專利名稱：三相四線制輸出的半橋級(jí)聯(lián)型多電平逆變電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明型涉及電力電子的功率變換設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特指一種級(jí)聯(lián)型多電平逆變結(jié)構(gòu)的多電平級(jí)聯(lián)逆變的電力電子技術(shù)，具體涉及一種三相四線制輸出的多電平逆變技術(shù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可應(yīng)用于三相不對(duì)稱負(fù)載。
背景技術(shù)：
由于普通三相逆變電源應(yīng)用于不對(duì)稱負(fù)載時(shí)，可能會(huì)對(duì)負(fù)載造成嚴(yán)重的不良后果，目前應(yīng)用于三相不對(duì)稱負(fù)載的三相四線制輸出逆變電源的電路，為克服常規(guī)三相逆變電源的缺陷，國(guó)內(nèi)外學(xué)者作了許多的研究。方案一是采用兩等量電容串聯(lián)，負(fù)載中線與兩電容串聯(lián)接連點(diǎn)相連，這種方案缺點(diǎn)是電壓利用低，SP麗調(diào)制下，相電壓利用率最大只有O. 5，還存在中點(diǎn)電位浮動(dòng)問(wèn)題；方案二是采用三相四橋臂，負(fù)載中線與第四橋臂中點(diǎn)相連，缺點(diǎn)是控制方案復(fù)雜；方案三是插入Λ /YO三相變壓器；方案四是采用三相六橋臂，每?jī)伞€(gè)橋臂構(gòu)成一相逆變，即組合式，但輸出需一個(gè)變壓器，方案三和方案四均因存在工頻變壓器，三相四線制輸出逆變電源存在重量、體積較大等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明型是一種半橋級(jí)聯(lián)型三相四線制逆變電路，具有多電平逆變的一些特點(diǎn)，而輸入直流電源可以只有一個(gè)，電路工作時(shí)能利用自舉電路自動(dòng)生成級(jí)聯(lián)電源，提供半橋級(jí)聯(lián)逆變電路的電源，從而大大提高了電壓利用率，通過(guò)適當(dāng)接線，可直接實(shí)現(xiàn)三相四線制逆變輸出，可應(yīng)用于三相不對(duì)稱負(fù)載，省去了輸出的工頻變壓器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明型采用如下技術(shù)方案，一種利用自舉電路生成級(jí)聯(lián)電源的多電平逆變電路，所述的每相逆變電路由N個(gè)半橋逆變電路級(jí)連而成(Ν=2、3、4、···。)，其特征為在每相半橋級(jí)聯(lián)逆變電路中的第一級(jí)的半橋逆變由輸入直流電源供電，其余半橋級(jí)聯(lián)逆變電路的電源均由輸入的直流電源通過(guò)自舉得到供電。通過(guò)采用上述方案，這種自舉生成級(jí)聯(lián)電源的三相四線制多電平逆變電路，通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂品绞?，生成各?jí)聯(lián)半橋逆變的供電電源的直流成分電壓值基本與第一級(jí)的輸入直流電源電壓值基本相等。那么通過(guò)適當(dāng)?shù)闹芯€聯(lián)接方式，即可省去輸出的工頻變壓器，從而大大降低了整機(jī)重量，也減小了體積和成本及材料。本發(fā)明型的進(jìn)一步設(shè)置是第一種電路為每相半橋級(jí)聯(lián)逆變的下一級(jí)半橋逆變電路的輸出端，連接至上一個(gè)級(jí)聯(lián)半橋逆變電路的電源濾波電容負(fù)極，上下相鄰兩半橋級(jí)聯(lián)逆變電路的電源濾波電容正極均連接有級(jí)聯(lián)功率開(kāi)關(guān)器件，當(dāng)Ν=2時(shí)，三相負(fù)載的中線將直接連至輸入直流電源的正端，當(dāng)Ν> 2時(shí)，三相負(fù)載的中線將通過(guò)串聯(lián)隔直流電容再連接至輸入直流的電源正端；第二種電路為每相半橋級(jí)聯(lián)逆變的下一級(jí)半橋逆變電路的輸出端，連接至上一個(gè)級(jí)聯(lián)半橋逆變電路的電源濾波電容正極，上下相鄰兩半橋級(jí)聯(lián)逆變電路的電源濾波電容負(fù)極均連接有級(jí)聯(lián)功率開(kāi)關(guān)器件，當(dāng)Ν=2時(shí)，三相負(fù)載的中線將直接連至輸入直流的電源負(fù)端，當(dāng)N > 2時(shí)，三相負(fù)載的中線將通過(guò)串聯(lián)隔直流電容再連接至輸入直流的電源負(fù)端。通過(guò)進(jìn)一步技術(shù)方案，達(dá)到的技術(shù)效果是。(I)各相逆變均為多級(jí)半橋級(jí)聯(lián)逆變電路，各相負(fù)載的中線連接至輸入直流電源端，從而達(dá)到三相四線制逆變輸出。( 2 )各級(jí)聯(lián)半橋電源，均可由自舉電路得到，也可以各半橋電源實(shí)行獨(dú)立供電。(3)當(dāng)只用一個(gè)輸入直流電源時(shí)，相電壓逆變電壓利用率最大可達(dá)O. 5N，N為級(jí)聯(lián)數(shù)，而線電壓利用率最大可達(dá)O. 866N,大幅提高了電壓利用率，也降低了功率器件的耐壓要求。(4)相電壓逆變輸出電平數(shù)為N+1個(gè)。·
(5)當(dāng)各半橋級(jí)聯(lián)逆變電路采用載波相移SPWM調(diào)制法時(shí)，由于這種方法能實(shí)現(xiàn)增頻效果，則各半橋級(jí)聯(lián)逆變電路的級(jí)聯(lián)功率開(kāi)關(guān)器件頻率將大大降低，也就降低了功率器件的開(kāi)關(guān)損耗。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明型作進(jìn)一步描述。


圖I三相四線制級(jí)聯(lián)多電平逆變基本電路之一(N=2)。圖2三相四線制級(jí)聯(lián)多電平逆變基本電路之二(N=2)。圖3三相四線制級(jí)聯(lián)多電平逆變基本電路之三(N >2)。圖4三相四線制級(jí)聯(lián)多電平逆變基本電路之四(N >2)。
具體實(shí)施例方式圖I和圖2是本發(fā)明型的基本逆變電路的N=2的兩個(gè)類型。以圖I為例，E是輸入直流電源，02Γ023是其自舉儲(chǔ)能電容，也即電源濾波電容，SAf SA4、SBf SB4、SCf SC4、S2rS23等是電力開(kāi)關(guān)器件，S21、S22和S23是級(jí)聯(lián)電力開(kāi)關(guān)器件。SAl和SA2是第一級(jí)半橋級(jí)聯(lián)逆變電路的器件，SA3和SA4是第二級(jí)半橋級(jí)聯(lián)逆變電路的器件，其它類推。在工作時(shí)，S21和SAl的工作是同步的，同理S22和SBl的工作也是同步的。具體工作原理以N=2的A相逆變?yōu)槔?，?dāng)上下兩半橋均在PWM調(diào)制下時(shí)，每半橋輸出逆變基波，以及O. 5E數(shù)值的直流電位，E為輸入直流電源電壓值，因此兩半橋級(jí)聯(lián)輸出的直流電位剛好為E，那么三相負(fù)載中線可以接至輸入直流電源的正端，可以省去輸出的工頻變壓器以及中線的隔直流電容。圖I為兩個(gè)級(jí)聯(lián)逆變電路，利用CPS-SPWM調(diào)制法時(shí)，為多載波雙極性調(diào)制方法，載波為兩個(gè)相差180°的三角波，調(diào)制波為一個(gè)相同的正弦波，逆變輸出為兩個(gè)SPWM波的疊力口，等效于兩個(gè)半橋級(jí)聯(lián)逆變電路后的交流電相加。這種方法的特點(diǎn)是功率器件工作頻率較低，能實(shí)現(xiàn)逆變輸出載波的增頻，可以使開(kāi)關(guān)頻率還降低了一倍。由于圖I的第二級(jí)聯(lián)半橋電源須由第一級(jí)聯(lián)電源通過(guò)自舉電路得到電能，而自舉電路生成的第二級(jí)聯(lián)電能，與第一級(jí)聯(lián)半橋PWM調(diào)制度相關(guān)較大，因此第一級(jí)聯(lián)的PWM調(diào)制可適當(dāng)小一些，而第二級(jí)聯(lián)半橋PWM調(diào)制度可大一些。甚至第二級(jí)聯(lián)可用基波頻率的方波調(diào)制，而第一級(jí)仍為PWM調(diào)制。其它各圖工作原理與上類似。
權(quán)利要求
1.一種三相四線制輸出的半橋級(jí)聯(lián)型多電平逆變電路，所述的多電平逆變電路由三相半橋級(jí)聯(lián)逆變電路組成，其特征為每相逆變由N個(gè)半橋級(jí)聯(lián)組成，每相半橋級(jí)聯(lián)逆變電路中的第一級(jí)半橋逆變電源均由輸入直流電源共同供電，其余半橋級(jí)聯(lián)逆變電路的電源均第一級(jí)的輸入直流電源通過(guò)自舉電路得到供電，每一相電路結(jié)構(gòu)是相同的。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三相四線制輸出的半橋級(jí)聯(lián)型多電平逆變電路，其中一種特征為第一級(jí)為三個(gè)半橋并聯(lián)，其中A相第一級(jí)半橋逆變輸出端接第二級(jí)聯(lián)半橋的供電電源負(fù)端(或第二級(jí)聯(lián)半橋的供電電源濾波電容負(fù)端)，同理第二級(jí)半橋逆變輸出端接第三級(jí)聯(lián)半橋的供電電源負(fù)端(或第三級(jí)聯(lián)半橋的供電電源濾波電容負(fù)端)，如此可有N個(gè)級(jí)聯(lián)(N=2、3、4、…)，并且各級(jí)聯(lián)半橋的電源正端(或各級(jí)聯(lián)半橋的供電電源濾波電容正端)間連接有自舉電路用的級(jí)聯(lián)電力開(kāi)關(guān)器件，最后一級(jí)半橋逆變輸出端為A相逆變輸出；B相逆變電路和C相逆電路的級(jí)聯(lián)方法與A相是相同的；當(dāng)N=2時(shí)，三相負(fù)載的中線將直接連至輸入直流的電源正端，當(dāng)N > 2時(shí)，三相負(fù)載的中線將通過(guò)串聯(lián)隔直流電容再連接至輸入直流的電源正端。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三相四線制輸出的半橋級(jí)聯(lián)型多電平逆變電路，另一種電路其特征為第一級(jí)為三個(gè)半橋并聯(lián)，其中A相第一級(jí)半橋逆變輸出端接第二級(jí)聯(lián)半橋的供電電源正端(或第二級(jí)聯(lián)半橋的供電電源濾波電容正端)，同理第二級(jí)半橋逆變輸出端接第三級(jí)聯(lián)半橋的供電電源正端(或第三級(jí)聯(lián)半橋的供電電源濾波電容正端)，如此可有N個(gè)級(jí)聯(lián)(N=2、3、4、…)，并且各級(jí)聯(lián)半橋的電源負(fù)端(或各級(jí)聯(lián)半橋的供電電源濾波電容負(fù)端)間連接有自舉電路用的級(jí)聯(lián)電力開(kāi)關(guān)器件，最后一級(jí)半橋逆變輸出端為A相逆變輸出；B相逆變電路和C相逆電路的級(jí)聯(lián)方法與A相是相同的；變當(dāng)N=2時(shí)，三相負(fù)載的中線將直接連至輸入直流的電源負(fù)端，當(dāng)N > 2時(shí)，三相負(fù)載的中線將通過(guò)串聯(lián)隔直流電容再連接至輸入直流的電源負(fù)端。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三相四線制輸出的半橋級(jí)聯(lián)型多電平逆變電路，為使級(jí)聯(lián)半橋獲得更多電能和減小自舉電路充電峰值電流，方法有二 方法之一是使第一級(jí)半橋逆變的PWM調(diào)制度要比其它各級(jí)聯(lián)半橋PWM調(diào)制小；方法之二是使最后的級(jí)聯(lián)半橋采用與逆變基波頻率相同的方波調(diào)制，其它逆變半橋仍為PWM調(diào)制。
5.所述的級(jí)聯(lián)功率開(kāi)關(guān)器件為電力電子開(kāi)關(guān)器件或者只用二極管。
全文摘要
本發(fā)明型涉及電力電子的功率變換設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特指一種半橋級(jí)聯(lián)型多電平逆變結(jié)構(gòu)的新型電力電子逆變技術(shù)，具體涉及一種三相四線制輸出的多電平逆變技術(shù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可用于三相不對(duì)稱負(fù)載。本發(fā)明型是一種新型半橋級(jí)聯(lián)型三相四線制逆變電路，其特征是在常規(guī)三相全橋逆變輸出端再分別級(jí)聯(lián)半橋逆變電路，級(jí)聯(lián)的半橋逆變輸出端接三相不對(duì)稱負(fù)載，負(fù)載中線接至輸入直流電源端(可能需要隔直流電容)，電路工作時(shí)自舉電路能自動(dòng)生成級(jí)聯(lián)半橋的電源，通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)制方法，以及合理分配上下半橋的調(diào)制度，能降低逆變電路的峰值電流和逆變紋波。因此輸入直流電源可以只有一個(gè)，提高了逆變電壓利用率，降低了逆變諧波，可直接實(shí)現(xiàn)三相四線制逆變輸出，可省去輸出的工頻變壓器。
文檔編號(hào)H02M7/483GK102904472SQ201210414590
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者夏守行 申請(qǐng)人:夏守行