CN101179231A - 一种三相逆变拓扑电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三相逆变拓扑电路，包括：第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件、第四开关元件及第一直流电源、第二直流电源，其中，所述第一开关元件与第二开关元件串联构成第一支路，所述第三开关元件与第四开关元件串联构成第二支路，所述第一直流电源与第二直流电源串联构成第三支路，该三条支路相并联，所述第一开关元件与第二开关元件的中点、第三开关元件与第四开关元件的中点、第一直流电源与第二直流电源的中点分别引出到M、P、Q三处，通过所述四个开关元件的控制操作，在M、P、Q处分别得到三相高频斩波电压UMP、UPQ、UQM。应用本发明所述电路，克服了现有技术成本高且效率低的缺点。

Description

一种三相逆变拓扑电路
技术领域
本发明涉及三相交流电源领域，尤其涉及一种三相逆变拓扑电路。
背景技术
当前，由于工业技术的发展，对三相电源、特别是三相交流不间断电源的应用越来越多、要求越来越高。对于三相交流不间断电源，很多采用如图1所示的通用的三相逆变拓扑电路，该电路使用了T1、T2、T3、T4、T5、T6共六个开关管构成三相逆变桥。在图1中，交流不间断电源的实现方法为：1.三相主路输入经过整流产生直流电压，所述整流电路一般有两种实现模式：相控整流电路和六管高频整流电路；2.六管逆变电路再将直流电压逆变成三相无中线的交流电压；3.三相无中线的交流电压再经过隔离变压器和滤波电路产生所需要的三相四线的交流电压。
可是，这种通用的三相逆变拓扑电路存在以下缺点：一是使用了六个开关管，成本较高；二是电路中有六个开关管在工作，开关损耗大，而且效率低。因此，就需要一种新的三相逆变拓扑电路来解决上述问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种三相逆变拓扑电路，以克服现有技术成本高且效率低的缺点。
为了解决上述技术问题，本发明提出一种三相逆变拓扑电路，包括：第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件、第四开关元件及第一直流电源、第二直流电源，其特征在于，所述第一开关元件的输入端与第一直流电源的正极相连，其输出端与所述第二开关元件的输入端相连，所述第二开关元件的输出端与第二直流电源的负极相连，所述第三开关元件的输入端与第一开关元件的输入端相连，其输出端与所述第四开关元件的输入端相连，所述第四开关元件的输出端与第二开关元件的输出端相连，所述第一直流电源的负极与第二直流电源的正极相连；所述第一开关元件与第二开关元件串联构成第一支路，所述第三开关元件与第四开关元件串联构成第二支路，所述第一直流电源与第二直流电源串联构成第三支路，该三条支路相并联，所述第一开关元件与第二开关元件的中点、第三开关元件与第四开关元件的中点、第一直流电源与第二直流电源的中点分别引出到M、P、Q三处，通过所述四个开关元件的控制操作，在M、P、Q处分别得到三相高频斩波电压UMP、UPQ、UQM。
其中，所述开关元件是一个开关管，也可以是一个开关管和一个反并联二级管的组合。
其中，当该电路应用于交流不间断电源系统中时，所述三相高频斩波电压UMP、UPQ、UQM经过隔离变压器和滤波电路的变换得到三相四线的交流电压。
其中，当该电路应用于三相变频电源系统中时，所述三相高频斩波电压UMP、UPQ、UQM被直接送出用于驱动交流电机。
其中，当该电路应用于三相逆变器中时，所述三相高频斩波电压UMP、UPQ、UQM经过隔离变压器和滤波电路的变换得到三相四线的交流电压。
其中，所述直流电源为电容。其中，所述电容由直流母线电容分为串联的两个电容替代。
其中，所述直流电源为电池或其它可提供直流电源的装置。
其中，所述直流电源为电池或整流器或其它可提供直流电源的装置。
本发明所述的一种三相逆变拓扑电路，克服了现有技术成本高且效率低的缺点。
附图说明
图1是通用的三相逆变拓扑电路示意图；
图2是本发明所述的三相逆变拓扑电路示意图；
图3是本发明所述的三相逆变拓扑电路应用于交流不间断电源系统中的示意图；
图4是本发明所述的三相逆变拓扑电路应用于三相逆变器中的示意图；
图5是本发明所述的三相逆变拓扑电路应用于三相变频电源系统中的示意图；
图6是本发明所述的三相逆变拓扑电路中逆变部分隔离变压器原边连接图；
图7是本发明所述的旋转矢量图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
参考图2，为本发明所述的三相逆变拓扑电路示意图。具体包括：开关元件T1、开关元件T2、开关元件T3、开关元件T4以及第一直流电源、第二直流电源，其中，所述开关元件可以是一个开关管，也可以是一个开关管和一个反并联二极管的组合；所述直流电源可以是电容，也可以是电池或其它可提供直流电源的装置。T1的输入端与第一直流电源的正极相连，其输出端与T2的输入端相连，T2的输出端与第二直流电源的负极相连，T3的输入端与T1的输入端相连，其输出端与所述T4的输入端相连，T4输出端与T2的输出端相连，所述第一直流电源的负极与第二直流电源的正极相连。
T1和T2串联构成支路1，T3和T4串联构成支路2，两个直流电源串联构成支路3。支路1、支路2、支路3并联在一起，T1和T2的中点O1、T3和T4的中点O2、两个直流电源的中点O3分别引出到M、P、Q处。通过开关元件T1、T2、T3、T4的控制操作，就可以在M、P、Q处得到三相高频斩波电压UMP、UPQ、UQM，三相高频斩波电压可经过滤波器的滤波和隔离变压器的变换得到三相四线的交流电压，也可以直接送出用于驱动电机。
如图1所示的通用的三相逆变拓扑电路中采用三个桥臂而只有两个控制自由度，本发明所述的三相逆变拓扑电路只有两个桥臂，同样也可以实现前者所有的功能，而且在控制上还灵活一些。参考图7，只需保证O1与O3之间电压矢量与O2与O3之间电压矢量幅值、角速度相同，相位角互差120度，通过矢量运算，O1与O2之间也会生成一个与前两个电压矢量幅值、角速度相同，相位角互差120度电压矢量。这样，本发明所提到的功能便可得以实现。
参考图3，为本发明所述的三相逆变拓扑电路应用于交流不间断电源系统中的示意图。如图中所示，C1作为第一直流电源，C2作为第二直流电源，由T1、T2、T3、T4、C1、C2构成三相逆变桥，在交流不间断电源系统中，C1和C2可用直流母线电容代替，只需将直流母线电容C分为串联的C1和C2即可。
在图3中，交流不间断电源的实现方法如下：
1.三相主路输入经过整流产生直流电压，整流电路一般有两种实现模式：相控整流电路和六管高频整流电路，但该整流电路最好能具有调节母线电压平衡的能力；
2.逆变电路再将直流电压逆变成三相无中线的交流电压；
3.三相无中线的交流电压再经过隔离变压器和滤波电路产生所需要的三相四线的交流电压。参考图6，为本发明所述的三相逆变拓扑电路中逆变部分隔离变压器原边连接图。
参考图4，为本发明所述的三相逆变拓扑电路应用于三相逆变器中的示意图。如图中所示，由T1、T2、T3、T4、第一直流电源、第二直流电源构成三相逆变桥，在三相逆变器中，直流电源一般为电池或整流器或其它可提供直流电源的装置。
在图4中，三相逆变器的实现方法如下：
1.逆变电路将直流电源提供的直流电压逆变成三相无中线的交流电压；
2.三相无中线的交流电压再经过隔离变压器和滤波电路产生所需要的三相四线的交流电压。
参考图5，为本发明所述的三相逆变拓扑电路应用于三相变频电源系统中的示意图。如图中所示，C1作为第一直流电源，C2作为第二直流电源，由T1、T2、T3、T4、C1、C2构成三相逆变桥，在三相变频电源系统中，C1和C2可用直流母线电容代替，只需将直流母线电容C分为串联的C1和C2即可。
在图5中，三相变频电源的实现方法如下：
1.三相主路输入经过整流产生直流电压，整流电路一般有两种实现模式：相控整流电路和六管高频整流电路，但该整流电路最好能具有调节母线电压平衡的能力；
2.逆变电路再将直流电压逆变成三相无中线的交流电压并将其送出以驱动交流电机。
由上述可知，应用本发明所述的技术方案，不仅可以提高三相逆变拓扑电路的工作效率以及降低三相逆变拓扑电路的成本，而且也可以使三相逆变拓扑电路的控制策略更为灵活。

Claims (9)

1.一种三相逆变拓扑电路，包括：第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件、第四开关元件及第一直流电源、第二直流电源，其特征在于，所述第一开关元件的输入端与第一直流电源的正极相连，其输出端与所述第二开关元件的输入端相连，所述第二开关元件的输出端与第二直流电源的负极相连，所述第三开关元件的输入端与第一开关元件的输入端相连，其输出端与所述第四开关元件的输入端相连，所述第四开关元件的输出端与第二开关元件的输出端相连，所述第一直流电源的负极与第二直流电源的正极相连；所述第一开关元件与第二开关元件串联构成第一支路，所述第三开关元件与第四开关元件串联构成第二支路，所述第一直流电源与第二直流电源串联构成第三支路，该三条支路相并联，所述第一开关元件与第二开关元件的中点、第三开关元件与第四开关元件的中点、第一直流电源与第二直流电源的中点分别引出到M、P、Q三处，通过所述四个开关元件的控制操作，在M、P、Q处分别得到三相高频斩波电压UMP、UPQ、UQM。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述开关元件是一个开关管，也可以是一个开关管和一个反并联二级管的组合。
3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，当该电路应用于交流不间断电源系统中时，所述三相高频斩波电压UMP、UPQ、UQM经过隔离变压器和滤波电路的变换得到三相四线的交流电压。
4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，当该电路应用于三相变频电源系统中时，所述三相高频斩波电压UMP、UPQ、UQM被直接送出用于驱动交流电机。
5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，当该电路应用于三相逆变器中时，所述三相高频斩波电压UMP、UPQ、UQM经过隔离变压器和滤波电路的变换得到三相四线的交流电压。
6.如权利要求1或3或4所述的电路，其特征在于，所述直流电源为电容。
7.如权利要求6所述的电路，其特征在于，所述电容由直流母线电容分为串联的两个电容替代。
8.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述直流电源为电池或其它可提供直流电源的装置。
9.如权利要求5所述的电路，其特征在于，所述直流电源为电池或整流器或其它可提供直流电源的装置。
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