矩阵变换器的过电压防护方法及有源过电压防护装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种矩阵变换器（２８）的过电压防护方法，该矩阵变换器（２８）具有按３×３开关矩阵形式排列的九个双向断路器（２）；本发明专利技术还公开了一种有源过电压防护装置。根据本发明专利技术，从所有输入电位和／或输出电位中、或者从所有输入电位和至少一个输出电位中测算出一个最高电位，当其超过预定的边界值时，对矩阵变换器（２８）的双向断路器（２）进行控制。由此实现对整个矩阵变换器（２８）的过电压保护，该矩阵变换器容易制造且成本很低。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种矩阵变换器的过电压防护方法，该矩阵变换器具有按3×3开关矩阵形式排列的九个双向断路器；本专利技术还涉及一种有源过电压防护装置。矩阵变换器即自引导直接变换器。这种自引导直接变换器是没有中间回路的变换器。通过将功率电开关排列成3×3开关矩阵的形式，使三个输入相与三个输出相连接。这种自引导直接变换器的优点在于，通过拓扑结构实现反馈，并通过相应的特殊控制实现正弦形的线路电流。作为这些开关矩阵的双向开关一方面可以使用集成在二极管电桥中的半导体开关，另一方面可以使用两个反向串联的半导体开关。这些开关矩阵的双向断路器的两个反向串联的半导体开关的实现或者采取“共发射极模式”，或者采用“共集电极模式”的拓扑结构。这种将半导体开关嵌入二极管电桥的双向断路器的实施方式被称为“嵌入开关”。附图说明图1详细示出了拓扑结构为“共集电极模式”的双向开关2的电路图。图2为了比较示出了拓扑结构为“共发射极模式”的双向断路器2。这些双向断路器2分别具有两个反向串联的半导体开关4和6。在图1中，这两个半导体开关4和6是这样反向串联的，即两个集电极端相互电连接。因此，两个半导体开关4和6的这种反向串联也称为“共集电极模式”。在图2中两个半导体开关4和6是这样反向串联的，即两个发射极端相互电连接。根据这种发射极端的连接将这种连接称为“共发射极模式”。作为半导体开关4和6可以使用可关断的半导体开关，特别是各具有一个反向二极管的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。在双向断路器2的输入端可以识别其内部拓扑结构。对于图1所示的拓扑结构为“共集电极模式”的双向断路器2，该双向断路器2的E1、E2、G1和G2端可用。相反，对于图2所示的拓扑结构为“共发射极模式”的双向断路器2，为C1、C2、G1和G2端可用。此外，这些双向断路器2还具有各构成一个控制端的辅助端EH1和EH2。图3详细示出了一个拓扑结构为“嵌入开关”的双向断路器2的电路图。该双向断路器2具有一个设置在二极管电桥中的、可关断的半导体开关5(特别是一个绝缘栅双极型晶体管(IGBT))。该半导体开关5在集电极一侧与两个二极管的阴极电连接，在发射极一侧与另两个二极管的阳极电连接。这些二极管的自由端分别构成该双向断路器2的输入和输出端。通过矩阵变换器的双向断路器2的半导体开关4和6或半导体开关5的控制，可以将电流路径按某一个方向接通。如果控制两个半导体开关4和6，则可使电流向两个方向流动，以实现输入端相位和输出端相位间更可靠的电连接。对于拓扑结构为“共集电极模式”或“共发射极模式”的双向断路器2，如果仅对矩阵变换器的双向断路器2的一个半导体开关4或6进行控制，则仅存在对优选电流方向的连接。矩阵变换器的相位是三个双向断路器的一种排列，这三个双向断路器分别与三个电网相位相连以产生输出相位。由于所述矩阵变换器不具有如电压级间耦合电路变换器那样的无源无载电路，特别是在由NOT-AUS产生的脉冲阻断(所有半导体开关的控制脉冲切断)情况下，由于电流回路中存在的电感会在半导体开关上产生很高的截止电压。这种过电压还可以由于双向断路器控制的中断而产生。在所述的这些情况中，每次都会使输出电流中断。输出电流回路的中断与电流回路中的电感是造成可能毁坏半导体开关的过电压的原因。在公开发表物“Novel Solutions for Protection of Matrix Converter toThree Phase Induction Machine(三相感应电机矩阵变换器防护的新解决方案)”(“IEEE Industry Applications Society(国际电器和电子工程师协会工业应用协会)”会议论文集，New Orleans，Louisiana，1997年10月5-9日，第1447至1454页)中公开了一种过电压防护装置。该过电压防护装置具有两个6脉冲二极管电桥，它们在直流电压侧借助于一个电容器相互连接的；在交流电压侧一个6脉冲二极管电桥与矩阵变换器的输入端相连，另一个二极管电桥与矩阵变换器的输出端相连。一个电阻与该电容器电并联，为该电容器充电。此外，在矩阵变换器的输入端连接了一个在输入端与三相电网连接的LC滤波器，该LC滤波器也称为输入滤波器，它阻止电网脉冲频率的谐波。该滤波器的大小取决于矩阵变换器的脉冲频率。出现的过电压将由二极管电桥进行整流并加到电容器上。在美国专利4,697,230中也公开了一种这样的过电压防护装置，其中，要求有一个电容器预充电电路。该电容器预充电电路用于使在矩阵变换器接通时没有接通电流尖峰或双倍于电网电压的过电压产生。这种过电压造成很高的、须流经二极管电桥的二极管尖峰电流。电阻的大小是根据能使电容器释放的预定的能量来确定的。由公开出版物“Performance of a two Steps Commuated Matrix Converterfor AC-Variable-Speed Drives(用于交流变速驱动的两步转换矩阵变换器的性能)”(EPE’99会议论文集，Lausanne，1999年9月，第1至9页)同样公开了一种具有两个6脉冲二极管电桥的过电压防护装置。其中每个二极管电桥在其直流电一侧都有一个电容器。这两个电容器是电并联的。一个齐纳二极管和一个脉冲电阻(Pulswiderstand)与该两个电容器电并联，它们将电容器上的电压限定在一个预先设定的值上。此外，每个双向断路器具有一个压敏电阻和两个反向串连的齐纳二极管，利用它们来限制双向断路器上的过电压。在Axel Schuster先生发表的“A Matrix Converter without ReactiveClamp Elements for an Induction Motor Drive System(用于感应电机驱动系统的不带电抗箝位元件的矩阵变换器)”(IEEE，1998，第714至720页)中，用多个压敏电阻作为过电压防护装置。3×3开关矩阵的每个双向断路器的每个半导体开关电并联一个压敏电阻。这些压敏电阻保护九个双向断路器的十八个半导体开关不受过电压的影响。在使用这种过电压防护装置时，对于共集电极模式的双向断路器两个反向串连的半导体开关的两个集电极端的连接点须是引出的。双向断路器还可以由单个的半导体器件构成。只有当集电极端或其连接点是可引入的时，双向断路器的各半导体开关才是与压敏电阻电并联的。在“Beschaltung von SIPMOS-Transistoren(SIPMOS晶体管布线)”(“Siemens-Components(西门子元器件)”，第22卷，第4期，1984，第157至159页)中公开了一种电压箝位电路。在图4中对采用半导体开关4的该电压箝位电路作了详细描述，并用8表示该电路。该电压箝位电路8由一个齐纳二极管10(特别是高压齐纳二极管，也被称为击穿二极管)和一个去耦二极管12构成。该电压箝位电路8连接在半导体开关4的集电极端C和栅极端G之间。半导体开关4由一个具有反向二极管的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)构成。去耦二极管12在半导体开关4接通时将电压箝位电路8与半导体开关4的栅极端G隔开。在半导体开关4处于阻断状态时一旦其集电极-发射极电压超过击穿二极管的Z-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矩阵变换器（２８）的过电压防护方法，该矩阵变换器（２８）具有按３×３开关矩阵形式排列的九个双向断路器（２），其中，从所有输入电位和／或输出电位中、或者从所有输入电位和至少一个输出电位中测算出一个最高电位，当其超过一个预定的边界值时，对该矩阵变换器（２８）的双向断路器（２）进行控制。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：曼弗雷德布鲁克曼，奥拉夫西蒙，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]