專利名稱：具有雙向晶閘管閥的ac－dc轉(zhuǎn)換器的制作方法
背景技術(shù)：
諸如DC傳輸?shù)拇蠊β蕬?yīng)用的傳統(tǒng)AC-DC轉(zhuǎn)換器利用晶閘管閥轉(zhuǎn)換AC-DC。通過選擇啟動(dòng)角的合適數(shù)值，他們可以操作為整流器或變極器。由于流過這些閥的電流方向只在一個(gè)方向，所以通過調(diào)整啟動(dòng)角建立的通過DC端的電壓極性確定了能量流動(dòng)的方向。這不僅對(duì)于用于DC傳輸?shù)娜鄻蚪与娐?，還對(duì)于使用晶閘管閥的任何類型AC-DC轉(zhuǎn)換器都是正確的。
圖1(a)所示的是傳統(tǒng)的6脈沖三相橋接電路，它由圖1(b)象征性地表示。原則上，圖1(b)可以表示任何使用晶閘管閥的AC-DC轉(zhuǎn)換器，例如，典型地用于DC傳輸?shù)?2脈沖轉(zhuǎn)換器或者用于低壓DC電源的單相轉(zhuǎn)換器。
圖2是兩端DC傳輸系統(tǒng)的示意圖。在這樣的電路中，通過調(diào)節(jié)兩端的轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)角，能量方向可以很容易地通過改變DC總線電壓的極性而改變。然而，在多端DC系統(tǒng)中，改變能量方向的問題變得更復(fù)雜了。以圖3所示的三端系統(tǒng)作為例子。轉(zhuǎn)換器A和B工作為整流器，轉(zhuǎn)換器C工作為變極器。如果一人想改變這三個(gè)轉(zhuǎn)換其中一個(gè)或兩個(gè)的能量方向而不改變剩下的轉(zhuǎn)換器的能量方向，只改變DC總線的極性是不可能做到這樣的。圖3所示的電路中，如果只改變轉(zhuǎn)換器A的能量方向，可以由圖4所示的極性反向開關(guān)做到。如果所有的轉(zhuǎn)換器有適應(yīng)性來改變能量方向而不必改變其它相連的轉(zhuǎn)換器的能量方向，用于極性方向轉(zhuǎn)換的相似的裝置必須提供給所有轉(zhuǎn)換器。這樣的極性反向裝置需要另外的開關(guān)和增加的對(duì)于轉(zhuǎn)換器變壓器，總線機(jī)件和/或者閥結(jié)構(gòu)的絕緣需求。必要的轉(zhuǎn)換操作在執(zhí)行能量反向中引進(jìn)了延遲。
在兩極DC傳輸系統(tǒng)中，增大系統(tǒng)實(shí)用性的一個(gè)方法是規(guī)定當(dāng)傳輸線或電纜的一極有儲(chǔ)運(yùn)損耗時(shí)，并聯(lián)兩極上的轉(zhuǎn)換器以操作在單極模式。這樣的情況也需要用于轉(zhuǎn)換器的極性反向轉(zhuǎn)換裝置。
本發(fā)明的目的是提供對(duì)于上述問題有改進(jìn)的一AC-DC轉(zhuǎn)換器。為達(dá)到這個(gè)目的，本發(fā)明的AC-DC轉(zhuǎn)換器如權(quán)利要求所述進(jìn)行配置。
本發(fā)明消除了對(duì)極性反向開關(guān)和對(duì)于轉(zhuǎn)換器器件高絕緣這樣情形下的需求。它也提供了將在后面說明的利益。


圖1到圖4表示現(xiàn)有技術(shù)。圖1(a)是三相橋接轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換閥電路。圖1(b)是用在圖2，3和圖4中的圖19a)的轉(zhuǎn)換器電路的象征性代表。圖2表現(xiàn)一兩端DC傳輸系統(tǒng)的一個(gè)電極，它顯示如何不改變通過此轉(zhuǎn)換閥的電流方向，而是通過改變DC電壓的的極性來反向能量方向。圖3和圖4顯示三端DC傳輸系統(tǒng)的一個(gè)電極，從而顯示了三端系統(tǒng)中的能流方向的變化是如何受使用極性反向開關(guān)的作用的。圖5顯示了使用雙向晶閘管閥的三相橋接轉(zhuǎn)換器的電路。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明中，AC-DC轉(zhuǎn)換器使用雙向晶閘管閥作為轉(zhuǎn)換閥，該雙向晶閘管閥由背靠背連接的晶閘管構(gòu)成。
晶閘管可以由很多方式背靠背連接而成雙向晶閘管閥。在閥只需要一個(gè)晶閘管電平的低壓應(yīng)用中，雙向晶閘管閥具有兩個(gè)晶閘管，一個(gè)晶閘管的陽極端和另一晶閘管的陰極端相連。其本身可以由兩種方式達(dá)到兩個(gè)晶閘管可以由例如硅的半導(dǎo)體材料的單晶片上獲得，或者是一半導(dǎo)體單晶片處理成兩個(gè)晶閘管。在具有多個(gè)晶閘管電平的雙向晶閘管中，背靠背連接可以由串聯(lián)背靠背連接的晶閘管對(duì)，背靠背連接兩組串連的晶閘管，或者串聯(lián)背靠背連接的晶閘管模塊而獲得。在雙向晶閘管閥的經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)中，雙向閥的晶閘管可以共享很多與晶閘管閥相關(guān)的輔助部件，包含但不是限制于這樣的部件例如緩沖電路，閥電抗管，門啟動(dòng)系統(tǒng)和閥關(guān)閉系統(tǒng)的部件。不考慮設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，重要的事情是雙向晶閘管閥與一個(gè)閥的陽極端和另一閥的陰極端相連的兩個(gè)晶閘管閥的作用相同。
圖5顯示了應(yīng)用于三相橋接電路的本發(fā)明的電路。圖示的每一個(gè)雙向晶閘管閥是背靠背連接兩個(gè)晶閘管閥，具有不同的指定字母-“F”代表正向“R”代表反向-表示通過兩個(gè)閥的電流方向相反。對(duì)于AC到DC或者DC到AC的轉(zhuǎn)換，只有在一個(gè)方向上導(dǎo)通的閥用作轉(zhuǎn)換閥，而能在相反方向上導(dǎo)通的閥保持阻礙。AC-DC的轉(zhuǎn)換器的DC電壓極性依賴于轉(zhuǎn)換器是用作整流器還是變極器和雙向晶閘管閥導(dǎo)通的方向。圖5中，當(dāng)標(biāo)記有字母F的閥-VF1，VF2，VF3，VF4，VF5和VF6使用為AC-DC轉(zhuǎn)換器時(shí)，如果轉(zhuǎn)換器操作為整流器，DC端DCH的電壓相對(duì)與DC端DCL為正，而對(duì)于轉(zhuǎn)換器操作為變極器，DC端DCH的電壓相對(duì)與DC端DCL為負(fù)。如果標(biāo)記為具有R字母的閥使用作AC-DC轉(zhuǎn)換器，對(duì)于整流器操作，DCH端的電壓對(duì)于DCL端為負(fù)，對(duì)于操作為變極器，DCH端的電壓對(duì)于DCL端為正。因此，通過本發(fā)明，有可能操作一AC-DC轉(zhuǎn)換器為任一DC端電壓的兩極性都沒有極性反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換裝置的幫助的整流器或變極器。
具有雙向晶閘管閥的轉(zhuǎn)換器有其它優(yōu)點(diǎn)。
在一應(yīng)用中，在一個(gè)方向上導(dǎo)通的晶閘管可以用作AC-DC轉(zhuǎn)換，同時(shí)可以在相反方向上導(dǎo)通的晶閘管可用作消除或者限制與轉(zhuǎn)換器DC電壓極性相反的電壓。例如，在DC電纜應(yīng)用中，電纜上電壓極性的反轉(zhuǎn)對(duì)DC電纜強(qiáng)加了劇烈的壓力。連接至一DC電纜的一AC-DC轉(zhuǎn)換器可以使用一背靠背連接的閥作為轉(zhuǎn)換閥，同時(shí)啟動(dòng)其它閥而形成旁路對(duì)以消除或顯著減少在一定瞬態(tài)干擾中通過其DC端的反向極性電壓的大小。這可以一個(gè)新的機(jī)會(huì)使用相對(duì)便宜的具有晶閘管閥的轉(zhuǎn)換器-電流源轉(zhuǎn)換器-的固體電介質(zhì)DC電纜而不是更昂貴和有損耗的電壓源轉(zhuǎn)換器。
AC-DC轉(zhuǎn)換器的晶閘管閥一般由兩種不同的方法提供過壓保護(hù)。對(duì)于正向的過壓，通過閥的保護(hù)啟動(dòng)來保護(hù)閥。這樣的保護(hù)啟動(dòng)可以由BOD的或者與BOD等效的電子器件被動(dòng)地實(shí)現(xiàn)，或者在探測到電壓過壓條件時(shí)通過啟動(dòng)閥主動(dòng)地實(shí)現(xiàn)。閥式避雷器在兩個(gè)方向上提供過壓保護(hù)，但是主要是需要于對(duì)反方向的過壓保護(hù)。具有雙向晶閘管閥的轉(zhuǎn)換器中，兩個(gè)方向的過壓保護(hù)可以由保護(hù)啟動(dòng)獨(dú)自提供。一對(duì)背靠背連接的閥的保護(hù)啟動(dòng)可以用來對(duì)其自身的正向過壓和經(jīng)過其它閥的反向過壓提供保護(hù)。也有可能以這種方式除去閥式避雷器。為提高過壓保護(hù)的可靠性，如果設(shè)計(jì)者保留了閥式避雷器，保護(hù)啟動(dòng)也可以用來最小化閥式避雷器的能源星級(jí)。
本發(fā)明也包括AC-DC轉(zhuǎn)換器有雙向晶閘管閥和一些傳統(tǒng)晶閘管閥的情況。這樣的配置在某些應(yīng)用中很有用。在DC端有大電容的AC-DC轉(zhuǎn)換器，例如在DC傳輸中的有一長DC電纜的12脈沖轉(zhuǎn)換器，連接高壓端的閥的過壓保護(hù)可以需要相對(duì)較高能源星級(jí)的避雷器。這種情況下，要消除或者減少穿過連接到高壓端的閥的閥式避雷器的能源星級(jí)，轉(zhuǎn)換器可為連接高壓端的閥提供有雙向閥，同時(shí)經(jīng)濟(jì)上的考慮也許在其它閥的位置規(guī)定選擇傳統(tǒng)的晶閘管閥。本發(fā)明適用于任何類型的具有單相或多相AC且具有或不具有轉(zhuǎn)換器變壓器的AC-DC轉(zhuǎn)換器電路。
權(quán)利要求
1.一個(gè)具有作為轉(zhuǎn)換閥的雙向晶閘管閥的AC-DC轉(zhuǎn)換器，該雙向晶閘管閥由背靠背連接的晶閘管構(gòu)成，該轉(zhuǎn)換器可以通過選擇背靠背連接的晶閘管中的一個(gè)或另一個(gè)用于AC-DC轉(zhuǎn)換，來操作通過它的DC端的兩個(gè)不同的極性，其中，背靠背連接的晶閘管的保護(hù)啟動(dòng)用來保護(hù)雙向晶閘管閥的兩極性的過壓。
2.一個(gè)具有作為轉(zhuǎn)換閥的雙向晶閘管閥的AC-DC轉(zhuǎn)換器，該雙向晶閘管閥由背靠背連接的晶閘管構(gòu)成，該轉(zhuǎn)換器可以通過選擇背靠背連接的晶閘管中的一個(gè)或另一個(gè)用于AC-DC轉(zhuǎn)換，來操作通過它的DC端的兩個(gè)不同的極性，其中，雙向晶閘管閥的在一個(gè)方向?qū)ǖ木чl管用來AC-DC轉(zhuǎn)換，而在相反方向上導(dǎo)通的晶閘管用來消除或者最小化通過轉(zhuǎn)換器DC端的反向電壓大小。
3.一個(gè)具有由作為轉(zhuǎn)換閥的背靠背連接的晶閘管構(gòu)成的雙向晶閘管閥和作為轉(zhuǎn)換閥的至少一個(gè)傳統(tǒng)晶閘管閥的的AC-DC轉(zhuǎn)換器，其中背靠背連接的晶閘管保護(hù)啟動(dòng)用來保護(hù)通過雙向晶閘管閥的兩極性的過壓。
4.一個(gè)具有由作為轉(zhuǎn)換閥的背靠背連接的晶閘管構(gòu)成的雙向晶閘管閥和作為轉(zhuǎn)換閥的至少一個(gè)傳統(tǒng)晶閘管閥的的AC-DC轉(zhuǎn)換器，其中，雙向晶閘管閥的在一個(gè)方向?qū)ǖ木чl管用來AC-DC轉(zhuǎn)換，而在相反方向上導(dǎo)通的晶閘管用來消除或者最小化通過轉(zhuǎn)換器DC端的反向電壓大小。
全文摘要
一AC－DC轉(zhuǎn)換器具有雙向晶閘管閥(VR1－VF6)作為轉(zhuǎn)換閥，該雙向晶閘管閥(VR1－VF6)由背靠背連接的晶閘管構(gòu)成的。雙向晶閘管閥(VR1－VF6)允許該轉(zhuǎn)換器操作為電壓的兩個(gè)極性通過轉(zhuǎn)換器的DC端(DCH，DCL)的整流器或變極器。雙向閥(VR1－VF6)可以用來防止通過轉(zhuǎn)換器的DC端(DCH，DCL)的DC電壓的極性反向，或者最小化反向電壓的大小。雙向晶閘管閥(VR1－VF6)可以用來對(duì)通過轉(zhuǎn)換器閥的過壓提供保護(hù)，并且消除或者減少轉(zhuǎn)換閥式避雷器的能源星級(jí)。AC－DC轉(zhuǎn)換器也可以裝備一些作為轉(zhuǎn)換閥的雙向晶閘管閥，同時(shí)在其它轉(zhuǎn)換閥位置保留常規(guī)晶閘管閥。
文檔編號(hào)H02M7/162GK1650506SQ03809588
公開日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2003年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月17日
發(fā)明者約翰·J·威薩亞西爾 申請(qǐng)人:約翰·J·威薩亞西爾