專利名稱:一種單相全橋三電平逆變器及一種三相三電平逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及電壓轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種單相全橋三電平逆變器及一種三相三電平逆變器。
背景技術(shù):
逆變器是指通過半導(dǎo)體功率開關(guān)器件的開通和關(guān)斷作用,將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的一種變換器。近年來,三電平逆變器由于具有輸出容量大、輸出電壓高、電流諧波含量小等優(yōu)點,在高壓大功率交流電機(jī)變頻調(diào)速領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于受到功率器件容量、零線電流、電網(wǎng)負(fù)載平衡要求和用電負(fù)載的性質(zhì)(如三相交流異步電動機(jī)等)的限制,單相逆變器容量一般較低,大容量的逆變器多采用三相形式。現(xiàn)有的三相三電平逆變器拓?fù)涞拿恳幌嗤負(fù)鋯卧饕袃深?,分別是“1”字型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和“T”字型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如圖1所示,是現(xiàn)有技術(shù)中“1”字型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的示意圖。在該“1”字型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,通過在直流正負(fù)母線電壓之間串聯(lián)兩個容抗相等的電容(即圖1中的電容Cl和電容C2)來獲得三個電平正母線電平、兩電容串聯(lián)接點電平、負(fù)母線電平。單相半橋逆變器交流輸出的一個接線端子從上述兩串聯(lián)電容的接點η引出,另一個交流輸出端子從圖中a點引出。每相拓?fù)鋯卧墓ぷ鬟^程如下當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)管Tl、T2導(dǎo)通,半導(dǎo)體開關(guān)管T3、T4、二極管D3、D4、D5、D6截止時, 輸出節(jié)點a的電平等于正母線電平。輸出側(cè)電流從a點流出到電感Ll時,二極管D1、D2截止,電流回路為Tl-T2-Ll-Ve-L2-Cl-Tl ;輸出側(cè)電流從Ll流進(jìn)a點時,二極管D1、D2導(dǎo)通, 電流回路為 D2-Dl-Cl-L2-Ve-Ll-D2。當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)管T2、T3導(dǎo)通,半導(dǎo)體開關(guān)管Tl、T4、二極管Dl、D2、D3、D4截止時, 輸出節(jié)點a的電平等于兩電容串聯(lián)接點電平。輸出側(cè)電流從a點流出到Ll時,二極管D5 導(dǎo)通,二極管D6截止,電流回路為D5-T2-Ll-Ve-L2-D5 ;輸出側(cè)電流從Ll流進(jìn)a點時,二極管D6導(dǎo)通,二極管D5截止,電流回路為T3-D6-L2-Ve-Ll-T3。當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)管T3、T4導(dǎo)通,半導(dǎo)體開關(guān)管Tl、T2、二極管Dl、D2、D5、D6截止時, 輸出節(jié)點a的電平等于負(fù)母線電平。輸出側(cè)電流從a點流出到Ll時,二極管D3、D4導(dǎo)通, 電流回路為D4-D3-Ll-Ve-L2-C2-D4 ;輸出側(cè)電流從Ll流進(jìn)a點時,二極管D3、D4截止,電流回路為 T3-T4-C2-L2-Ve-Ll-T3。由上述工作過程可知,“1”字型三電平逆變器的四組半導(dǎo)體開關(guān)管(Tl和Dl,T2 和D2,T3和D3,T4和D4)承受的最大電壓為直流總輸入電壓的一半,因此,可以選擇額定電壓較小的半導(dǎo)體開關(guān)管進(jìn)而減小其開關(guān)損耗。但在該拓?fù)渲校枰獌蓚€箝位二極管D5、D6, 增加了器件個數(shù)和其損耗,同時還增加了半導(dǎo)體開關(guān)管T2、T3的通態(tài)損耗。如圖2所示,是現(xiàn)有技術(shù)中“Τ”字型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的示意圖。
在該“T”字型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,通過在直流正負(fù)母線電壓之間串聯(lián)兩個容抗相等的電容(即圖2中的電容Cl和電容C2)來獲得三個電平正母線電平,兩電容串聯(lián)接點電平,負(fù)母線電平,單相半橋逆變器交流輸出的一個接線端子從上述兩串聯(lián)電容的接點η引出,另一個交流輸出端子從圖中a點引出。每相拓?fù)鋯卧墓ぷ鬟^程如下當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)管Tl、T2導(dǎo)通,半導(dǎo)體開關(guān)管T3、T4、D2、D3、D4截止時,輸出節(jié)點 a的電平等于正母線電平。輸出側(cè)電流從a點流出到電感Ll時,二極管Dl截止,電流回路為Tl-Ll-Ve-L2-Cl-Tl ;輸出側(cè)電流從電感Ll流進(jìn)a點時,二極管Dl導(dǎo)通,電流回路為 D1-C1-L2-Vg-L1-D1o當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)管T2、T3導(dǎo)通,半導(dǎo)體開關(guān)管Tl、T4、Dl、D4截止時,輸出節(jié)點a的電平等于兩電容串聯(lián)接點電平。輸出側(cè)電流從a點流出到電感Ll時,二極管D3導(dǎo)通,二極管D2截止,電流回路為T2-D3-Ll-Ve-L2-T2 ;輸出側(cè)電流從電感Ll流進(jìn)a點時,二極管D2 導(dǎo)通,二極管D3截止,電流回路為T3-D2-L2-Ve-Ll-T3。當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)管T3、T4導(dǎo)通,半導(dǎo)體開關(guān)管Tl、T2、DU D2、D3截止時,輸出節(jié)點 a的電平等于負(fù)母線電平。輸出側(cè)電流從a點流出到電感Ll時,二極管D4導(dǎo)通,電流回路為D4-Ll-Ve-L2-C2-D4 ;輸出側(cè)電流從電感Ll流進(jìn)a點時,二極管D4截止,電流回路為 T4-C2-L2-Vg-L1-T4。由上述工作過程可知,“Τ”字型三電平逆變器的四組半導(dǎo)體開關(guān)管中Tl、Τ4承受的最大電壓為直流總輸入電壓,Τ2、Τ3承受的最大電壓為一半直流總輸入電壓。因此,增加了半導(dǎo)體開關(guān)管Tl、Τ4的開關(guān)損耗,但無需兩個箝位二極管,避免了該部分損耗。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題,提供一種單相全橋三電平逆變器及一種三相三電平逆變器,以減小損耗,提高能量轉(zhuǎn)換效率。為此,本發(fā)明實施例提供如下技術(shù)方案一種單相全橋三電平逆變器,用于將直流電源輸出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電,包括 兩個橋臂,所述兩個橋臂分別連接在所述直流電源之間,每個橋臂分別包括以下任意一個拓?fù)鋯卧谝煌負(fù)鋯卧?,包括四個開關(guān)器件,其中的第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件和第四開關(guān)器件串聯(lián)連接在所述直流電源之間,其中,第一開關(guān)器件的第一端連接所述直流電源的正端,第四開關(guān)器件的第二端連接所述直流電源的負(fù)端;第三開關(guān)器件的第二端連接所述直流電源的分壓中點,第三開關(guān)器件的第一端連接第一開關(guān)器件的第二端和第二開關(guān)器件的第一端;第二開關(guān)器件的第二端和第四開關(guān)器件的第一端相連并作為所述逆變器的一個輸出端;第二拓?fù)鋯卧ㄋ膫€開關(guān)器件,其中的第一開關(guān)器件、第三開關(guān)器件和第四開關(guān)器件串聯(lián)連接在所述直流電源之間,其中,第一開關(guān)器件的第一端連接所述直流電源的正端,第四開關(guān)器件的第二端連接所述直流電源的負(fù)端;第二開關(guān)器件的第一端連接所述直流電源的分壓中點,第二開關(guān)器件的第二端連接第三開關(guān)器件的第二端和第四開關(guān)器件的第一端;第一開關(guān)器件的第二端和第三開關(guān)器件的第一端相連并作為所述逆變器的一個輸出端。優(yōu)選地,每個開關(guān)器件均包括開關(guān)管和與所述開關(guān)管反并聯(lián)的二極管。優(yōu)選地,所述第一拓?fù)鋯卧虻诙負(fù)鋯卧械乃膫€開關(guān)器件的驅(qū)動信號由正弦調(diào)制波與三角形載波交截產(chǎn)生,并且在所述正弦調(diào)制波的正半周期,第二開關(guān)器件導(dǎo)通,第四開關(guān)器件關(guān)斷,并且如果所述三角形載波的電平小于所述正弦調(diào)制波的電平,則第一開關(guān)器件導(dǎo)通,第三開關(guān)器件關(guān)斷;如果所述三角形載波的電平大于所述正弦調(diào)制波的電平,則第一開關(guān)器件關(guān)斷,第三開關(guān)器件導(dǎo)通;在所述正弦調(diào)制波的負(fù)半周期,第一開關(guān)器件保持關(guān)斷狀態(tài),第三開關(guān)器件保持導(dǎo)通狀態(tài),并且如果所述三角形載波的電平大于所述正弦調(diào)制波反向后的電平,則第二開關(guān)器件導(dǎo)通,第四開關(guān)器件關(guān)斷;如果所述三角形載波的電平小于所述正弦調(diào)制波反向后的電平,則第二開關(guān)器件關(guān)斷,第四開關(guān)器件導(dǎo)通。優(yōu)選地,所述單相全橋三電平逆變器還包括兩個分壓電容,串聯(lián)連接在所述直流電源之間,用于對所述直流電源進(jìn)行分壓,所述兩個分壓電容的連接點為所述直流電源的分壓中點。優(yōu)選地,所述單相全橋三電平逆變器還包括濾波電路,連接在所述兩個橋臂的輸出端之間,用于濾除所述逆變器輸出信號中的高頻分量。一種三相三電平逆變器,用于將直流電源輸出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電,包括三相拓?fù)鋯卧?,所述三相拓?fù)鋯卧械拿恳幌嗤負(fù)鋯卧謩e連接在所述直流電源之間,并且為以下任意一個拓?fù)鋯卧谝煌負(fù)鋯卧?,包括四個開關(guān)器件,其中的第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件和第四開關(guān)器件串聯(lián)連接在所述直流電源之間,其中,第一開關(guān)器件的第一端連接所述直流電源的正端,第四開關(guān)器件的第二端連接所述直流電源的負(fù)端;第三開關(guān)器件的第二端連接所述直流電源的分壓中點,第三開關(guān)器件的第一端連接第一開關(guān)器件的第二端和第二開關(guān)器件的第一端;第二開關(guān)器件的第二端和第四開關(guān)器件的第一端相連并作為所述逆變器的一個輸出端;第二拓?fù)鋯卧ㄋ膫€開關(guān)器件,其中的第一開關(guān)器件、第三開關(guān)器件和第四開關(guān)器件串聯(lián)連接在所述直流電源之間,其中,第一開關(guān)器件的第一端連接所述直流電源的正端,第四開關(guān)器件的第二端連接所述直流電源的負(fù)端;第二開關(guān)器件的第一端連接所述直流電源的分壓中點,第二開關(guān)器件的第二端連接第三開關(guān)器件的第二端和第四開關(guān)器件的第一端;第一開關(guān)器件的第二端和第三開關(guān)器件的第一端相連并作為所述逆變器的一個輸出端。優(yōu)選地,每個開關(guān)器件均包括開關(guān)管和與所述開關(guān)管反并聯(lián)的二極管。優(yōu)選地,所述第一拓?fù)鋯卧虻诙負(fù)鋯卧械乃膫€開關(guān)器件的驅(qū)動信號由正弦波與三角形載波交截產(chǎn)生,并且在所述正弦調(diào)制波的正半周期,第二開關(guān)器件導(dǎo)通,第四開關(guān)器件關(guān)斷,并且如果所述三角形載波的電平小于所述正弦調(diào)制波的電平,則第一開關(guān)器件導(dǎo)通,第三開關(guān)器件關(guān)斷;如果所述三角形載波的電平大于所述正弦調(diào)制波的電平,則第一開關(guān)器件關(guān)斷,第三開關(guān)器件導(dǎo)通;在所述正弦調(diào)制波的負(fù)半周期,第一開關(guān)器件保持關(guān)斷狀態(tài),第三開關(guān)器件保持導(dǎo)通狀態(tài),并且如果所述三角形載波的電平大于所述正弦調(diào)制波反向后的電平,則第二開關(guān)器件導(dǎo)通,第四開關(guān)器件關(guān)斷;如果所述三角形載波的電平小于所述正弦調(diào)制波反向后的電平,則第二開關(guān)器件關(guān)斷,第四開關(guān)器件導(dǎo)通??蛇x地,所述逆變器為三相三線制三電平逆變器,或者三相四線制三電平逆變器。優(yōu)選地,所述三相三電平逆變器還包括 兩個分壓電容,串聯(lián)連接在所述直流電源之間,用于對所述直流電源進(jìn)行分壓,所述兩個分壓電容的連接點為所述直流電源的分壓中點。優(yōu)選地,所述三相三電平逆變器還包括濾波電路,連接在所述三相拓?fù)鋯卧妮敵龆酥g,用于濾除所述逆變器輸出信號中的高頻分量。本發(fā)明實施例提供的一種單相全橋三電平逆變器及一種三相三電平逆變器,可以在保持三電平逆變器的器件數(shù)目最少的同時,降低部分開關(guān)管的電壓應(yīng)力,從而可以選用小功率半導(dǎo)體開關(guān)管,減小損耗,提高轉(zhuǎn)換效率。
為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實施例,對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是現(xiàn)有技術(shù)中三相三電平逆變器拓?fù)涞拿恳幌唷?”字型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖;圖2是現(xiàn)有技術(shù)中三相三電平逆變器拓?fù)涞拿恳幌唷癟”字型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖;圖3是本發(fā)明實施例中第一拓?fù)鋯卧慕Y(jié)構(gòu)示意圖;圖4是本發(fā)明實施例中第二拓?fù)鋯卧慕Y(jié)構(gòu)示意圖;圖5、圖6、圖7分別是本發(fā)明實施例單相全橋三電平逆變器的一種結(jié)構(gòu)示意圖;圖8、圖9、圖10、圖11分別是本發(fā)明實施例三相三線制三電平逆變器的一種結(jié)構(gòu)示意圖;圖12、圖13、圖14、圖15分別是本發(fā)明實施例三相四線制三電平逆變器的一種結(jié)構(gòu)示意圖;圖16、圖17、圖18、圖19、圖20分別是本發(fā)明實施例三相四線制三電平逆變器的
另一種結(jié)構(gòu)示意圖;圖21是本發(fā)明實施例中各開關(guān)器件的驅(qū)動信號示意圖;圖22是本發(fā)明實施例中第一拓?fù)鋯卧诘谝还ぷ髂B(tài)下的電流回路示意圖;圖23是本發(fā)明實施例中第一拓?fù)鋯卧诘诙ぷ髂B(tài)下的電流回路示意圖;圖M是本發(fā)明實施例中第一拓?fù)鋯卧诘谌ぷ髂B(tài)下的電流回路示意圖。圖25是本發(fā)明實施例中第二拓?fù)鋯卧诘谝还ぷ髂B(tài)下的電流回路示意圖;圖沈是本發(fā)明實施例中第二拓?fù)鋯卧诘诙ぷ髂B(tài)下的電流回路示意圖;圖27是本發(fā)明實施例中第二拓?fù)鋯卧诘谌ぷ髂B(tài)下的電流回路示意圖。
具體實施例方式為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明實施例的方案,下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明實施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明實施例提供一種單相全橋三電平逆變器及一種三相三電平逆變器,用于將直流電源輸出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電,所述直流電源可以是光伏電源0也可以是儲能電池。在該單相全橋三電平逆變器中包括兩個橋臂,所述兩個橋臂分別連接在所述直流電源之間,每個橋臂分別包括以下任意一個拓?fù)鋯卧谝煌負(fù)鋯卧诙負(fù)鋯卧?。同樣,在該三相三電平逆變器中包括三相拓?fù)鋯卧?,所述三相拓?fù)鋯卧械拿恳幌嗤負(fù)鋯卧謩e連接在所述直流電源之間,并且為以下任意一個拓?fù)鋯卧谝煌負(fù)鋯卧?第二拓?fù)鋯卧P枰f明的是,本發(fā)明實施例的三相三電平逆變器可以是三相三線制三電平逆變器,也可以是三相四線制三電平逆變器。由于在所述單相全橋三電平逆變器和所述三相三電平逆變器中均包括上述第一拓?fù)鋯卧?或第二拓?fù)鋯卧?,因此,下面首先對這兩個拓?fù)鋯卧M(jìn)行詳細(xì)說明。為了描述方便,將上述第一拓?fù)鋯卧喎Q為M1,第二拓?fù)鋯卧喎Q為M2。如圖3所示,是本發(fā)明實施例中第一拓?fù)鋯卧囊环N結(jié)構(gòu)示意圖及其對應(yīng)的簡化框圖。該第一拓?fù)鋯卧ㄋ膫€開關(guān)器件,其中的第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件和第四開關(guān)器件串聯(lián)連接在所述直流電源之間,其中,第一開關(guān)器件的第一端連接所述直流電源的正端,第四開關(guān)器件的第二端連接所述直流電源的負(fù)端;第三開關(guān)器件的第二端連接所述直流電源的分壓中點,第三開關(guān)器件的第一端連接第一開關(guān)器件的第二端和第二開關(guān)器件的第一端;第二開關(guān)器件的第二端和第四開關(guān)器件的第一端相連并作為所述逆變器的一個輸出端。如圖4所示,是本發(fā)明實施例中第二拓?fù)鋯卧囊环N結(jié)構(gòu)示意圖及其對應(yīng)的簡化框圖。該第二拓?fù)鋯卧ㄋ膫€開關(guān)器件,其中的第一開關(guān)器件、第三開關(guān)器件和第四開關(guān)器件串聯(lián)連接在所述直流電源之間,其中,第一開關(guān)器件的第一端連接所述直流電源的正端,第四開關(guān)器件的第二端連接所述直流電源的負(fù)端;第二開關(guān)器件的第一端連接所述直流電源的分壓中點,第二開關(guān)器件的第二端連接第三開關(guān)器件的第二端和第四開關(guān)器件的第一端;第一開關(guān)器件的第二端和第三開關(guān)器件的第一端相連并作為所述逆變器的一個輸出端。需要說明的是,在實際應(yīng)用中,上述直流電源的分壓中點可以由串聯(lián)連接在所述直流電源之間的兩個分壓電容形成,即所述兩個分壓電容的連接點為所述直流電源的分壓中占。
I ; WN O上述圖3和圖4中的各開關(guān)器件包括開關(guān)管和與所述開關(guān)管反并聯(lián)的二極管,所述開關(guān)管可以是半導(dǎo)體開關(guān)管,比如MOSFET (高壓金屬氧化物硅場效應(yīng)晶體管)、IGBT (絕緣柵雙極晶體管)、IGCT(集成門極換流晶閘管)、IEGT(增強(qiáng)注入柵晶體管)等。所述二極管可以是獨立二極管或所述開關(guān)管內(nèi)部自帶的反并聯(lián)二極管。相應(yīng)地,所述開關(guān)管的漏極或集電極與所述二極管的陰極相連構(gòu)成所述開關(guān)器件的第一端,所述開關(guān)管的源極或發(fā)射極與所述二極管的陽極相連構(gòu)成所述開關(guān)器件的第二端。當(dāng)然,本發(fā)明實施例并不限定上述開關(guān)管的類型,還可以是其它類型的開關(guān)管。如圖3和圖4所示,第一開關(guān)器件由第一開關(guān)管Tl和第一二極管Dl組成,第二開關(guān)器件由第二開關(guān)管T2和第二二極管D2組成,第三開關(guān)器件由第三開關(guān)管T3和第三二極管D3組成,第四開關(guān)器件由第四開關(guān)管T4和第四二極管D4組成?;谏鲜龅谝煌?fù)鋯卧狹l和第二拓?fù)鋯卧狹2,本發(fā)明實施例提供的單相全橋三電平逆變器可以有多種變形結(jié)構(gòu)。圖5、圖6、圖7分別是本發(fā)明實施例單相全橋三電平逆變器的一種結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示,兩個分壓電容Cl、C2串聯(lián)連接在直流電源之間,兩個分壓電容Cl、C2 的容抗相同,用于對所述直流電源進(jìn)行分壓;兩個橋臂均為第一拓?fù)鋯卧狹1,這兩個第一拓?fù)鋯卧謩e連接在所述直流電源之間。在該實施例中,所述單相全橋三電平逆變器還可進(jìn)一步包括連接在所述兩個橋臂的輸出端之間的濾波電路,用于濾除所述逆變器輸出信號中的高頻分量。該濾波電路可以是L型,LC型、LCL型等。如圖5所示,在該實施例中,所述濾波電路包括分別與其中一個橋臂的輸出端和交流負(fù)載或電網(wǎng)Ve相連的電感Li,分別與另一個橋臂的輸出端和交流負(fù)載或電網(wǎng)Ve相連的電感L2,連接在交流負(fù)載或電網(wǎng)兩端的濾波電容C。圖6和圖7所示單相全橋三電平逆變器與圖5類似,只是圖6中的兩個橋臂分別為第一拓?fù)鋯卧狹l和第二拓?fù)鋯卧狹2,圖7中的兩個橋臂均為第二拓?fù)鋯卧狹2。圖8、圖9、圖10、圖11分別是本發(fā)明實施例三相三線制三電平逆變器的一種結(jié)構(gòu)示意圖。 如圖8所示,兩個分壓電容Cl 1、C12串聯(lián)連接在直流電源之間,兩個分壓電容Cl 1、 C12的容抗相同,用于對直流電源進(jìn)行分壓;三相拓?fù)鋯卧鶠榈谝煌負(fù)鋯卧狹1,分別連接在所述直流電源之間。在該實施例中,所述三相三線制三電平逆變器還可進(jìn)一步包括連接在所述三相拓?fù)鋯卧妮敵龆酥g的濾波電路,用于濾除所述逆變器輸出信號中的高頻分量。該濾波電路可以是L型,LC型、LCL型等。如圖8所示,在該實施例中,所述濾波電路包括與每相拓?fù)鋯卧妮敵龆讼噙B的一組LC型濾波器,如圖8所示,與第一相拓?fù)鋯卧妮敵龆讼噙B的電感Ll及與電感Ll相連的電容Cl,與第二相拓?fù)鋯卧妮敵龆讼噙B的電感L2及與電感 L2相連的電容C2,與第三相拓?fù)鋯卧妮敵龆讼噙B的電感L3及與電感L3相連的電容C3, 三個電容Cl、C2、C3與電感相連之外的另一端相互連接。圖9、圖10、圖11所示三相三線制三電平逆變器與圖8類似,只是圖9中的三相拓?fù)鋯卧謩e為第一拓?fù)鋯卧狹l、第一拓?fù)鋯卧狹l和第二拓?fù)鋯卧狹2 ;圖10中的三相拓?fù)鋯卧謩e為第一拓?fù)鋯卧狹l、第二拓?fù)鋯卧狹2和第二拓?fù)鋯卧狹2 ;圖11中的三相拓?fù)鋯卧鶠榈诙負(fù)鋯卧狹2。需要說明的是,上述圖8至圖11中所示的各三相三線制三電平逆變器輸出的三相相序可以是任意的,對此本發(fā)明實施例不做限定。圖12、圖13、圖14、圖15分別是本發(fā)明實施例三相四線制三電平逆變器的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖12所示,兩個分壓電容Cll、C12串聯(lián)連接在直流電源之間,兩個分壓電容 C1UC12的容抗相同,用于對直流電源進(jìn)行分壓;三相拓?fù)鋯卧鶠榈谝煌負(fù)鋯卧狹1,分別連接在所述直流電源之間。在該實施例中,所述三相四線制三電平逆變器還可進(jìn)一步包括連接在所述三相拓?fù)鋯卧妮敵龆酥g的濾波電路,用于濾除所述逆變器輸出信號中的高頻分量。該濾波電路可以是L型,LC型、LCL型等。如圖12所示,在該實施例中,所述濾波電路包括與每相拓?fù)鋯卧妮敵龆讼噙B的一組LC型濾波器,如圖12所示,與第一相拓?fù)鋯卧妮敵龆讼噙B的電感Ll及與電感Ll相連的電容Cl,與第二相拓?fù)鋯卧妮敵龆讼噙B的電感L2及與電感 L2相連的電容C2,與第三相拓?fù)鋯卧妮敵龆讼噙B的電感L3及與電感L3相連的電容C3, 三個電容Cl、C2、C3與電感相連之外的另一端均連接到分壓電容Cl 1和C22的連接點。圖13、圖14、圖15所示三相四線制三電平逆變器與圖12類似,只是圖13中的三相拓?fù)鋯卧謩e為第一拓?fù)鋯卧狹l、第一拓?fù)鋯卧狹l和第二拓?fù)鋯卧狹2 ;圖14中的三相拓?fù)鋯卧謩e為第一拓?fù)鋯卧狹l、第二拓?fù)鋯卧狹2和第二拓?fù)鋯卧狹2 ;圖15中的三相拓?fù)鋯卧鶠榈诙負(fù)鋯卧狹2。需要說明的是,上述圖12至圖15中所示的各三相四線制三電平逆變器輸出的三相相序可以是任意的,對此本發(fā)明實施例不做限定。在上述圖12至圖15中所示的各三相四線制三電平逆變器中,由兩個分壓電容 C11、C12的連接點引出零線,三相拓?fù)鋯卧謩e引出三條火線。圖16、圖17、圖18、圖19、圖20分別是本發(fā)明實施例三相四線制三電平逆變器的
另一種結(jié)構(gòu)示意圖。與上述圖12至圖15中所示的各三相四線制三電平逆變器不同的是,在這幾個實施例中,零線也是由一個獨立的拓?fù)鋯卧?第一拓?fù)鋯卧狹l或第二拓?fù)鋯卧?來提供, 其它結(jié)構(gòu)與上述圖12至圖15中所示的各三相四線制三電平逆變器類似,在此不再詳細(xì)描述。需要說明的是,圖16至圖20所示的各三相四線制三電平逆變器中,四個拓?fù)鋯卧妮敵鲋校梢赃x擇其中任意一個作為零線,其它另外三個拓?fù)鋯卧妮敵鲎鳛榛鹁€。下面繼續(xù)結(jié)合圖3和圖4詳細(xì)說明本發(fā)明實施例中各拓?fù)鋯卧墓ぷ鬟^程。本發(fā)明實施例中第一拓?fù)鋯卧偷诙負(fù)鋯卧兴膫€開關(guān)器件的驅(qū)動信號由正弦調(diào)制波(即調(diào)制信號)與三角形載波(即載波信號)交截產(chǎn)生,如圖21所示。其中,Ug為正弦波,比如50Hz, Uc是三角形載波,如20KHz。Si、S2、S3和S4分別表示第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件、第三開關(guān)器件和第四開關(guān)器件的驅(qū)動信號,Van表示相應(yīng)拓?fù)鋯卧妮敵鲂盘?。在所述正弦調(diào)制波Ug的正半周期,第二開關(guān)器件和第四開關(guān)器件以工頻信號驅(qū)動,第一開關(guān)器件和第三開關(guān)器件以高頻脈沖信號驅(qū)動。具體地,如圖21所示,第二開關(guān)器件導(dǎo)通,第四開關(guān)器件關(guān)斷,并且如果所述三角形載波的電平小于所述正弦調(diào)制波的電平, 即Uc < Ug,則第一開關(guān)器件導(dǎo)通,第三開關(guān)器件關(guān)斷;如果所述三角形載波的電平大于所述正弦調(diào)制波的電平,即Uc > Ug,則第一開關(guān)器件關(guān)斷,第三開關(guān)器件導(dǎo)通;在所述正弦調(diào)制波Ug的負(fù)半周期,第一開關(guān)器件和第三開關(guān)器件以工頻信號驅(qū)動,第二開關(guān)器件和第四開關(guān)器件以高頻脈沖信號驅(qū)動。具體地,如圖21所示,第一開關(guān)器件保持關(guān)斷狀態(tài),第三開關(guān)器件保持導(dǎo)通狀態(tài),并且如果所述三角形載波的電平大于所述正弦調(diào)制波反向后的電平,即Uc > _Ug,則第二開關(guān)器件導(dǎo)通,第四開關(guān)器件關(guān)斷;如果所述三角形載波的電平小于所述正弦調(diào)制波反向后的電平,即Uc <_Ug,則第二開關(guān)器件關(guān)斷,第四開關(guān)器件導(dǎo)通。需要說明的是,上述高頻脈沖信號為PWM脈沖信號,比如可以是KHz范圍內(nèi)的脈沖信號。本發(fā)明實施例中的第一拓?fù)鋯卧狹l和第二拓?fù)鋯卧狹2均工作在三個電平的工作模態(tài),下面對此分別進(jìn)行詳細(xì)說明。圖22、圖23和圖M分別示出了第一拓?fù)鋯卧狹l的三個工作模態(tài),其中如圖22所示,當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)管Tl、第二開關(guān)管T2導(dǎo)通,第三開關(guān)管T3、第四開關(guān)管T4、第三二極管D3、第四二極管D4截止時,輸出節(jié)點a的電平等于正母線電平。輸出側(cè)電流從節(jié)點a流出到電感L時,第一二極管D1、第二二極管D2截止,電流回路為 T1-T2-L-Vg-C1-T1 ;輸出側(cè)電流從電感L流進(jìn)節(jié)點a時,第一二極管Dl和第二二極管D2導(dǎo)通,電流回路為D2-Dl-Cl-Ve-L-D2。如圖23所示,當(dāng)?shù)诙_關(guān)管T2、第三開關(guān)管T3導(dǎo)通,第一開關(guān)管Tl、第四開關(guān)管 T4、第一二極管D1、第四二極管D4截止時,輸出節(jié)點a的電平等于兩個分壓電容串聯(lián)接點 η的電平,即Vd。/2,其中,Vd。為直流電源的電平。輸出側(cè)電流從節(jié)點a流出到電感L時,第三二極管D3導(dǎo)通,第二二極管D2截止,電流回路為D3-T2-L-Ve-D3 ;輸出側(cè)電流從第一電感 Ll流進(jìn)節(jié)點a時,第二二極管D2導(dǎo)通,第三二極管D3截止,電流回路為D2-T3-Ve-L-D2。如圖M所示,當(dāng)?shù)谌_關(guān)管T3、第四開關(guān)管T4導(dǎo)通,第一開關(guān)管Tl、第二開關(guān)管 T2、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3截止時,輸出節(jié)點a的電平等于負(fù)母線電平。輸出側(cè)電流從節(jié)點a流出到電感L時,第四二極管D4導(dǎo)通,電流回路為D4-L-Ve-C2-D4 ; 輸出側(cè)電流從電感L流進(jìn)節(jié)點a時,第四二極管D4截止,電流回路為T4-C2-Ve-L-T4。由上述工作過程可以看出,本發(fā)明實施例中的第一拓?fù)鋯卧c現(xiàn)有的“1”字型拓?fù)湎啾?,無需兩個箝位二極管,減少了一個開關(guān)管的通態(tài)損耗;與現(xiàn)有“T”字型拓?fù)湎啾龋?器件數(shù)目相同,而且其中兩組開關(guān)管的電壓應(yīng)力降低一半,因此可以選用小功率半導(dǎo)體開關(guān)管,減小損耗,提高轉(zhuǎn)換效率。圖25、圖沈和圖27分別示出了第一拓?fù)鋯卧狹l的三個工作模態(tài),其中如圖25所示,當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)管Tl、第二開關(guān)管T2導(dǎo)通,第三開關(guān)管T3、第四開關(guān)管 T4、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4截止時,輸出節(jié)點a的電平等于正母線電平。輸出側(cè)電流從節(jié)點a流出到電感L時,第一二極管Dl截止,電流回路為Tl-L-Ve-Cl-Tl ; 輸出側(cè)電流從電感L流進(jìn)a點時,第一二極管Dl導(dǎo)通,電流回路為Dl-Cl-Ve-L-Dl。如圖沈所示,當(dāng)?shù)诙_關(guān)管T2、第三開關(guān)管T3導(dǎo)通,第一開關(guān)管Tl、第四開關(guān)管 T4、第一二極管D1、第四二極管D4截止時,輸出節(jié)點a的電平等于兩個分壓電容串聯(lián)接點η 的電平,即Vd。/2,其中,Vd。為直流電源的電平。輸出側(cè)電流從節(jié)點a流出到L時,第三二極管D3導(dǎo)通,第二二極管D2截止,電流回路為T2-D3-L-Ve-T2 ;輸出側(cè)電流從電感L流進(jìn)節(jié)點 a時,第二二極管D2導(dǎo)通,第三二極管D3截止,電流回路為T3-D2-Ve-L-T3。如圖27所示,當(dāng)?shù)诙_關(guān)管T2、第三開關(guān)管T3導(dǎo)通,第一開關(guān)管Tl、第四開關(guān)管 T4、第一二極管D1、第四二極管D4截止時,輸出節(jié)點a的電平等于兩個分壓電容串聯(lián)接點η的電平,即Vd。/2,其中,Vd。為直流電源的電平。輸出側(cè)電流從節(jié)點a流出到電感L時,第三二極管D3導(dǎo)通,第二二極管D2截止,電流回路為T2-D3-L-Ve-T2 ;輸出側(cè)電流從電感L流進(jìn)節(jié)點a時,第二二極管D2導(dǎo)通,第三二極管D3截止,電流回路為T3-D2-Ve-L-T3。由上述工作過程可以看出,本發(fā)明實施例中的第二拓?fù)鋯卧?,與現(xiàn)有的“1”字型拓?fù)湎啾?,無需兩個箝位二極管,減少了一個開關(guān)管的通態(tài)損耗;與現(xiàn)有“T”字型拓?fù)湎啾龋?器件數(shù)目相同,而且其中兩組開關(guān)管的電壓應(yīng)力降低一半,因此可以選用小功率半導(dǎo)體開關(guān)管,減小損耗,提高轉(zhuǎn)換效率。需要說明的是,在實際應(yīng)用中,上述圖5至圖7所示的單相全橋三電平逆變器中, 兩個橋臂所包含的不同拓?fù)鋯卧邢鄬?yīng)的各開關(guān)器件的驅(qū)動信號相位相差180度。圖8 至圖11所示的三相三線制三電平逆變器及圖12至圖15所示的三相四線制三電平逆變器中,三相拓?fù)鋯卧邢鄬?yīng)的各開關(guān)器件的驅(qū)動信號相位互120度。圖16至圖20所示的三相四線制三電平逆變器中,三條火線對應(yīng)的三個拓?fù)鋯卧邢鄬?yīng)的各開關(guān)器件的驅(qū)動信號相位互差120度。以上對本發(fā)明實施例進(jìn)行了詳細(xì)介紹,本文中應(yīng)用了具體實施方式
對本發(fā)明進(jìn)行了闡述,以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的設(shè)備;同時,對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員,依據(jù)本發(fā)明的思想,在具體實施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處,綜上所述,本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種單相全橋三電平逆變器,用于將直流電源輸出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電,其特征在于,包括兩個橋臂,所述兩個橋臂分別連接在所述直流電源之間,每個橋臂分別包括以下任意一個拓?fù)鋯卧谝煌負(fù)鋯卧ㄋ膫€開關(guān)器件,其中的第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件和第四開關(guān)器件串聯(lián)連接在所述直流電源之間,其中,第一開關(guān)器件的第一端連接所述直流電源的正端,第四開關(guān)器件的第二端連接所述直流電源的負(fù)端;第三開關(guān)器件的第二端連接所述直流電源的分壓中點,第三開關(guān)器件的第一端連接第一開關(guān)器件的第二端和第二開關(guān)器件的第一端;第二開關(guān)器件的第二端和第四開關(guān)器件的第一端相連并作為所述逆變器的一個輸出端;第二拓?fù)鋯卧?,包括四個開關(guān)器件,其中的第一開關(guān)器件、第三開關(guān)器件和第四開關(guān)器件串聯(lián)連接在所述直流電源之間,其中,第一開關(guān)器件的第一端連接所述直流電源的正端,第四開關(guān)器件的第二端連接所述直流電源的負(fù)端;第二開關(guān)器件的第一端連接所述直流電源的分壓中點,第二開關(guān)器件的第二端連接第三開關(guān)器件的第二端和第四開關(guān)器件的第一端;第一開關(guān)器件的第二端和第三開關(guān)器件的第一端相連并作為所述逆變器的一個輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相全橋三電平逆變器,其特征在于,每個開關(guān)器件均包括 開關(guān)管和與所述開關(guān)管反并聯(lián)的二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相全橋三電平逆變器,其特征在于,所述第一拓?fù)鋯卧虻诙負(fù)鋯卧械乃膫€開關(guān)器件的驅(qū)動信號由正弦調(diào)制波與三角形載波交截產(chǎn)生,并且在所述正弦調(diào)制波的正半周期,第二開關(guān)器件導(dǎo)通,第四開關(guān)器件關(guān)斷,并且如果所述三角形載波的電平小于所述正弦調(diào)制波的電平,則第一開關(guān)器件導(dǎo)通,第三開關(guān)器件關(guān)斷; 如果所述三角形載波的電平大于所述正弦調(diào)制波的電平,則第一開關(guān)器件關(guān)斷,第三開關(guān)器件導(dǎo)通;在所述正弦調(diào)制波的負(fù)半周期,第一開關(guān)器件保持關(guān)斷狀態(tài),第三開關(guān)器件保持導(dǎo)通狀態(tài),并且如果所述三角形載波的電平大于所述正弦調(diào)制波反向后的電平,則第二開關(guān)器件導(dǎo)通,第四開關(guān)器件關(guān)斷;如果所述三角形載波的電平小于所述正弦調(diào)制波反向后的電平,則第二開關(guān)器件關(guān)斷,第四開關(guān)器件導(dǎo)通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的單相全橋三電平逆變器,其特征在于,還包括兩個分壓電容,串聯(lián)連接在所述直流電源之間,用于對所述直流電源進(jìn)行分壓,所述兩個分壓電容的連接點為所述直流電源的分壓中點。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的單相全橋三電平逆變器,其特征在于,還包括濾波電路,連接在所述兩個橋臂的輸出端之間,用于濾除所述逆變器輸出信號中的高頻分量。
6.一種三相三電平逆變器,用于將直流電源輸出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電,其特征在于, 包括三相拓?fù)鋯卧?,所述三相拓?fù)鋯卧械拿恳幌嗤負(fù)鋯卧謩e連接在所述直流電源之間,并且為以下任意一個拓?fù)鋯卧谝煌負(fù)鋯卧?,包括四個開關(guān)器件,其中的第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件和第四開關(guān)器件串聯(lián)連接在所述直流電源之間,其中,第一開關(guān)器件的第一端連接所述直流電源的正端,第四開關(guān)器件的第二端連接所述直流電源的負(fù)端;第三開關(guān)器件的第二端連接所述直流電源的分壓中點,第三開關(guān)器件的第一端連接第一開關(guān)器件的第二端和第二開關(guān)器件的第一端;第二開關(guān)器件的第二端和第四開關(guān)器件的第一端相連并作為所述逆變器的一個輸出端;第二拓?fù)鋯卧ㄋ膫€開關(guān)器件,其中的第一開關(guān)器件、第三開關(guān)器件和第四開關(guān)器件串聯(lián)連接在所述直流電源之間,其中,第一開關(guān)器件的第一端連接所述直流電源的正端,第四開關(guān)器件的第二端連接所述直流電源的負(fù)端;第二開關(guān)器件的第一端連接所述直流電源的分壓中點,第二開關(guān)器件的第二端連接第三開關(guān)器件的第二端和第四開關(guān)器件的第一端;第一開關(guān)器件的第二端和第三開關(guān)器件的第一端相連并作為所述逆變器的一個輸出端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三相三電平逆變器,其特征在于,每個開關(guān)器件均包括開關(guān)管和與所述開關(guān)管反并聯(lián)的二極管。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三相三電平逆變器,其特征在于,所述第一拓?fù)鋯卧虻诙負(fù)鋯卧械乃膫€開關(guān)器件的驅(qū)動信號由正弦波與三角形載波交截產(chǎn)生,并且在所述正弦調(diào)制波的正半周期,第二開關(guān)器件導(dǎo)通,第四開關(guān)器件關(guān)斷,并且如果所述三角形載波的電平小于所述正弦調(diào)制波的電平,則第一開關(guān)器件導(dǎo)通,第三開關(guān)器件關(guān)斷; 如果所述三角形載波的電平大于所述正弦調(diào)制波的電平,則第一開關(guān)器件關(guān)斷,第三開關(guān)器件導(dǎo)通;在所述正弦調(diào)制波的負(fù)半周期,第一開關(guān)器件保持關(guān)斷狀態(tài),第三開關(guān)器件保持導(dǎo)通狀態(tài),并且如果所述三角形載波的電平大于所述正弦調(diào)制波反向后的電平,則第二開關(guān)器件導(dǎo)通,第四開關(guān)器件關(guān)斷;如果所述三角形載波的電平小于所述正弦調(diào)制波反向后的電平,則第二開關(guān)器件關(guān)斷,第四開關(guān)器件導(dǎo)通。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8任一項所述的三相三電平逆變器,其特征在于,所述逆變器為三相三線制三電平逆變器,或者三相四線制三電平逆變器。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至8任一項所述的三相三電平逆變器,其特征在于,還包括兩個分壓電容,串聯(lián)連接在所述直流電源之間,用于對所述直流電源進(jìn)行分壓,所述兩個分壓電容的連接點為所述直流電源的分壓中點。
11.根據(jù)權(quán)利要求6至8任一項所述的三相三電平逆變器,其特征在于,還包括濾波電路,連接在所述三相拓?fù)鋯卧妮敵龆酥g,用于濾除所述逆變器輸出信號中的高頻分量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單相全橋三電平逆變器及一種三相三電平逆變器,該三相三電平逆變器包括三相拓?fù)鋯卧?,其中的每一相拓?fù)鋯卧獮橐韵氯我庖粋€拓?fù)鋯卧谝煌負(fù)鋯卧?,包括四個開關(guān)器件,其中的第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件和第四開關(guān)器件串聯(lián)連接在直流電源之間,第三開關(guān)器件的第二端連接所述直流電源的分壓中點,第一端連接第一開關(guān)器件的第二端和第二開關(guān)器件的第一端;第二拓?fù)鋯卧ㄋ膫€開關(guān)器件,其中的第一開關(guān)器件、第三開關(guān)器件和第四開關(guān)器件串聯(lián)連接在直流電源之間,第二開關(guān)器件的第一端連接所述直流電源的分壓中點,第二端連接第三開關(guān)器件的第二端和第四開關(guān)器件的第一端。利用本發(fā)明,可以減小損耗,提高轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H02M7/5387GK102437761SQ20111032656
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者余鴻, 倪華, 姚丹, 張彥虎, 汪洪亮 申請人:陽光電源股份有限公司