一种混合型功率变换装置 本发明涉及一种交流功率变换装置，属于高压开关技术领域，特别涉及电机变频驱动及变频电源。
变频器及变频电源广泛应用于交流电机驱动等许多场合，多采用交交变换方式及交直交变换方式。目前应用于交交变频器的已有技术，采用交流至交流直接变换方式，通过改变开关器件的触发角来达到输出交流电压的目的，该方案对电网及用电设备谐波污染很大，功率因数也较低。而应用于电压型交直交通用变频器的已有技术，采用脉宽调制(PWM)方法，即通过用半导体开关器件对中间直流电压进行开关控制，以达到输出交流电压的目的，这种方法因为需要有中间直流环节，使设备成本增加，降低了设备工作效率。这些问题在变频器及变频电源设备容量较大及电压较高时将更为突出。中国专利号为95119585.9的已有技术中，公开了一种通过多级串联叠加而实现高压变换的方法，这种方法可降低功率半导体器件所承受的电压，同时可减小输出电压谐波。但由于这种方法在每级均需要有中间直流环节，并需要使用可关断功率半导体器件，电路比较复杂，装置体积较大且成本也较高
本发明的目的是设计一种交流功率变换装置，综合上述已有技术的特点，降低成本，提高工作效率，同时具有较小的电压谐波及较高的功率因数。
本发明所设计的混合型功率变换装置，包括相互间电气绝缘的n组、每组相数为m地交流电，其分别连接至n个整流型变换模块的输入端；相互间电气绝缘的k组直流电，其分别连接至k个逆变型变换模块的输入端；上述n+k个变换模块的输出端串联连接，从而形成一个总的输出电压；上述n个整流型变换模块是包括由功率半导体开关器件或功率半导体开关器件组连接成的、输出电压极性可变的m相双向可控整流电路；上述k个逆变型变换模块是包括由功率半导体开关器件或功率半导体开关器件组连接成的电压型PWM逆变桥式电路。将多个上述装置组合，即可得到多路电压输出。
上述整流型变换模块可以是包括由双向可控硅连接成的m相双向可控整流电路，或者是包括将两个由可控硅连接成的m相可控整流电路正反向并联而连接成的m相双向可控整流电路。
上述整流型变换模块也可以是包括由可关断半导体功率开关器件连接成的m相双向可控整流电路，其中可关断半导体功率开关器件可以是GTO、SIT、IGBT、GTR、MOSFET、IGCT、MCT。
上述逆变型变换模块可以是包括由可关断半导体功率开关器件连接成的单相或多相输出的电压型PWM逆变桥式电路，其中可关断半导体功率开关器件可以是GTO、SIT、IGBT、GTR、MOSFET、IGCT、MCT。
本发明所设计的混合型功率变换装置的另外一种电路形式是包括，相互间电气绝缘的n组、每组相数为m的交流电，其分别连接至n个整流型变换模块的输入端；一路电气绝缘的直流电，连接至1个具有j相输出的逆变型变换模块的输入端；上述n个整流型变换模块分为j组，每组的整流型变换模块的输出端分别串联连接；上述j个串联连接后的整流型变换模块列，进一步与上述j相输出的逆变型变换模块的j个输出端连接，从而得到j路叠加后的输出电压。上述n个整流型变换模块是包括由功率半导体开关器件或功率半导体开关器件组连接成的、输出电压极性可变的m相双向可控整流电路；上述j相输出逆变型变换模块是包括由功率半导体开关器件或功率半导体开关器件组连接成的j相输出电压型PWM逆变桥式电路。
本发明所设计的混合型功率变换装置，使线路得以大大简化，显著降低了成本，同时使电压、电流谐波得以减小，并可获得较高的功率因数，具有很好的应用价值。
附图说明：
图1是按照本发明的装置的单路输出电路原理图。
图2是整流型变换模块所包括的由双向可控硅联接成的双向可控整流电路。
图3是整流型变换模块所包括的由可控硅联接成的双向可控整流电路。
图4是整流型变换模块的采用半波双向可控整流电路的原理图。
图5是由可关断器件IGBT组成的双向可控开关器件。
图6是由可关断器件IGBT组成的单相输出逆变型变换模块电路图。
图7是由可关断器件IGBT组成的三相输出逆变型变换模块电路图。
图8是按照本发明的装置的三路输出电路原理图。
图9是按照本发明的装置的另一实施例的三路输出电路原理图。
下面结合附图，详细介绍本发明设计的装置的工作过程。
图1是本发明设计的装置的单路输出电路原理图。为说明方便起见，图1中是以二级整流型变换模块及一级逆变型变换模块相串联的单路输出功率变换电路为例。其中开关器件K1、开关器件K2、开关器件K3、开关器件K4、开关器件K5、开关器件K6连接成了双向可控整流桥电路，组成整流型变换模块C1。整流型变换模块C2具有与整流型变换模块C1相同的电路结构。开关器件K7、开关器件K8、开关器件K9、开关器件K10连接成了电压型PWM逆变桥式电路，组成逆变型变换模块C3。整流型变换模块C1及整流型变换模块C2的输入端分别连接至相互间电气绝缘的二组输入交流电Va1、Vb1、Vc1,Va2、Vb2、Vc2，而逆变型变换模块C3的输入端连接电气绝缘的输入直流电+Vin、-Vin。整流型变换模块C1、整流型变换模块C2、逆变型变换模块C3的输出端串联连接起来，形成总的输出电压Vo。按一定规律对各变换模块中的开关器件进行触发，以控制其的通断，使各模块输出所需要的幅值及极性可变的电压，从而得到一个叠加后的幅值及频率可变的电压Vo。
图2是由双向可控硅组成的三相输入整流型变换模块的电路图。其中双向可控硅K23、双向可控硅K24、双向可控硅K25、双向可控硅K26、双向可控硅K27、双向可控硅K28连接成了三相双向可控整流桥电路，其输入端连接至三相交流电Va、Vb、Vc，其输出为Vo。对六只双向可控硅按一定规律顺序触发，可得到幅值及极性可变的电压Vo。
图3是由可控硅组成的三相输入整流型变换模块的电路图。其中可控硅k17、可控硅K18、可控硅K19、可控硅K20、可控硅K21、可控硅K22连接成了整流型变换模块的正向可控整流桥电路；而可控硅K11、可控硅K12、可控硅K13、可控硅K14、可控硅K15、可控硅K16连接成了整流型变换模块的反向可控整流桥电路，并通过与正向可控整流桥电路并联而组成了整流型变换模块的双向可控整流桥电路。整流型变换模块的输入端连接至三相交流输入Va、Vb、Vc，其输出电压为Vo。分别对正向可控整流桥电路及反向可控整流桥电路中的可控硅按一定规律顺序触发，可得到幅值及极性可变的电压Vo。
图4是本发明装置的整流型变换模块的另外一种电路结构。其中开关器件K30、开关器件K31、开关器件K32、开关器件K33连接成了三相半波双向可控整流桥电路，其输入端连接至三相交流电Va、Vb、Vc及零线N，输出电压为Vo。其中开关器件可以是双向可控硅或由可控硅或可关断半导体功率开关器件连接而成。
图5是采用可关断开关器件IGBT联接成的一个双向电子开关，包括两只IGBT及两只二极管。其中一只IGBT控制正向电流，与之并联的二极管提供反向电流通路；另一只IGBT控制反向电流，与之并联的二极管提供正向电流通路。需要说明的是一般IGBT元件内部已连接有并联的二极管。组成双向电子开关的可关断开关器件也可以是其他半导体开关器件：GTO、SIT、GTR、MOSFET、IGCT、MCT。
图6是由IGBT组成的单相输出逆变型变换模块的电路图。其中IGBT K35、IGBTK36、IGBT K37、IGBT K38连接成单相输出PWM桥式逆变电路，其输入直流电为+Vin、-Vin，输出为Vo。
图7是由IGBT组成的三相输出逆变型变换模块的电路图。其中IGBT K40、IGBTK41、IGBTK42、IGBTK43、IGBTK44、IGBTK45连接成三相输出PWM桥式逆变电路，其输入直流电为+Vin、-Vin，输出为Vo。
图8是本发明设计的装置的一个实施例电路原理图，为说明方便起见，给出的是一个由两级整流型变换模块及一级逆变型整流模块组成的三级串联，三路输出电路。其中整流型变换模块C10、整流型变换模块C11及逆变型变换模块C12的输出端串联，形成一路输出电压Voa；整流型变换模块C13、整流型变换模块C14及逆变型变换模块C15的输出端串联，形成第二路输出电压Vob；整流型变换模块C16、整流型变换模块C17及逆变型变换模块C18的输出端串联，形成第三路输出电压Voc。六个整流型变换模块的输入分别是六组交流电：Va1、Vb1、Vc1,Va2、Vb2、Vc2,Va3、Vb3、Vc3,Va4、Vb4、Vc4,Va5、Vb5、Vc5,Va6、Vb6、Vc6。三个逆变型变换模块的输入分别是三组直流电：+V1、-V1,+V2、-V2,+V3、-V3。通过控制各变换模块的输出电压，可以得到三路频率、幅值可变的电压Voa、Vob、Vob。
图9是本发明设计的装置的另一实施例原理图，为说明方便起见，起给出的是一个由两级整流型变换模块及一个逆变型整流模块组成的三级串联，三路输出电路。其中整流型变换模块C20、整流型变换模块C21的输出端串联后，与三相输出逆变型变换模块C26的输出端Vo3联接，形成一路输出电压Voa；整流型变换模块C22、整流型变换模块C23的输出端串联后，与逆变型变换模块C26的输出端Vo6联接，形成第二路输出电压Vob；整流型变换模块C24、整流型变换模块C25的输出端串联后，与逆变型变换模块C26的输出端Vo9联接，形成第三路输出电压Voc；六个整流型变换模块的输入分别是六组交流电：Va1、Vb1、Vc1,Va2、Vb2、Vc2,Va3、Vb3、Vc3,Va4、Vb4、Vc4,Va5、Vb5、Vc5,Va6、Vb6、Vc6。逆变型变换模块的输入是直流电：+Vin、-Vin。通过控制各变换模块的输出电压，可以得到三路频率、幅值可变的电压Voa、Vob、Vob。