九電平單相逆變器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提出了一種九電平單相逆變器，包括交流轉(zhuǎn)接端口、電抗器、功率開關(guān)電路及四個直流電源，交流轉(zhuǎn)接端口設(shè)有a端和b端，功率開關(guān)電路包括十個功率開關(guān)，電抗器的一端連接交流轉(zhuǎn)接端口的a端，電抗器的一端連接交流轉(zhuǎn)接端口的a端，電抗器的另一端、交流轉(zhuǎn)接端口的b端分別與功率開關(guān)電路電連接。本實用新型可以輸出九個不同的電平組合，具有功率開關(guān)數(shù)量較少、控制開關(guān)應(yīng)力較少、功率損耗小、效率較高、工作更穩(wěn)定的優(yōu)點，無需單獨設(shè)置濾波電路，交流輸出電壓諧波含量小，輸出電流可以近似認(rèn)為是無諧波的理想正弦電流，可以廣泛應(yīng)用于對電網(wǎng)要求較高的精密測量、通信和醫(yī)療設(shè)備等儀器。
【專利說明】九電平單相逆變器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種逆變器，尤其是指一種九電平單相逆變器。
【背景技術(shù)】
[0002]變流技術(shù)能將蓄電池、太陽能電池及其燃料電池等其他能源轉(zhuǎn)化的電能轉(zhuǎn)換成交流電能并與電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)能量的并網(wǎng)。因此，變流技術(shù)是電力電子技術(shù)的主要研究課題，也成為新能源的關(guān)鍵技術(shù)，在新能源的開發(fā)領(lǐng)域具有及其重要的作用，近年得到了廣大學(xué)者的關(guān)注。
[0003]通常把將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的電路稱為逆變電路，考慮到控制系統(tǒng)等，將其稱為逆變器?，F(xiàn)在許多逆變器的主電路多是采用傳統(tǒng)的H橋電路結(jié)構(gòu)，該種電路可以在交流側(cè)產(chǎn)生三個不同的電平輸出并利用這三個電平組合可以等效出所需的交流電壓，結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，但是總諧波畸變率比較高，波形中的特征諧波較為明顯，且需要較大的濾波電抗。為了改善輸出電流波形，需要采用改進(jìn)的多電平逆變器結(jié)構(gòu):一種是多重化結(jié)構(gòu)，通過多個逆變器配合工作，利用主電路的多重化來降低輸出電壓的諧波含量，該方法的一個明顯缺點是電路結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜且效率較低；另一種是研究新型的電路結(jié)構(gòu)，通過增加交流側(cè)的輸出電平來降低總諧波含量，典型的有二極管鉗位型多電平逆變器、電容鉗位型多電平逆變器、級聯(lián)型多電平逆變器等，但對于特殊的應(yīng)用場合，這些結(jié)構(gòu)依然顯得過于復(fù)雜，效率較低，由于功率開關(guān)較多而給控制系統(tǒng)設(shè)計帶來困難。
實用新型內(nèi)容
[0004]為了解決現(xiàn)有的多電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)過于復(fù)雜、功率開關(guān)數(shù)量較多的問題，本實用新型提出了一種九電平單相逆變器，可以輸出九個不同的電平組合，具有功率開關(guān)少、控制策略簡單、運行穩(wěn)定的優(yōu)點。
[0005]本實用新型所采用的技術(shù)方案是:一種九電平單相逆變器，包括交流轉(zhuǎn)接端口、電抗器、功率開關(guān)電路及直流電源Vl、直流電源V2、直流電源V3和直流電源V4，所述的交流轉(zhuǎn)接端口設(shè)有a端和b端，所述的功率開關(guān)電路包括功率開關(guān)Q1、功率開關(guān)Q2、功率開關(guān)Q3、功率開關(guān)Q4、功率開關(guān)Q5、功率開關(guān)Q6、功率開關(guān)Q7、功率開關(guān)Q8、功率開關(guān)Q9和功率開關(guān)Q10，所述電抗器的一端連接交流轉(zhuǎn)接端口的a端，電抗器的另一端與功率開關(guān)Ql的發(fā)射極、功率開關(guān)Q4的集電極電連接，交流轉(zhuǎn)接端口的b端與功率開關(guān)Q2的發(fā)射極、功率開關(guān)Q3的集電極電連接，功率開關(guān)Ql的集電極、功率開關(guān)Q2的集電極、功率開關(guān)Q5的集電極、功率開關(guān)Q6的發(fā)射極電連接，功率開關(guān)Q6的集電極、功率開關(guān)Q7的集電極、功率開關(guān)Q8的發(fā)射極電連接，功率開關(guān)Q3的發(fā)射極、功率開關(guān)Q4的發(fā)射極、功率開關(guān)Q9的發(fā)射極、功率開關(guān)QlO的集電極電連接，直流電源Vl的正極與功率開關(guān)Q8的集電極電連接，直流電源Vl的負(fù)極、直流電源V2的正極分別與功率開關(guān)Q7的發(fā)射極電連接，直流電源V2的負(fù)極、直流電源V3的正極分別與功率開關(guān)Q5的發(fā)射極電連接，直流電源V3的負(fù)極、直流電源V4的正極分別與功率開關(guān)Q9的集電極電連接，直流電源V4的負(fù)極與功率開關(guān)QlO的發(fā)射極電連接。
[0006]本實用新型可以輸出九個不同的電平組合，具有功率開關(guān)少、控制簡單、運行穩(wěn)定的優(yōu)點。
[0007]作為優(yōu)選，所述的電抗器為平波電抗器。
[0008]作為優(yōu)選，所述的功率開關(guān)Q1、功率開關(guān)Q2、功率開關(guān)Q3、功率開關(guān)Q4、功率開關(guān)Q5、功率開關(guān)Q6、功率開關(guān)Q7、功率開關(guān)Q8、功率開關(guān)Q9和功率開關(guān)QlO均為IGBT。
[0009]作為另一優(yōu)選，所述的功率開關(guān)Q1、功率開關(guān)Q2、功率開關(guān)Q3、功率開關(guān)Q4、功率開關(guān)Q5、功率開關(guān)Q6、功率開關(guān)Q7、功率開關(guān)Q8、功率開關(guān)Q9和功率開關(guān)QlO均為MOSFET。MOSFET元件適用于小功率場合。
[0010]作為優(yōu)選，所述的直流電源Vl、直流電源V2、直流電源V3、直流電源V4的電壓值相同。這樣設(shè)計的電路具有非對稱性。
[0011]作為優(yōu)選，所述的直流電源V1、直流電源V2、直流電源V3、直流電源V4的兩端均分別連接有直流電容。直流電容用于支撐直流電壓。
[0012]作為優(yōu)選，所述的電抗器與交流端口之間連接有二極管和濾波電容，所述二極管的正極連接電抗器，二極管的負(fù)極連接交流轉(zhuǎn)接端口的a端，所述濾波電容的兩端分別連接二極管的正極和交流轉(zhuǎn)接端口的b端。二極管用來防止交流電網(wǎng)能量的倒灌，防止母線電壓較低時電網(wǎng)電流流向逆變器側(cè)；濾波電容用于逆變電路的濾波，濾去高頻電流分量。
[0013]本實用新型的有益效果是:具有功率開關(guān)數(shù)量較少、控制開關(guān)應(yīng)力較少、功率損耗小、效率較高、工作更穩(wěn)定的優(yōu)點，無需單獨設(shè)置濾波電路，交流輸出電壓諧波含量小，輸出電流可以近似認(rèn)為是無諧波的理想正弦電流，可以廣泛應(yīng)用于對電網(wǎng)要求較高的精密測量、通信和醫(yī)療設(shè)備等儀器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型的一種電路圖；
[0015]圖2是本實用新型的另一種電路圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0017]實施例1
[0018]如圖1所示，一種九電平單相逆變器，包括交流轉(zhuǎn)接端口 J1、電抗器L1、功率開關(guān)電路及直流電源V1、直流電源V2、直流電源V3和直流電源V4，交流轉(zhuǎn)接端口 Jl設(shè)有a端和b端，功率開關(guān)電路包括功率開關(guān)Q1、功率開關(guān)Q2、功率開關(guān)Q3、功率開關(guān)Q4、功率開關(guān)Q5、功率開關(guān)Q6、功率開關(guān)Q7、功率開關(guān)Q8、功率開關(guān)Q9和功率開關(guān)Q10，電抗器LI的一端連接交流轉(zhuǎn)接端口 Jl的a端，電抗器LI的另一端與功率開關(guān)Ql的發(fā)射極、功率開關(guān)Q4的集電極電連接，交流轉(zhuǎn)接端口 Jl的b端與功率開關(guān)Q2的發(fā)射極、功率開關(guān)Q3的集電極電連接，功率開關(guān)Ql的集電極、功率開關(guān)Q2的集電極、功率開關(guān)Q5的集電極、功率開關(guān)Q6的發(fā)射極電連接，功率開關(guān)Q6的集電極、功率開關(guān)Q7的集電極、功率開關(guān)Q8的發(fā)射極電連接，功率開關(guān)Q3的發(fā)射極、功率開關(guān)Q4的發(fā)射極、功率開關(guān)Q9的發(fā)射極、功率開關(guān)QlO的集電極電連接，直流電源Vl的正極與功率開關(guān)Q8的集電極電連接，直流電源Vl的負(fù)極、直流電源V2的正極分別與功率開關(guān)Q7的發(fā)射極電連接，直流電源V2的負(fù)極、直流電源V3的正極分別與功率開關(guān)Q5的發(fā)射極電連接，直流電源V3的負(fù)極、直流電源V4的正極分別與功率開關(guān)Q9的集電極電連接，直流電源V4的負(fù)極與功率開關(guān)QlO的發(fā)射極電連接。交流轉(zhuǎn)接端口 Jl用于連接負(fù)載，實際應(yīng)用中可以為感性負(fù)載也可以是阻性負(fù)載等對電源要求較高的負(fù)載，本實用新型可以在這個負(fù)載側(cè)產(chǎn)生用戶所需的電壓波形。
[0019]其中，電抗器LI為平波電抗器，用于平波作用，平波電抗器的選取可以根據(jù)直流電壓和交流側(cè)電壓選取，其值可以選擇容量的變頻器容量的5%-10%。直流電源V1、直流電源V2、直流電源V3、直流電源V4均為電壓值是vdc的直流電源，負(fù)責(zé)平衡直流電壓，并提供交流側(cè)能量。
[0020]功率開關(guān)電路由十個功率開關(guān)構(gòu)成，通過采用適當(dāng)?shù)腜WM控制，可以在交流側(cè)產(chǎn)生所需的電壓波形。功率開關(guān)Ql、功率開關(guān)Q2、功率開關(guān)Q3、功率開關(guān)Q4、功率開關(guān)Q5、功率開關(guān)Q6、功率開關(guān)Q7、功率開關(guān)Q8、功率開關(guān)Q9和功率開關(guān)QlO均采用IGBT，IGBT的選取主要根據(jù)電路需要轉(zhuǎn)換的功率和逆變器的電流來選取，并且要考慮一定的余量。功率開關(guān)Ql、功率開關(guān)Q2、功率開關(guān)Q3、功率開關(guān)Q4負(fù)責(zé)控制逆變器輸出端的換相，利用PWM原理可以擬合出任何波形。功率開關(guān)Q5和功率開關(guān)Q6、功率開關(guān)Q7和功率開關(guān)Q8、功率開關(guān)Q9和功率開關(guān)QlO分別構(gòu)成三對互補(bǔ)的功率開關(guān)，負(fù)責(zé)控制逆變器輸出端電壓的幅值的變化，可以增加輸出波形對參考波形的逼真程度，減少逆變器輸出電流中的諧波，減少功率開關(guān)損耗，提高逆變器的工作性能。本實用新型通過控制不同的功率開關(guān)組合可以在交流側(cè)接入端產(chǎn)生不同的九個電平輸出:0、vdc、_vdc、2vdc、_2vdc、3vdc、_3vdc、4vdc和_4vdc。
[0021]本實用新型利用不同的功率開關(guān)組合而形成14種工作模式，而這14種工作模式中可以有九種不同的直流電壓輸出:功率開關(guān)Q1、功率開關(guān)Q6、功率開關(guān)Q8、功率開關(guān)QlO和功率開關(guān)Q3導(dǎo)通，其他功率開關(guān)斷開時，直流電源V1、直流電源V2、直流電源V3、直流電源V4同時輸出電流，此時的交流輸出電壓為4vdc ;功率開關(guān)Q1、功率開關(guān)Q6、功率開關(guān)Q8、功率開關(guān)Q9和功率開關(guān)Q3導(dǎo)通，其他功率開關(guān)斷開時，直流電源V1、直流電源V2、直流電源V3同時輸出電流，直流電源V4處于懸空狀態(tài)，此時的交流輸出電壓為3vdc ;功率開關(guān)Q1、功率開關(guān)Q6、功率開關(guān)Q7、功率開關(guān)QlO和功率開關(guān)Q3導(dǎo)通，其他功率開關(guān)斷開時，直流電源V2、直流電源V3、直流電源V4同時輸出電流，直流電源Vl處于懸空狀態(tài)，此時的交流輸出電壓為3vdc ;功率開關(guān)Q1、功率開關(guān)Q6、功率開關(guān)Q7、功率開關(guān)Q9和功率開關(guān)Q3導(dǎo)通，其他功率開關(guān)斷開時，直流電源V1、直流電源V2輸出電流，直流電源V3、直流電源V4處于懸空狀態(tài)，此時的交流輸出電壓為2vdc ;功率開關(guān)Q1、功率開關(guān)Q5、功率開關(guān)QlO和功率開關(guān)Q3導(dǎo)通，其他功率開關(guān)斷開時，直流電源V3、直流電源V4輸出電流，直流電源V1、直流電源V2處于懸空狀態(tài)，此時的交流輸出電壓為2vdc ;功率開關(guān)Ql、功率開關(guān)Q5、功率開關(guān)Q9和功率開關(guān)Q3導(dǎo)通，其他功率開關(guān)斷開時，直流電源V3輸出電流，直流電源V1、直流電源V2、直流電源V3處于懸空狀態(tài)，此時的交流輸出電壓為vdc ;功率開關(guān)Q1、功率開關(guān)Q2導(dǎo)通，其他功率開關(guān)斷開時，直流電源V1、直流電源V2、直流電源V3、直流電源V4均處于懸空狀態(tài)，此時的交流輸出電壓為O ;功率開關(guān)Q4、功率開關(guān)Q10、功率開關(guān)Q8、功率開關(guān)Q6和功率開關(guān)Q2導(dǎo)通，其他功率開關(guān)斷開時，直流電源V1、直流電源V2、直流電源V3、直流電源V4同時輸出電流，為反向，此時的交流輸出電壓為-4vdc ;功率開關(guān)Q4、功率開關(guān)Q10、功率開關(guān)Q7、功率開關(guān)Q6和功率開關(guān)Q2導(dǎo)通，其他功率開關(guān)斷開時，直流電源V2、直流電源V3、直流電源V4同時輸出電流，為反向，直流電源Vl處于懸空狀態(tài)，此時的交流輸出電壓為_3vdc ;功率開關(guān)Q4、功率開關(guān)Q10、功率開關(guān)Q5和功率開關(guān)Q2導(dǎo)通，其他功率開關(guān)斷開時，直流電源V3、直流電源V4同時輸出電流，為反向，直流電源Vl、直流電源V2處于懸空狀態(tài)，此時的交流輸出電壓為_2vdc ;功率開關(guān)Q4、功率開關(guān)Q9、功率開關(guān)Q8、功率開關(guān)Q6和功率開關(guān)Q2導(dǎo)通，其他功率開關(guān)斷開時，直流電源V1、直流電源V2、直流電源V3同時輸出電流，為反向，直流電源V4處于懸空狀態(tài)，此時的交流輸出電壓為-3vdc ;功率開關(guān)04、功率開關(guān)Q9、功率開關(guān)Q7、功率開關(guān)Q6和功率開關(guān)Q2導(dǎo)通，其他功率開關(guān)斷開時，直流電源V2、直流電源V3同時輸出電流，為反向，直流電源V1、直流電源V4處于懸空狀態(tài)，此時的交流輸出電壓為_2vdc ;功率開關(guān)Q4、功率開關(guān)Q10、功率開關(guān)Q5和功率開關(guān)Q2導(dǎo)通，其他功率開關(guān)斷開時，直流電源V3輸出電流，為反向，直流電源V1、直流電源V2、直流電源V4處于懸空狀態(tài)，此時的交流輸出電壓為-vdc ;功率開關(guān)Q4、功率開關(guān)Q3導(dǎo)通，其他功率開關(guān)斷開時，直流電源V1、直流電源V2、直流電源V3、直流電源V4均處于懸空狀態(tài)，此時的交流輸出電壓為O。
[0022]實施例2
[0023]實施例2中，如圖2所示，電抗器LI與交流端口 Jl之間連接有二極管Dl和濾波電容Cl，二極管Dl的正極連接電抗器LI，二極管Dl的負(fù)極連接交流轉(zhuǎn)接端口的a端，濾波電容Cl的兩端分別連接二極管Dl的正極和交流轉(zhuǎn)接端口 Jl的b端，二極管Dl用來防止交流電網(wǎng)能量的倒灌，防止母線電壓較低時電網(wǎng)電流流向逆變器側(cè)，濾波電容Cl用于逆變電路的濾波，濾去高頻電流分量。功率開關(guān)Q1、功率開關(guān)Q2、功率開關(guān)Q3、功率開關(guān)Q4、功率開關(guān)Q5、功率開關(guān)Q6、功率開關(guān)Q7、功率開關(guān)Q8、功率開關(guān)Q9和功率開關(guān)QlO均為MOSFET。其他和實施例1中相同。
[0024]以上實施例僅為說明本實用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實用新型的保護(hù)范圍，凡是按照本實用新型提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種九電平單相逆變器，其特征在于:包括交流轉(zhuǎn)接端口、電抗器、功率開關(guān)電路及直流電源V1、直流電源V2、直流電源V3和直流電源V4，所述的交流轉(zhuǎn)接端口設(shè)有a端和b端，所述的功率開關(guān)電路包括功率開關(guān)Q1、功率開關(guān)Q2、功率開關(guān)Q3、功率開關(guān)Q4、功率開關(guān)Q5、功率開關(guān)Q6、功率開關(guān)Q7、功率開關(guān)Q8、功率開關(guān)Q9和功率開關(guān)Q10，所述電抗器的一端連接交流轉(zhuǎn)接端口的a端，電抗器的另一端與功率開關(guān)Ql的發(fā)射極、功率開關(guān)Q4的集電極電連接，交流轉(zhuǎn)接端口的b端與功率開關(guān)Q2的發(fā)射極、功率開關(guān)Q3的集電極電連接，功率開關(guān)Ql的集電極、功率開關(guān)Q2的集電極、功率開關(guān)Q5的集電極、功率開關(guān)Q6的發(fā)射極電連接，功率開關(guān)Q6的集電極、功率開關(guān)Q7的集電極、功率開關(guān)Q8的發(fā)射極電連接，功率開關(guān)Q3的發(fā)射極、功率開關(guān)Q4的發(fā)射極、功率開關(guān)Q9的發(fā)射極、功率開關(guān)QlO的集電極電連接，直流電源Vl的正極與功率開關(guān)Q8的集電極電連接，直流電源Vl的負(fù)極、直流電源V2的正極分別與功率開關(guān)Q7的發(fā)射極電連接，直流電源V2的負(fù)極、直流電源V3的正極分別與功率開關(guān)Q5的發(fā)射極電連接，直流電源V3的負(fù)極、直流電源V4的正極分別與功率開關(guān)Q9的集電極電連接，直流電源V4的負(fù)極與功率開關(guān)QlO的發(fā)射極電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的九電平單相逆變器，其特征在于:所述的電抗器為平波電抗器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的九電平單相逆變器，其特征在于:所述的功率開關(guān)Q1、功率開關(guān)Q2、功率開關(guān)Q3、功率開關(guān)Q4、功率開關(guān)Q5、功率開關(guān)Q6、功率開關(guān)Q7、功率開關(guān)Q8、功率開關(guān)Q9和功率開關(guān)QlO均為IGBT。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的九電平單相逆變器，其特征在于:所述的功率開關(guān)Q1、功率開關(guān)Q2、功率開關(guān)Q3、功率開關(guān)Q4、功率開關(guān)Q5、功率開關(guān)Q6、功率開關(guān)Q7、功率開關(guān)Q8、功率開關(guān)Q9和功率開關(guān)QlO均為MOSFET。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的九電平單相逆變器，其特征在于:所述的直流電源V1、直流電源V2、直流電源V3、直流電源V4的電壓值相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的九電平單相逆變器，其特征在于:所述的直流電源V1、直流電源V2、直流電源V3、直流電源V4的兩端均分別連接有直流電容。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的九電平單相逆變器，其特征在于:所述的電抗器與交流端口之間連接有二極管和濾波電容，所述二極管的正極連接電抗器，二極管的負(fù)極連接交流轉(zhuǎn)接端口的a端，所述濾波電容的兩端分別連接二極管的正極和交流轉(zhuǎn)接端口的b端。
【文檔編號】H02M7/483GK203734563SQ201420062446
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年2月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月12日
【發(fā)明者】夏抒, 曾繁鵬 申請人:寧波綠凱節(jié)能科技有限公司