功率电子电路装置 本发明涉及功率电子学领域。它是基于第一项权利要求的总构思而设计的一种功率电子电路装置。
在文章“换流器技术中的现代功率半导体”，电工杂志(etz)114卷(1993)21期中描述了这样一种电路装置，文章作者是伟·薄妥令(W.Boesterling)，哈·路德维希(H.Ludwig)，吉·舒尔兹(G.Schulze)和莫·查尔恩(M.Tscharn)。
特别是在动力技术领域，这些功率电子电路装置的目的在于，产生尽可能近似正弦的可变频的电压波形。例如，为此目的提出的一种解决方法是根据换流器原理，由AC电网形成直流电压，再借助于逆变器由直流电压产生一种交流电压，例如可变频的交流电压。该交流电压通常是由脉冲宽度调制的直流电压产生的。二点式逆变器的方案产生于，假定交流电压仅有两种状态，即分别为正或负电压，同理三点式逆变器的方案来源于，假定交流电压有三种状态，即正电压，负电压以及0V。交流电压也可用三点式逆变器产生，通过三个电压等级，逐级地逼近正弦波形。然而，这种解决方法只能产生近似于正弦波形的输出电压，很不准确并存在谐波的困扰，这对于逐渐增长的电网的纯净要求来说是特别成问题的。
本发明的任务在于，提供一种功率电子电路装置，利用它得到改善的正弦近似。
借助第一项权利要求的特征，采用引言中描述的那种形式的功率电子电路装置来实现这项任务。
本发明的核心在于，提供了第二级换流器，它在第一级换流器的一个或每一个负载端连接，再同负载串接，换句话说正地级间电路电压+Uzk2或负的缘间电路电压-Uzk2，或必要时0V，之中至少可选择一个加到由第一级换流器加在其负载端上的电压上。
因此，用本发明电路装置，可以得到比现有技术更细的分级，因而波形更接近正弦。
第一级换流器可以采用二点式逆变器或三点式逆变器的形式。第一级换流器最好也采用多相结构，并且对于每一相有一个第二级换流器与负载端连接，并串接在负载前面。第二级换流器最好采用有两个桥臂的桥式电路结构。第一个桥臂接到第一级换流器的负载端，并按二点式逆变器的形式制造。第二个桥臂经过直流电压级间电路接到第一个桥臂并按二点式或三点式逆变器的形式制造。第二个桥臂的负载端再接到负载上。此外，可以在负载与第二个桥臂的负载端之间安装一个滤波器。
在相应的从属权利要求中给出另一些实施例。
本发明结构的优点在于，可以使用比现有技术更多的电压分级，从而得到改善的近似正弦波形以及与之相关联的所有优点。
下面利用附图结合几个具体实施例进一步阐述本发明。
这些附图是：
图1 本发明电路装置的电路图；
图2 第二级换流器的另一方案；
图3 图1电路可能的输出电压时间曲线；
图4 根据图2具有第二换流器的电路可能的输出电压时间曲线；
图5 进一步改善了的正弦近似输出电压的片段。
附图中使用的参考号码及其含义归纳在标号表中。原则上图中的相同部分，号码也相同。
图1示出了本发明电路装置的电路图。1表示第一级换流器，它通过第一级整流器2和第一级直流电压级间电路3接到供电网4。第一级直流电压级间电路3的电压为Uzk1。在此实施例中，换流器1设计成三相三点式逆变器。它的各相接到第一级直流电压级间电路3，后者由供电网4通过第一级整流器2供电。
第二级换流器6接至第一级换流器1的负载端5。图1实施例中，第二级换流器6包括具有第一和第二桥端9和10的两个桥臂。第一桥端9接至第一级换流器1的相关负载端5，而第二桥端10通过在需要时插入的滤波器11接到负载8的各端，此负载例如是一个三相电动机。第二级直流电压级间电路7放在第二级换流器6的桥臂之间，其电压为Uzk2。第二级直流电压级间电路由第二级整流器12供电的电容器组成。
图1电路装置的功能如下：
正的级间电路电压+Uzk1，或负的-Uzk1，或0V中的一个，通过对第一级换流器1的半导体开关适当的、假定为已知的控制，接至负载端5。借助对第二级换流器6的半导体开关适当的、也假定为已知的控制，该电压与正的第二级级间电路电压+Uzk2，0V或是负的级间电路电压-Uzk2相加。
若规定第一级间电路3的电压为2.7kV，第二级间电路7为900V为例，如图3示出的近似正弦的电压曲线就可以通过第一和第二级换流器适当的控制来产生。为此目的，换流器1和6按以下值控制： 第一换流器 第二换流器 产生的电压 2.7kV 900V 3.6kV 2.7kV 0V 2.7kV 2.7kV -900V 1.8kV 0V 900V 900V 0V 0V 0V 0V -900V -900V -2.7kV 900V -1.8kV -2.7kV 0V -2.7kV -2.7kV -900V -3.6kV
第二级换流器2比第一级以更高的频率工作。
第二级换流器6的第二桥臂10还可以按三点式逆变器的桥臂形式来构成(图2)。在该图中示出了一个特别推荐的实施结构，它可使负载8没有电能流向供电网方向，而且结构简单。这个实施例允许比图1的电路更细的分级，这是由于有可能仅仅将正或负的第二级间电路电压Uzk2的一半加到第一级的Uzk1上。为此，第二级间电路电压Uzk2可以是，譬如2×700V＝1400V，而第一级可以是2.1KV。在这种情况下，换流器可以按以下值控制(与图4比较)： 第一换流器 第二换流器 产生的电压 2.1kV 1.4kV 3.5kV 2.1kV 700V 2.8kV 2.1kV 0V 2.1kV 2.1kV 或0V -700V* 1.4kV 1.4kV 0V 700V 700V 0V 0V 0V 0V -700V -700V 0V 或-2.1kV -1.4kV 700V* -1.4kV -2.1kV 0V -2.1kV -2.1kV -700V -2.8kV -2.1kV -1.4kV -3.5kV
为了避免任何能量由换流器1反馈到换流器6，或是其级间电路7，不要选择用*标出的可能数值。否则在整个时间进程中第二级间电路7的电容器上的电压将呈不允许的高值。
进一步改善正弦波形的近似还可以通过对第二级换流器6的开关发出中间节拍来实现(图5)。还可以想象对第一级和/或第二级换流器的中间节拍。
第二级间电路7可以只由一相交流电通过桥式整流器或是由三相交流电通过三相桥式整流器来供电。第一种方案的优点在于可以节省变压器13的若干绕组。
作为本发明电路装置的另一种方案，可以使用桥式换流器代替整流器12。其结果是，第二级换流器6具有反馈能力，而且可以四象限工作。进一步，如果整流器2设计相宜的话，就可以得到一个包括具有全反馈能力的换流器电路装置。因而，一方面在上列表中用*标出的状态也可以选择使用。而另一方面，还可以按这样一种方式控制桥式换流器12，使它通过变压器13吸收供电网4中的电抗电流以及/或是谐波电流。这就能将整流器2产生的谐波极大地抵消。这种方法的优点是装备廉价有效的整流器，例如在6脉冲电路中的二极管就可以用作整流器2。
总而言之，本发明提供了一种功率电子电路装置，利用它可改善波形的正弦近似。
标号表 1 第一级换流器 2 第一级整流器 3 第一级直流电压级间电路 4 供电网 5 第一级换流器的负载端 6 第二级换流器 7 第二级直流电压级间电路 8 负载 9 第一桥端 10 第二桥端 11 滤波器 12 第二级整流器 13 变压器