек имеет, с одной стороны, по меньшей мере, две полупроводниковых сборки, соединенных последовательно, каждая из которых имеет полупроводниковое устройство запираемого типа и обратный диод, включенный с ним параллельно, и, с другой стороны, по меньшей мере, один накапливающий энергию конденсатор, причем фазный вывод преобразователя сконфигурирован с возможностью подключения к стороне переменного напряжения преобразователя, сформированной вдоль последовательного соединения переключающих ячеек, причем каждая из переключающих ячеек сконфигурирована с возможностью получения двух переключающих состояний путем управления полупроводниковыми устройствами каждой переключающей ячейки, а именно первого переключающего состояния и второго переключающего состояния, в которых напряжение на, по меньшей мере, одном накапливающем энергию конденсаторе, и нулевое напряжение, соответственно, подаются на контакты переключающей ячейки для получения определенного значения напряжения переменного тока на фазном выводе.

Такие преобразователи с любым числом указанных фазовых ветвей входят в объем данного изобретения, но обычно они имеют три такие фазные ветви для получения трехфазного переменного напряжения на их стороне переменного напряжения.

Преобразователь напряжения этого типа может быть применен во всех ситуациях, в которых постоянное напряжение нужно преобразовать в переменное, и наоборот, причем примерами такого применения служат использование в станциях установок ПТВН (постоянного тока высокого напряжения), в которых постоянное напряжение обычно преобразуется в трехфазное переменное напряжение, или наоборот, или в так называемых станциях возврата энергии в сеть, в которых переменное напряжение сначала преобразуется в постоянное напряжение, а оно затем преобразуется в переменное напряжение, также как и в РСКРМ (регулируемом статическом компенсаторе реактивной мощности), в котором сторона постоянного напряжения состоит из конденсаторов, подключенных свободно. Тем не менее, данное изобретение не ограничивается этими областями применения, а другие области применения также возможны, такие, как в системах управления различного типа для механизмов, транспортных средств и т.д.

Предшествующий уровень техники

Преобразователь напряжения этого типа известен, например, из DE 10103031A1 и WO 2007/023064A1, и, в соответствии с описанием, обычно называется преобразователем с большим количеством ячеек или M2LC. Ссылки сделаны на эти публикации для описания принципа работы преобразователя этого типа. Указанные переключающие ячейки преобразователя могут иметь другой вид, отличный от приведенных в указанных публикациях, и, например, возможно, чтобы каждая переключающая ячейка имела более одного накапливающего энергию конденсатора, притом, что возможно управлять переключающей ячейкой для переключения между двумя состояниями, указанными ранее.

Другой преобразователь напряжения этого типа известен из US 5642275, используется в регулируемом статическом компенсаторе реактивной мощности, в котором переключающие ячейки имеют другой вид в форме, так называемых, полных мостов, таких как H-мосты.

Настоящее изобретение в первую очередь, но не только, направлено на такие преобразователи напряжения, сконфигурированные с возможностью передачи больших мощностей, и вопрос передачи больших мощностей по этой причине будет в основном обсуждаться здесь и далее для раскрытия, но ни коим образом не ограничивая этим изобретение. Когда такой преобразователь напряжения используется для передачи больших мощностей, это также означает, что работают с высокими напряжениями, а напряжение стороны постоянного напряжения преобразователя определяется напряжениями на накапливающих энергию конденсаторах переключающих ячеек. Это значит, что сравнительно большое число таких переключающих ячеек нужно соединить последовательно для большого числа полупроводниковых устройств, т.е. полупроводниковые сборки нужно соединять последовательно в каждой из переключающих ячеек, а преобразователь напряжения такого типа представляет практический интерес, когда число переключающих ячеек в фазной ветке сравнительно велико. Большое число таких переключающих ячеек, соединенных последовательно означает, что можно управлять этими переключающими ячейками, чтобы переключаться между первым и вторым переключающими состояниями, и с помощью этого уже на фазном выводе получать переменное напряжение, очень близкое к синусоидальному напряжению. Это может быть достигнуто уже путем довольно низких частот переключений, которые обычно используются в известных преобразователях напряжения, относящихся к типу, изображенному на фиг.1 в DE 10103031A1, имеющему переключающие ячейки с, по меньшей мере, одним полупроводниковым устройством запираемого типа и, по меньшей мере, одним обратным диодом, соединенным с ним встречно-параллельно. Это делает возможным получение значительно более низких потерь и также относительного уменьшения проблем фильтрации и гармонических токов и радиопомех, таким образом, что оборудование для этого может быть менее дорогостоящим.

Также известно, что преобразователь напряжения этого типа также принимает симметричное состояние, что означает, что два полюса его стороны постоянного напряжения имеют одно и то же напряжение относительно земли, а напряжение переменного тока находится между. Тем не менее, в некоторых случаях может представлять интерес работа без трансформаторов между фазным выводом преобразователя и сетью или линией переменного напряжения, соединенной с фазным выводом, и если переменное напряжение преобразователя совпадает с переменным напряжением сети, обычно нет особых проблем с соединением напрямую с сетью.

Тем не менее, известные преобразователи типа M2LC не допускают однополярную работу вообще без трансформатора или только с использованием автотрансформатора, так что трансформатор значительной стоимости, связанной с ним, необходимо использовать, несмотря на тот факт, что уровни напряжения на стороне постоянного напряжения и стороне переменного напряжения преобразователя по существу не требуют наличия какого-либо трансформатора.

Краткое изложение существа изобретения

Задача данного изобретения заключается в предоставлении преобразователя напряжения, имеющего тип, определенный во введении, допускающего однополярную работу без необходимости в трансформаторе.

Эта задача в соответствии с изобретением достигается путем предоставления такого преобразователя, в котором один из противоположных полюсов является полюсом высокого потенциала, соединенным с высоким потенциалом на стороне постоянного напряжения, а другой из противоположных полюсов является полюсом нейтрального потенциала, соединенным с нейтральным потенциалом на стороне постоянного напряжения, и последовательное соединение переключающих ячеек имеет первый конец, сконфигурированный с возможностью соединения с полюсом высокого потенциала, и второй конец, сконфигурированный с возможностью соединения с фазным выводом, и преобразователь дополнительно содержит компоновку, сконфигурированную с возможностью соединения фазного вывода с полюсом нейтрального потенциала и передачи импульсов напряжения на фазный вывод, который является как положительным, так и отрицательным относительно нейтрального потенциала.

Имея часть преобразователя, которая подключается между высоким потенциалом на стороне постоянного напряжения и фазным выводом преобразователя в виде так называемой вентильной ветви преобразователя M2LC, и имея часть преобразователя, которая соединяет фазный вывод с другим полюсом, состоящую из компоновки, сконфигурированной с возможностью соединения с нейтральным потенциалом, и обеспечивающей как положительные, так и отрицательные импульсы напряжения, передаваемые им в фазный выход, однополярная работа преобразователя этого типа может быть осуществлена без необходимости в трансформаторе, так что могут быть сэкономлены затраты. Таким образом, с помощью этого будет возможно проводить ток из компоновки в фазный вывод также, как и в противоположном направлении.

Обращается внимание на то, что переменное напряжение, приложенное на фазном выводе преобразователя, формируется разностью потенциалов импульсов напряжения одного знака, приложенных от полюса высокого потенциала и импульсов напряжения, приложенных компоновкой, причем импульсы напряжения, приложенные от полюса высокого потенциала только положительные или только отрицательные, и импульсы напряжения, приложенные компоновкой, могут быть положительными или отрицательными.

Кроме того, обращается внимание на то, что, хотя преобразователь в соответствии с данным изобретением делает возможной однополярную работу без необходимости в трансформаторе, трансформатор, такой как автотрансформатор, может быть подключен между фазным выводом и сетью или линией переменного напряжения.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения компоновка является симметричной относительно нейтрального потенциала путем конфигурирования для передачи импульсов напряжения с одинаковой максимальной амплитудой с обеих сторон, положительной и отрицательной, нейтрального потенциала. Это подходит для простой и надежной работы преобразователя.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения компоновка сконфигурирована с возможностью соединения фазного вывода с полюсом нейтрального потенциала путем соединения с землей. Это является подходящим способом для того, чтобы определить нейтральный потенциал.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения преобразователь содержит блок управления, выполненный с возможностью управления преобразователем для получения определенного переменного напряжения на фазном выводе, имеющим максимальное значение напряжения, равное от 1/3 до 2/3, предпочтительно порядка 1/2 от высокого потенциала полюса высокого потенциала относительно земли. Оказалось, что отношение порядка 1/2 для максимального значения переменного напряжения к напряжению высокого потенциала относительно земли приводит к наименьшим возможным затратам для такого преобразователя для установленного значения его номинальной мощности.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения компоновка сконфигурирована с возможностью передачи импульсов напряжения на фазный вывод, изменяя максимальные значения относительно нейтрального потенциала, по существу, соответствующие максимальному значению переменного напряжения, которое нужно передать преобразователем на фазный вывод. Эта конфигурация компоновки предпочтительна, особенно когда преобладает соотношение, приведенное выше, так как это делает удобным получение переменного напряжения, предназначенного для фазного вывода путем добавления импульсов напряжения или потенциалов с двух вентильных ветвей преобразователя, что приводит к импульсам напряжения для получения требуемого переменного напряжения.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения компоновка содержит, по меньшей мере, один H-мост, содержащий два переключающих элемента, соединенных параллельно, и каждый из которых имеет, по меньшей мере, две полупроводниковых сборки, соединенные последовательно и каждая имеющая полупроводниковое устройство запираемого типа и обратный диод, соединенный параллельно с ним, причем Н-мост также имеет, по меньшей мере, один накапливающий энергию конденсатор, соединенный параллельно с переключающими элементами, и средняя точка между полупроводниковыми сборками первого из переключающих элементов соединена с нейтральным потенциалом, а средняя точка между полупроводниковыми сборками второго переключающего элемента соединена с фазным выводом. Компоновка с признаками, необходимыми для осуществления данного изобретения, может путем простых и надежных средств быть получена использованием такого Н-моста, что позволит импульсам напряжения, передаваемым по нему на фазный вывод, быть как положительными, так и отрицательными.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения преобразователь содержит множество Н-мостов, соединенных последовательно, и средняя точка первого переключающего элемента на одном конце последовательного соединения Н-мостов сконфигурирована с возможностью соединения с нейтральным потенциалом, а средняя точка второго переключающего элемента на противоположном конце последовательного соединения Н-мостов сконфигурирована с возможностью соединения с фазным выводом. Именно с помощью этого можно выбирать желаемое число таких Н-мостов для обеспечения подходящего выбора уровней напряжения импульсов напряжения, подаваемых с помощью него на фазный вывод для уменьшения потерь преобразователя и получения переменного напряжения желаемой формы.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения компоновка содержит, по меньшей мере, две переключающие ячейки, соединенные последовательно. Может быть преимущественным использование таких переключающих ячеек для получения различных уровней импульсов напряжения.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения последовательное соединение переключающих ячеек в компоновке содержит переключающие ячейки, которые направлены противоположно относительно напряжения, обеспечиваемого его накапливающим энергию конденсатором. Это делает возможным использование такого последовательного соединения переключающих ячеек для получения компоновки, позволяющей импульсам напряжения, передаваемым через нее, быть как положительными, так и отрицательными. Кроме того, предпочтительно, чтобы компоновка имела последовательное соединение переключающих ячеек с половиной переключающих ячеек, направленных в одном направлении, и другой их половиной, направленной в противоположном направлении относительно напряжения, обеспечиваемого его накапливающим энергию конденсатором.

Хотя можно иметь только последовательное соединение переключающих ячеек без Н-мостов в компоновке, есть возможность совмещать такие переключающие ячейки и Н-мосты, и в другом варианте осуществления изобретения компоновка содержит последовательное соединение одного или более Н-мостов и одной или более переключающих ячеек, и один конец этого последовательного соединения сконфигурирован с возможностью соединения с нейтральным потенциалом, а другой его конец сконфигурирован с возможностью соединения с фазным выводом.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения число переключающих ячеек последовательного соединения переключающих ячеек между полюсом высокого потенциала и фазным выводом фазной ветви равно 4, 12, 30 или 50. Преобразователь этого типа представляет, как уже упоминалось выше, особенный интерес, когда число переключающих ячеек в последовательном соединении довольно велико, что приводит к большому числу возможных уровней импульсов напряжения, подаваемых на фазный вывод.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения полупроводниковые устройства полупроводниковых компоновок являются БТИЗ (биполярными транзисторами с изолированным затвором), КЗЗТ (коммутируемыми по затвору запираемыми тиристорами) или ЗТ (запираемыми тиристорами). Это подходящие полупроводниковые устройства для таких преобразователей, хотя другие полупроводниковые устройства запираемого типа также возможны.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения преобразователь сконфигурирован с возможностью иметь сторону постоянного напряжения, соединенную с сетью постоянного напряжения для передачи постоянного тока высокого напряжения (ПТВН), и сторону переменного напряжения, соединенную с фазной линией переменного напряжения, включенной в сеть переменного напряжения. Это приводит к большому числу полупроводниковых сборок, требуемых для него в практически интересной области применения преобразователя этого типа.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения преобразователь сконфигурирован с возможностью иметь постоянное напряжение на двух полюсах, имеющее значение между 1 и 1200 кВ, или между 10 и 1200 кВ, или между 100 и 1200 кВ. Изобретение представляет тем больший интерес, чем больше постоянное напряжение.

Изобретение также относится к установке для передачи электрической энергии в соответствии с приложенной формулой изобретения. Станции такой установки могут иметь привлекательные размеры и высокую надежность при сравнительно низкой стоимости.

Дополнительные преимущества, также как и выгодные особенности, изобретения будут понятны из следующего описания.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения изобретения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает очень упрощенный вид преобразователя напряжения, относящегося к типу, соответствующему данному изобретению;

Фиг.2 и 3 изображают две различные известные переключающие ячейки, которые могут являться частью преобразователя напряжения в соответствии с изобретением;

Фиг.4 изображает упрощенный вид известного преобразователя напряжения, относящегося к типу, соответствующему данному изобретению;

Фиг.5 изображает вид, аналогичный фиг.4, известного преобразователя напряжения, относящегося к типу, соответствующему данному изобретению, не имеющему трансформатора;

Фиг.6 изображает вид, аналогичный фиг.5, преобразователя напряжения в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;

Фиг.7 изображает диаграмму напряжений, приложенных к фазному выводу преобразователя в соответствии с фиг.6 в зависимости от времени;

Фиг.8 и 9 изображают виды, соответствующие фиг.6 преобразователей, в соответствии со вторым и третьим вариантами осуществления изобретения, соответственно.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Фиг.1 изображает очень схематично основную конструкцию преобразователя 1 напряжения типа, к которому относится данное изобретение. Этот преобразователь имеет три фазные ветви 2-4, соединенные с противоположными полюсами 5, 6 стороны постоянного напряжения преобразователя, такой как сеть постоянного напряжения, для передачи постоянного тока высокого напряжения. Каждая фазная ветвь включает последовательное соединение переключающих ячеек 7, обозначенных прямоугольниками, в этом случае в количестве 16 шт., и это последовательное соединение разделено на две равные части: верхнюю вентильную ветвь 8 и нижнюю вентильную ветвь 9, разделенные средней точкой 10-12, формирующей фазный вывод, сконфигурированный с возможностью соединения со стороной переменного напряжения преобразователя. Фазные выводы 10-12 могут, как вариант, через трансформатор соединяться с трехфазной сетью переменного напряжения, нагрузкой и т.д. Фильтрующее оборудование также устанавливается на стороне переменного напряжения для улучшения формы переменного напряжения на стороне переменного напряжения.

Блок 13 управления устанавливается для управления переключающими ячейками 7, и с помощью этого преобразователем для преобразования постоянного напряжения в переменное напряжение, и наоборот.

Преобразователь напряжения имеет переключающие ячейки 7, относящиеся к типу, имеющему, с одной стороны, по меньшей мере, две полупроводниковых сборки, каждая с полупроводниковым устройством запираемого типа и возвратным диодом, соединенным параллельно с ним, и, с другой стороны, по меньшей мере, один накапливающий энергию конденсатор, и два примера 7, 7' таких переключающих ячеек изображены на фиг.2 и 3. Контакты 14, 15 переключающих ячеек выполнены с возможностью соединения с прилегающими переключающими ячейками в последовательное соединение переключающих ячеек, формирующее фазную ветвь. Полупроводниковые устройства 16, 17 в этом случае являются БТИЗ, соединенными параллельно с диодами 18, 19. Хотя изображены только одно полупроводниковое устройство и один диод на сборку, может быть установлено определенное число полупроводниковых устройств и диодов, соответственно, соединенных параллельно для разделения тока, проходящего через сборку. Накапливающий энергию конденсатор 20 включен параллельно соответствующему последовательному соединению диодов и полупроводниковых устройств. Один контакт 14 соединен со средней точкой между двумя полупроводниковыми устройствами также, как и со средней точкой между двумя диодами. Другой контакт 15 соединен с накапливающим энергию конденсатором 20, в варианте осуществления с фиг.2, к одной его стороне, а в варианте осуществления, соответствующем фиг.3, к другой его стороне. Обращается внимание на то, что каждое полупроводниковое устройство и каждый диод, как изображено на фиг.2 и 3, могут быть соединены последовательно в количестве, большим одного, для того чтобы можно было работать с напряжениями, с которыми нужно работать, и полупроводниковые устройства, соединенные таким образом последовательно, могут управляться совместно, таким образом, чтобы выступать в роли одного единого полупроводникового устройства.

Переключающие ячейки, изображенные на фиг.2 и 3, могут управляться для получения одного из а) первого переключающего состояния и b) второго переключающего состояния, где для а) напряжение на конденсаторе 20 и для b) нулевое напряжение подается на контакты 14, 15. Для получения первого состояния на фиг.2 полупроводниковое устройство 16 включается и полупроводниковое устройство 17 выключается, а в варианте осуществления в соответствии с фиг.3 полупроводниковое устройство 17 включается, а полупроводниковое устройство 16 выключается. Переключающие ячейки переключаются во второе состояние путем изменения состояния полупроводниковых устройств, таким образом, чтобы в варианте осуществления в соответствии с фиг.2 полупроводниковое устройство 16 было выключено, а 17 включено, а на фиг.3 полупроводниковое устройство 17 было выключено, а 16 включено.

Фиг.4 изображает немного более подробно то, как фазная ветвь 2 преобразователя в соответствии с фиг.1 формируется переключающими ячейками, типа изображенного на фиг.3, на которой всего десять переключающих ячеек были исключены для упрощения чертежа. Блок 13 управления выполнен с возможностью управления переключающими ячейками путем управления их полупроводниковыми устройствами, таким образом, что они будут подавать либо нулевое напряжение, либо напряжение на конденсаторе для добавления к напряжениям других переключающих ячеек в последовательном соединении. Трансформатор 21 и фильтрующее оборудование 22 также обозначены. Изображено, как каждая вентильная ветвь через фазный реактор 50, 51 соединена с фазным выводом 10, причем такие фазные реакторы также должны быть на фиг.1 для фазных выводов 10, 11, и 12, но были исключены для упрощения изображения.

Фиг.5 изображает схематически преобразователь напряжения, типа изображенного на фиг.1, сконфигурированного с возможностью находиться в симметричных состояниях, т.е. два полюса 5, 6 имеют одинаковый потенциал, а переменное напряжение находится между. Эта схема делает возможным соединение фазного вывода 10 с сетью 60 переменного напряжения без какого-либо трансформатора, так как возможна двухполярная работа. Тем не менее, однополярная работа, которая может быть необходима или желательна в случае аварии, невозможна.

Фиг.6 схематически изображает преобразователь напряжения в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения, делающий возможным однополярную работу без необходимости в каком-либо трансформаторе для соединения фазного вывода 10 с сетью 60 переменного напряжения. Этот преобразователь имеет последовательное соединение переключающих ячеек 7, типа изображенного на фиг.3, с одним первым их концом 61, сконфигурированным с возможностью соединения с полюсом 5 высокого потенциала на стороне постоянного напряжения преобразователя, и другим противоположным вторым концом 62, сконфигурированным с возможностью соединения с фазным выводом 10. Преобразователь дополнительно содержит компоновку 70, сконфигурированную с возможностью соединения фазного вывода 10 с другим полюсом 6 с нейтральным потенциалом, здесь потенциалом земли, полученным заземлением в 71, на стороне постоянного напряжения преобразователя, и преобразования, и передачи импульсов напряжения на фазный вывод, которые могут быть как положительными, так и отрицательными относительно нейтрального потенциала (земли). Компоновка 70 содержит здесь Н-мост или полный мост, содержащий два переключающих элемента 72, 73, соединенных параллельно, и каждый из которых имеет две полупроводниковых сборки 74-77, соединенных последовательно и имеющих каждая полупроводниковое устройство 16, 17 запираемого типа и возвратный диод 18, 19, включенный параллельно с ним. Н-мост также имеет, по меньшей мере, один накапливающий энергию конденсатор 78, подключенный параллельно с переключающими элементами.

Средняя точка 79 между полупроводниковыми сборками первого 72 из переключающих элементов соединена с землей 71, а средняя точка 80 между полупроводниковыми блоками другого, второго переключающего элемента 73, соединена с фазным выводом 10.

Теперь ссылка делается также на фиг.7. Блок 90 управления (см. фиг.6) сконфигурирован с возможностью управления полупроводниковыми устройствами переключающих ячеек 7 верхней вентильной ветви и полупроводниковыми устройствами Н-моста таким образом, чтобы получать переменное напряжение, направленное на один фазный вывод 10. На фиг.7 очень схематично изображено то, как импульсы напряжения А, поданные верхней вентильной ветвью, могут меняться между 0 и максимальным значением высокого потенциала (-2U_D), равным здесь примерно двойному максимальному значению переменного напряжения на фазном выводе 10, и, таким образом, в сети 60 переменного напряжения. Кривая В схематически изображает напряжение, передаваемое от Н-моста на фазный вывод 10 и то, как оно может быть как положительным (U_D), так и отрицательным (-U_D). Разница между этими двумя кривыми сформирует переменное напряжение в сети 60 переменного напряжения, и оно здесь будет соответствовать кривой В.

Соответственно преобразователь в соответствии с фиг.6 делает возможным однополярную работу и проводит ток в обоих направлениях в его полюсе 6 нейтрального потенциала без необходимости в каком-либо трансформаторе между преобразователем и сетью 60 переменного тока.

Моделирование однополярной работы преобразователя, изображенного на фиг.6, было проведено, и оказалось, что его накапливающие энергию конденсаторы остаются устойчивыми в процессе такой работы.

Кроме того, было вычислено, что стоимость преобразователя в соответствии с фиг.6 для определенной номинальной мощности будет минимальной, когда блок 90 управления сконфигурирован с возможностью управления преобразователем для получения переменного напряжения на фазном выводе, имеющим значение максимального напряжения, равное порядка 1/2 от значения высокого потенциала на полюсе 5.

Фиг.8 изображает очень схематически преобразователь напряжения в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, где компоновка 70 содержит последовательное соединение переключающих ячеек, из которых половина 7' переключающих ячеек направлена в одном направлении, а другая их половина 7 в другом направлении относительно напряжения, подаваемого накапливающим энергию конденсатором. Такая компоновка также позволяет импульсам напряжения, которые нужно подавать на фазный выход 10, быть как положительными, так и отрицательными.

Фиг.9 изображает схематически преобразователь напряжения в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения, где компоновка 70 содержит последовательное соединение двух Н-мостов 81, 82, где один конец 79 этого последовательного соединения сконфигурирован с возможностью соединения с землей 71, а другой его конец 80 сконфигурирован с возможностью соединения с фазным выводом 10. Этот вариант осуществления делает возможным получать большие уровни напряжения по сравнению с вариантом осуществления, изображенным на фиг.6, и, благодаря этому, лучшую форму кривой переменного напряжения в сети переменного напряжения.

Обращается внимание на то, что преобразователи также связаны с фильтрующим оборудованием и другими средствами, не имеющими ничего общего с данным изобретением и по этой причине исключенными с фигур.

Данное изобретение, естественно, не является каким-либо образом ограниченным вариантами осуществления, здесь описанными, а многие возможности для его модификаций, не выходящие за рамки объема изобретения, определенные в приложенной формуле изобретения, станут ясны специалисту в данной области техники.

Например, возможно иметь различное число Н-мостов или переключающих ячеек, соединенных последовательно, отличное от изображенного на фиг.8 и 9, и также возможно совмещение одной или более таких переключающих ячеек с одним или более Н-мостом в компоновке в преобразователе в соответствии с изобретением.

Число переключающих ячеек, соединенных последовательно в вентильной ветви, соединяющей полюс высокого потенциала и фазный вывод, может также быть любым другим, отличным от изображенного на чертежах.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения фазный вывод сконфигурирован с возможностью напрямую соединяться с сетью переменного напряжения, и в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения фазный вывод сконфигурирован с возможностью соединения с автотрансформатором, соединяющим с сетью переменного напряжения.