二極管中點箝位三電平變流器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及二極管中點箝位三電平變流器，橋臂有2個開關(guān)元件IGBT(Sa11、Sa21)、對應(yīng)2個續(xù)流二極管(Da11、Da21)和2個箝位二極管(Da1、Da2)以及兩個不可控整流二極管(Da31、Da41)；每項橋臂的不可控整流二極管和開關(guān)元件的中點通過箝位二極管和直流側(cè)電容的中點相連接，使輸出電壓被箝位在直流側(cè)中點電位上。當(dāng)開關(guān)管Sa11、Sa21導(dǎo)通時，整流器的A相輸入端被箝位在中點電位0。當(dāng)兩開關(guān)管均關(guān)斷時，若A相電流為正，整流器的A相輸入經(jīng)過二極管Da21、Da41連接到直流母線的負(fù)極，輸入端電位被箝位在-Udc/2。本實用新型使得電位平衡的時間縮短，直流母線的諧波減少，減小濾波電容大小，成本降低，簡化了軟件設(shè)計，減小了控制難度。
【專利說明】二極管中點箝位三電平變流器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及二極管中點箝位三電平變流器，屬于電路領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的二極管中點箝位三電平變流器結(jié)構(gòu)如圖1所示，該結(jié)構(gòu)存在中點電位不平衡的缺點，若采用軟件解決方案，在中點電壓偏移很大時不能在很短的時間內(nèi)回到平衡點，同時因為增加了平衡中點電位的算法，控制難度加大，也會影響到輸出電壓和電流的波形，增加諧波量。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型改進了硬件電路，使得電位平衡的時間縮短，直流母線的諧波減少，因此可以適當(dāng)減小濾波電容的大小，使成本有所降低，并且簡化了軟件設(shè)計，減小了控制難度。
[0004]本實用新型公開的一種二極管中點箝位三電平變流器，橋臂有2個開關(guān)元件IGBT(Sall, Sa21)、對應(yīng)2個續(xù)流二極管(Dall、Da21)和2個箝位二極管(Dal、Da2)以及兩個不可控整流二極管(Da31、Da41);每項橋臂的不可控整流二極管和開關(guān)元件的中點通過箝位二極管和直流側(cè)電容的中點相連接，使輸出電壓被箝位在直流側(cè)中點電位上。當(dāng)開關(guān)管Sall、Sa21導(dǎo)通時，整流器的A相輸入端被箝位在中點電位O。當(dāng)兩開關(guān)管均關(guān)斷時，若A相電流為正，整流器的A相輸入經(jīng)過二極管Da21、Da41連接到直流母線的負(fù)極，輸入端電位被箝位在-Udc;/2 ;同理，若A相電流為負(fù)，整流器的A相輸入經(jīng)過二極管Da31、Dall連接到直流母線的正極，輸入端電位被箝位在Udc/2。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]通過參照附圖更詳細(xì)地描述本實用新型的示例性實施例，本實用新型的以上和其它方面及優(yōu)點將變得更加易于清楚，在附圖中:
[0006]圖1為傳統(tǒng)的二極管中點箝位三電平變流器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0007]圖2為本實用新型的二極管中點箝位三電平變流器的實施例1的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0008]圖3為本實用新型的二極管中點箝位三電平變流器的實施例2的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0009]在下文中，現(xiàn)在將參照附圖更充分地描述本實用新型，在附圖中示出了各種實施例。然而，本實用新型可以以許多不同的形式來實施，且不應(yīng)該解釋為局限于在此闡述的實施例。相反，提供這些實施例使得本公開將是徹底和完全的，并將本實用新型的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。[0010]在下文中，將參照附圖更詳細(xì)地描述本實用新型的示例性實施例。
[0011]參考附圖2，整流部分和逆變部分結(jié)構(gòu)相同，以整流部分A相為例，橋臂有4個開關(guān)元件 IGBT (Sall、Sa21、Sa31、Sa41)、對應(yīng) 4 個續(xù)流二極管(Dall、Da21、Da31、Da41)和 2 個箝位二極管(Dal、Da2);在直流側(cè)有容值相等的兩電WCpC2，每個電容上分得的電壓為Udc;/2，其中Ud。為直流側(cè)電壓。為了抑制中點電壓波動，在直流側(cè)加了 3個開關(guān)元件IGBT (Syl、Sy2、Sy3)，兩個二極管(DpD2),以及兩個儲能電感(L3、L4);每項橋臂兩開關(guān)元件的中點通過箝位二極管和直流側(cè)電容的中點相連接，使輸出電壓被箝位在直流側(cè)中點電位上。具體的平衡原理如下:
[0012](I)直流側(cè)母線電壓Udc保持不變情形下的中點電位的平衡:
[0013]若Udc保持不變，則Udc = Ucl+Uc2為常數(shù)，Ucl增加必然導(dǎo)致Uc2下降，同樣Ucl下降必然使Ue2增加，因此可以通過調(diào)整直流側(cè)兩個分立電容的電壓來平衡中點電位。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，使Sy3始終處于導(dǎo)通狀態(tài)，這時電路由Boost和Buck變換器組成。Syl，D1, 1^和(:2構(gòu)成Buck變換器；Sy2，D2, L4和C1構(gòu)成Boost變換器。電路的工作模式相應(yīng)地分為Buck變換模式和Boost變換模式。這兩種變換模式的工作狀態(tài)應(yīng)當(dāng)互補。當(dāng)Ucl > Uc2時，Buck變換電路開始工作，此時Boost變換電路停止工作。Buck變換模式中，是通過調(diào)整C2兩端的電壓實現(xiàn)抑制中點電位偏移的當(dāng)Syl導(dǎo)通時，一方面在Udc作用下，電流流經(jīng)Syl，L3, C2，另一方面電容C1上的電壓Uci經(jīng)Syl與L3構(gòu)成回路，均使電感L3儲能；當(dāng)Syl關(guān)斷時，經(jīng)C2，D1; L3的回路將儲存在L3中的電能轉(zhuǎn)換到C2中，電容C2充電，其上電壓增大，直到C1與C2上的電壓平衡。當(dāng)Uc2 > Uca時，Buck變換器不再工作，Boost變換電路開始工作。由于υ? > Ucl,C2中的能量將間接轉(zhuǎn)移到C1中。當(dāng)Sy2導(dǎo)通時，一方面C2上的電壓Uc2經(jīng)L4, Sy2放電，能量存儲在L4中，另一方面Udc經(jīng)C1和C2重新分配電壓；當(dāng)Sy2關(guān)斷時，二極管D2導(dǎo)通，存儲在L4中的能量通過D2轉(zhuǎn)移到C1中。這樣，在Boost變換模式中，通過調(diào)整C1兩端的電壓就可以抑制中點電位的偏移，直到Ucl = Uc2。
[0014](2)直流側(cè)母線電壓Udc降低情形下的中點電位的平衡:
[0015]當(dāng)輸入電源發(fā)生脈動導(dǎo)致Ud。減小至低于電壓保護設(shè)定值時，電路中的Sy3管關(guān)斷，此時Boost和Buck變換器同時工作，不僅使C1, C2上的電壓平衡，而且使它們的電壓之和等于所設(shè)定的Udc值。Buck變換器調(diào)整電容C2兩端的電壓，Syl導(dǎo)通時，從Udc流出的電流流經(jīng)Syl, L3, C2，使L3儲能；Syl關(guān)斷時，L3中的能量轉(zhuǎn)換到C2中。與此同時，Boost變換器將能量從C2轉(zhuǎn)換到C1中，調(diào)整C1兩端的電壓，其工作過程與上述Boost變換模式相同。
[0016]對于上述方案，大大增加了電路器件，為了解決電路中器件增多的問題，本方案提出:
[0017]I)通過對發(fā)電機定子繞組進行合理的設(shè)計，利用發(fā)電機定子繞組的等效電感代替L3,L4儲能元件，無需額外的，笨重又龐大的電感裝置。同時為了更加簡化電路裝置，將濾波電路中的電感也用發(fā)電機定子繞組代替。
[0018]2)因為是直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，整流側(cè)變流器不需要能量的雙向流動，所以還可對整流側(cè)進行簡化改進。
[0019]改進后的最終電路如圖3所示，以A相為例，橋臂有2個開關(guān)元件IGBT (Sall、Sa21)、對應(yīng)2個續(xù)流二極管(Dall、Da21)和2個箝位二極管(Dal、Da2)以及兩個不可控整流二極管(Da31 > Da41);每項橋臂的不可控整流二極管和開關(guān)元件的中點通過箝位二極管和直流側(cè)電容的中點相連接，使輸出電壓被箝位在直流側(cè)中點電位上。當(dāng)開關(guān)管Sall、sa21導(dǎo)通時，整流器的A相輸入端被箝位在中點電位O。當(dāng)兩開關(guān)管均關(guān)斷時，若A相電流為正，整流器的A相輸入經(jīng)過二極管Da21、Da41連接到直流母線的負(fù)極，輸入端電位被箝位在_Udc/2 ;同理，若A相電流為負(fù)，整流器的A相輸入經(jīng)過二極管Da31、Dall連接到直流母線的正極，輸入端電位被
箝位在Udc/2。
[0020]本實用新型技術(shù)方案帶來的有益效果:
[0021 ] 解決了二極管中點箝位三電平變流器直流側(cè)中點電位不平衡問題，并且電路的復(fù)雜程度降低，降低了運行成本。
[0022]以上所述僅為本實用新型的實施例而已，并不用于限制本實用新型。本實用新型可以有各種合適的更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.二極管中點箝位三電平變流器，其特征在于: 在A相中，橋臂有2個開關(guān)元件IGBT、對應(yīng)2個續(xù)流二極管和2個箝位二極管以及兩個不可控整流二極管；每項橋臂的不可控整流二極管和開關(guān)元件的中點通過箝位二極管和直流側(cè)電容的中點相連接。
2.二極管中點箝位三電平變流器，其特征在于: 所述變流器的整流部分和逆變部分結(jié)構(gòu)相同，在整流部分A相中，橋臂有4個開關(guān)元件IGBT、對應(yīng)4個續(xù)流二極管和2個箝位二極管；在直流側(cè)有容值相等的兩電容C1X2,在直流側(cè)具備3個開關(guān)元件IGBT，兩個二極管，以及兩個儲能電感；每項橋臂兩開關(guān)元件的中點通過箝位二極管和直流側(cè)電容的中點相連接。
【文檔編號】H02M7/487GK203377805SQ201320490488
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年8月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月9日
【發(fā)明者】董唯光, 梁金平, 張友鵬, 高鋒陽, 袁忠于, 姜香菊 申請人:蘭州交通大學(xué)