用于基本開關(guān)T3u、T4u的控制信號；圖6. 3至圖6. 7分別圖示了從節(jié)點(diǎn)N8流至基本開關(guān) T4u的電流、從節(jié)點(diǎn)N9流至二極管D7和D8的電流、從節(jié)點(diǎn)N10流至基本開關(guān)T3'u和T4I 的電流、從節(jié)點(diǎn)Nil流至二極管D9和D10的電流、從節(jié)點(diǎn)N12流至基本開關(guān)T3'I的電流； 圖6. 8圖示了來自該臂且對負(fù)載10供電的輸出電流；
[0040] 圖7. 1至圖7. 9是對應(yīng)于第二基本級E12的時(shí)序圖：圖7. 1和圖7. 2分別圖示了 用于基本開關(guān)T5u、T6u的控制信號；圖7. 3至圖7. 8分別圖示了從必須連接至電壓源VDC 的端子E+流至基本開關(guān)T6u的電流、從節(jié)點(diǎn)N1流至二極管D1和D2的電流、從節(jié)點(diǎn)N2流 至基本開關(guān)T5'u的電流、從節(jié)點(diǎn)N4流至基本開關(guān)T6I的電流、從節(jié)點(diǎn)N5流至二極管D5和 D6的電流、從必須連接至電壓源VDC的端子E-流至基本開關(guān)T5'I的電流；圖7. 9圖示了 來自該臂且對負(fù)載10供電的輸出電流；
[0041] 圖8. 1至圖8. 5是對應(yīng)于第二級E2的時(shí)序圖，圖8. 1和圖8. 2分別圖示了與圖 6. 03和圖6. 04相同的、具有第一時(shí)基的用于基本開關(guān)Tl、T2的控制信號；圖8. 3和圖8. 4 分別圖示了從基本開關(guān)T2流至基本開關(guān)T1的電流，以及從基本開關(guān)T2流至電容器Cf的 電流；圖8. 5圖示了來自該臂且對負(fù)載10供電的輸出電流；圖8. 6和圖8. 7再次圖示了與 圖8. 3至圖8. 5相同的、具有第二時(shí)基的用于基本開關(guān)Tl、T2的控制信號；
[0042] 圖9. 1和圖9. 2分別圖示了跨越負(fù)載10的端子的電壓Vs、以及來自該臂且對負(fù)載 10供電的輸出電流Is的時(shí)序圖；
[0043] 圖10示出了作為本發(fā)明的主題的、關(guān)聯(lián)兩個(gè)多電平轉(zhuǎn)換器的示例性變速驅(qū)動裝 置，其中一個(gè)多電平轉(zhuǎn)換器作為整流器工作，另一個(gè)多電平轉(zhuǎn)換器作為逆變器工作。
【具體實(shí)施方式】
[0044]參考圖1A，其以一般結(jié)構(gòu)示出了作為本發(fā)明的主題的多電平轉(zhuǎn)換器的臂B的電氣 圖。其使得可以工作在來自直至約13. 8kV的中等電壓范圍的電壓。
[0045] 將在DC/AC轉(zhuǎn)換器臂的示例中開始對其進(jìn)行描述。
[0046] 作為本發(fā)明的主題的多電平轉(zhuǎn)換器（諸如圖1B中圖示的多電平轉(zhuǎn)換器）包括與 圖1A中表示的臂類似的一個(gè)或多個(gè)臂B。它們用于各自連接在兩個(gè)相似的電力供應(yīng)源（包 括電壓源VDC和電流源I)之間。在單相轉(zhuǎn)換器中使用兩個(gè)臂。將在三相轉(zhuǎn)換器中使用三 個(gè)臂。
[0047] 圖1A的臂B用于連接在電壓源VDC與電流源I之間。該轉(zhuǎn)換器然后可以作為DC/ AC轉(zhuǎn)換器（逆變器）工作、或者作為AC/DC轉(zhuǎn)換器（整流器）工作。在DC/AC轉(zhuǎn)換器的情 況下，電流源是交流的并且可以例如是電機(jī)，電壓源是直流的并且可以例如是連接到整流 器的輸出的直流總線。
[0048] 在AC/DC轉(zhuǎn)換器的情況下，電流源是交流的并且可以例如是供電網(wǎng)，電壓源是直 流的并且可以例如是電容器或電池。
[0049] 轉(zhuǎn)換器臂B包括級聯(lián)地連接在一起的兩級Etl、Et2。第一級Etl或輸入級用于連 接至直流的電壓源VDC，第二級Et2或輸出級用于連接至圖1中圖示的DC/AC轉(zhuǎn)換器配置中 的電流源I。
[0050] 在AC/DC轉(zhuǎn)換器配置中，第一級Et1或輸出級將連接至直流電壓源，第二級Et2或 輸入級將連接至交流電流源。當(dāng)從逆變器操作切換至整流器操作時(shí)，轉(zhuǎn)換器的輸入和輸出 逆轉(zhuǎn)，反之亦然。
[0051] 第一級Etl由級聯(lián)連接的具有位于1與n(n是大于1的整數(shù)）之間的等級的n個(gè) 基本級E11、E12、…、Eln形成。等級為1的基本級E11連接至第二級Et2。等級為n的基 本級EIn用于連接至電壓源VDC。
[0052] 第二級Et2由具有三個(gè)電壓電平的浮動電容器類型電池Ce10形成。
[0053] 第一級Etl的每個(gè)基本級Ell、E12、…、Eln包括串聯(lián)鏈接的NPC類型的電池對 (Cell、Cel2)、（Ce21、Ce22)、…、（Cenl、Cen2)。在等級為 1 至n的同一個(gè)基本級E11、 E12、…、Eln的NPC類型的兩個(gè)電池（Cell、Cel2)、（Ce21、Ce22)、…、（Cenl、Cen2)之間的 鏈接由n-1個(gè)電容電池構(gòu)成。對于等級為1的基本級E11，在其兩個(gè)NPC類型的電池Cell、 Cel2之間的鏈接于是直接的。當(dāng)n-1大于1時(shí)，存在n-1個(gè)串聯(lián)連接的電容電池。等級為 2的基本級E12的電容電池標(biāo)記為Ca2(l)，并且以此類推，等級為n的基本級En的電容電 池標(biāo)記為Can(l)至Can(n-1)。每個(gè)電容電池包括串聯(lián)的儲能器件對。電容電池的兩個(gè)儲 能器件具有同一個(gè)儲能量。此外，第一級Etl的電容電池的所有儲能器件具有同一個(gè)儲能 值。
[0054] 作為本發(fā)明的主題的轉(zhuǎn)換器中使用的儲能器件無論是在NPC類型或浮動電容器 電池中還是在電容電池中，都可以由能夠存儲電能并且能夠以電壓形式傳遞其的任何器件 來體現(xiàn)。儲能器件可以采取電容器、電池、燃料電池等的形式。
[0055] 隨后，為了簡化起見，標(biāo)記VDC將表示電壓源以及跨越此電壓源的端子的電壓二 者。
[0056] 應(yīng)理解，電壓VDC已經(jīng)被分為串聯(lián)的n+1個(gè)關(guān)聯(lián)電壓，其兩個(gè)末端（稱為Elnl和 Eln(n+1))是NPC類型的電池Cenl和Cen2的輸入電壓。
[0057] 在逆變器操作中，已經(jīng)表示了單個(gè)電壓源VDC。當(dāng)然，此電壓源VDC可以由n+1個(gè) 獨(dú)立的基本電壓源的組件組成。
[0058] 如當(dāng)參考圖3A的描述時(shí)進(jìn)一步所見的，每個(gè)NPC類型的電池包括輸入電容分壓 橋，其顯示電壓源。電壓Elnl、Eln(n+1)是跨越這些電容橋的端子的電壓。
[0059] 電壓Eln2至Elnn是施加到n_l個(gè)電容電池Can⑴至Can(n_l)的浮動電壓。這 n-1個(gè)電容電池Can(l)至Can(n-1)形成浮動電壓源。
[0060] 以相同的方式，基本級Eln的NPC類型的電池Cenl和Cen2的輸出被認(rèn)為是浮動 電壓源。
[0061] 經(jīng)由電感器Lauxll、Laux21、…、Lauxl(n_l)、Laux2 (n_l)，在兩個(gè)相應(yīng)的NPC類 型的電池之間構(gòu)成兩個(gè)相鄰基本級之間的鏈接。這些電感的每個(gè)可以被看作電流源，以便 遵守用于電壓源與電流源之間的連接的規(guī)則。這兩個(gè)電感的值相同。另一方面，不鏈接兩 個(gè)相似級的兩個(gè)電感不一定具有相同的值。作為變型，將可以僅使用單個(gè)電感來鏈接第一 基本級與第二相鄰基本級。所述電感將被設(shè)置在第一基本級的NPC類型的電池與第二相鄰 基本級的NPC類型的電池之間。第一基本級的另一NPC類型的電池將直接鏈接至第二相鄰 基本級的另一NPC類型的電池。為了圖解地示出此變型，圖1A中的電感器Laux21已經(jīng)表 示為虛線。這意味著其是可選的。在此情況下，所使用的單個(gè)電感的值將是具有兩個(gè)電感 的設(shè)置（setup)的兩個(gè)電感的總和。
[0062] 在等級為2的基本級E12的層面，NPC類型的電池Ce21和Ce22的輸出經(jīng)由電感 器Laux11、Laux21連接至由兩個(gè)NPC類型的電池Ce11、Ce12的電容橋組成的兩個(gè)浮動電壓 源。這兩個(gè)電壓源具有公共點(diǎn)。標(biāo)記E111、E112對應(yīng)于跨越這些電容橋的端子的電壓。
[0063] NPC類型的電池Cell和Cel2的輸出體現(xiàn)為被施加作為第二級Et2的浮動電容器 類型電池CelO的輸入的浮動電壓源E2。在參考圖3A至圖3E的同時(shí)，描述具有三個(gè)電壓電 平的浮動電容器類型電池的結(jié)構(gòu)和操作。
[0064] 以如下這樣的方式選擇第n個(gè)基本級Eln的部件：將輸入電壓VDC分為施加到兩 個(gè)NPC類型的電池Cenl、Cen2以及n-1個(gè)電容電池Can(l)、…、Can(n-l)的每個(gè)的n+1個(gè) 相等輸入電壓。因此，將VDC/n+1施加到第n個(gè)基本級的每個(gè)電池。
[0065] 可以定義與NPC或浮動電容器類型的每個(gè)電池關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)換函數(shù)f，其將施加到所 述電池的輸入電壓Ve與在同一所述電池的輸出出現(xiàn)的電壓V相關(guān)。
[0066]V=f*Ve/2 并且-1 彡f彡 1
[0067] 在第一級的每個(gè)基本級中，配置并控制兩個(gè)NPC類型的電池，以使得它們關(guān)聯(lián)的 轉(zhuǎn)換函數(shù)兩兩相等。這樣，在第一級以及第二級的每個(gè)電池的輸入施加的電壓等于VDC/ n+1。轉(zhuǎn)換器的所有NPC或浮動電容器類型的電池必須支持此電壓VDC/n+1。這實(shí)現(xiàn)了對施 加至第一級的等級為n的基本級的給定DC電壓而減少對半導(dǎo)體開關(guān)的電壓約束的最初的 目的。
[0068] 將在參考圖2A至圖2D的同時(shí)很快地描述具有三個(gè)電壓電平的NPC類型的電池的 結(jié)構(gòu)。
[0069] 此NPC類型的電池包括稱為K11、K12、K21、K22的一組四個(gè)串聯(lián)安裝的基本開關(guān)。 在此一組四個(gè)中，第一基本開關(guān)K11和第二基本開關(guān)K22在末端位置，并且第一基本開關(guān) K12和第二基本開關(guān)K21在中間位置，在中間位置的兩個(gè)基本開關(guān)在節(jié)點(diǎn)M3彼此直接鏈接。 在一組四個(gè)中，在末端位置的基本開關(guān)直接鏈接至在中間位置的基本開關(guān)。此鏈接使得可 以定義在末端位置的第一基本開關(guān)K11與在中間位置的第一基本開關(guān)K12之間的第一中點(diǎn) M1、以及在末端位置的第二基本開關(guān)K22與在中間位置的第二基本開關(guān)K21之間的第二中 點(diǎn)M2。