CN103633867A

CN103633867A - 七电平单相逆变器电路

Info

Publication number: CN103633867A
Application number: CN201310486529.4A
Authority: CN
Inventors: 曾繁鹏; 夏抒
Original assignee: NINGBO GREENTECH ENERGY-SAVING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: NINGBO GREENTECH ENERGY-SAVING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-10-17
Filing date: 2013-10-17
Publication date: 2014-03-12

Abstract

本发明提出了一种七电平单相逆变器电路，包括交流接入端口、电抗器、功率开关电路及直流电源V1、直流电源V2和直流电源V3，所述的交流接入端口设有a端和b端，所述的功率开关电路包括八个功率开关，电抗器的一端连接交流端口的a端，所述电抗器的一端连接交流端口的a端，电抗器的另一端、交流端口的b端分别与功率开关电路电连接。本发明可以输出七个不同的电平组合，具有功率开关少、控制简单、运行稳定的优点。

Description

七电平单相逆变器电路

技术领域

本发明涉及一种逆变器，尤其是指一种七电平单相逆变器电路。

背景技术

电能是现代社会中不可或缺的重要能源，在不同的领域中都有非常广泛的应用，使现代电网的承载压力极大，用电紧张状态日益严峻。随着现代工业技术的发展，电力系统中非线性负荷大量增加，各种非线性和时变性电子装置如逆变器、整流器以及各种开关电源等大规模的应用，导致的负面效应也日益明显。

在过去的几十年里，学者们进行了大量的研究和探索，提出了各种提高电能传输效率和降低电力电子设备对电网影响的方法，多电平技术就是其中的一种具有代表性且较为理想的解决方案。多电平变换器的概念最早是由日本学者A.Nabae等人在1980年IEEE工业应用年会上提出的，该电路用两个串联的电容将直流母线电压分为三个电平，每个桥臂用四个功率开关串联，用一对串联钳位二极管和内侧功率开关管并联，中心抽头和第三电平连接，形成所谓中点钳位(NPC－Neutral Point Clamped)变换器，主功率开关管关断时仅承受直流母线电压的一半，所以特别适合于高压大功率应用场合。1983年，Bhagwat等学者在此基础上，将三电平电路推广到任意的多电平，对中点钳位电路及其统一结构做了进一步的研究。

现阶段多电平已经成为高压大功率变换器研究的热点，形成了多种拓扑结构：有效的改善输出电压波形，减少了输出电压中波形畸变；可以用耐压值较低的功率器件实现大功率输出；以较低的开关频率获得较高频率的输出电压波形，因而效率较高；dv/dt应力大为减少，改善装置的EMI特性。然而，现有的多电平逆变器的拓扑结构都存功率开关数量较多的缺点，这就给控制器的设计带来了困难，限制了它们在实际中的应用。本发明就是针对这个缺点，通过减少功率开关数量来提高运行的稳定性，同时也降级了对控制器的要求。

发明内容

为了解决现有的多电平逆变器拓扑结构复杂、功率开关数量较多的问题，本发明提出了一种七电平单相逆变器电路，可以输出七个不同的电平组合，具有功率开关少、控制简单、运行稳定的优点。

本发明所采用的技术方案是：一种七电平单相逆变器电路，包括交流接入端口、电抗器、功率开关电路及直流电源V1、直流电源V2和直流电源V3，所述的交流接入端口设有a端和b端，所述的功率开关电路包括功率开关Q1、功率开关Q2、功率开关Q3、功率开关Q4、功率开关Q5、功率开关Q6、功率开关Q7和功率开关Q8，所述电抗器的一端连接交流端口的a端，电抗器的另一端与功率开关Q1的发射极、功率开关Q4的集电极电连接，交流端口的b端与功率开关Q2的发射极、功率开关Q3的集电极电连接，功率开关Q1的集电极、功率开关Q2的集电极、功率开关Q5的发射极、功率开关Q6的发射极电连接，功率开关Q3的发射极、功率开关Q4的发射极、功率开关Q7的发射极、功率开关Q8的集电极电连接，直流电源V1的正极与功率开关Q5的集电极电连接，直流电源V1的负极、直流电源V2的正极分别与功率开关Q6的集电极电连接，直流电源V2的负极、直流电源V3的正极分别与功率开关Q7的集电极电连接，直流电源V3的负极与功率开关Q8的发射极电连接。

本发明可以输出七个不同的电平组合，具有功率开关少、控制简单、运行稳定的优点。

作为优选，所述的电抗器为平波电抗器。

作为优选，所述的功率开关Q1、功率开关Q2、功率开关Q3、功率开关Q4、功率开关Q5、功率开关Q6、功率开关Q7、功率开关Q8均为IGBT。

作为另一优选，所述的功率开关Q1、功率开关Q2、功率开关Q3、功率开关Q4、功率开关Q5、功率开关Q6、功率开关Q7、功率开关Q8均为MOSFET。MOSFET元件适用于小功率场合。

作为优选，所述的直流电源V1、直流电源V2、直流电源V3的电压值相同。这样设计的电路具有对称性。

作为优选，电抗器与交流端口之间连接有二极管和滤波电容，所述二极管的正极连接电抗器，二极管的负极连接交流接入端口的a端，所述滤波电容的两端分别连接二极管的正极和交流接入端口的b端。二极管用来防止交流电网能量的倒灌，防止母线电压较低时电网电流流向逆变器侧；滤波电容用于逆变电路的滤波，滤去高频电流分量。

本发明的有益效果是：具有功率开关数量少、结构简单、降低了逆变器对控制器的依赖，可以提高整个系统的稳定性，在实际的应用中每个开关的开关应力较小，可以降低逆变器本身的能耗，有效减少散热器的体积，增加逆变器整体效益。

附图说明

图1是本发明的一种电路图；

图2是本发明的另一种电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

如图1所示，一种七电平单相逆变器电路，包括交流接入端口J1、电抗器L1、功率开关电路及直流电源V1、直流电源V2和直流电源V3，交流接入端口J1设有a端和b端，功率开关电路包括功率开关Q1、功率开关Q2、功率开关Q3、功率开关Q4、功率开关Q5、功率开关Q6、功率开关Q7和功率开关Q8，电抗器L1的一端连接交流端口J1的a端，电抗器L1的另一端与功率开关Q1的发射极、功率开关Q4的集电极电连接，交流端口的b端与功率开关Q2的发射极、功率开关Q3的集电极电连接，功率开关Q1的集电极、功率开关Q2的集电极、功率开关Q5的发射极、功率开关Q6的发射极电连接，功率开关Q3的发射极、功率开关Q4的发射极、功率开关Q7的发射极、功率开关Q8的集电极电连接，直流电源V1的正极与功率开关Q5的集电极电连接，直流电源V1的负极、直流电源V2的正极分别与功率开关Q6的集电极电连接，直流电源V2的负极、直流电源V3的正极分别与功率开关Q7的集电极电连接，直流电源V3的负极与功率开关Q8的发射极电连接。

其中，电抗器L1为平波电抗器，用于平波作用，平波电抗器的选取可以根据直流电压和交流侧电压选取。直流电源V1、直流电源V2、直流电源V3的电压值相同且均为vdc，负责平衡直流电压，并提供交流侧能量。

功率开关Q1、功率开关Q2、功率开关Q3、功率开关Q4、功率开关Q5、功率开关Q6、功率开关Q7、功率开关Q8均为IGBT，IGBT的选取主要根据电路需要转换的功率和逆变器的电流来选取，并且要考虑一定的余量。功率开关Q1、功率开关Q2、功率开关Q3、功率开关Q4负责控制逆变器输出端的换相，利用PWM原理可以拟合出任何波形。功率开关Q5、功率开关Q6、功率开关Q7、功率开关Q8负责控制逆变器输出端电压的幅值的变化，可以增加输出波形对参考波形的逼真程度，减少逆变器输出电流中的谐波，减少功率开关损耗，提高逆变器的工作性能。本发明通过控制不同的功率开关组合可以在交流侧接入端产生不同的七个电平输出：0、vdc、2vdc、3vdc、-vdc、-2vdc和-3vdc一共七个不同的电平输出。

本发明利用不同的功率开关组合而形成10种工作模式，而这10种工作模式中可以有七种不同的直流电压输出：功率开关Q1、功率开关Q5、功率开关Q8和功率开关Q3导通，其他功率开关断开时，直流电源V1、直流电源V2、直流电源V3同时输出电流，此时的交流输出电压为3vdc；功率开关Q1、功率开关Q5、功率开关Q3和功率开关Q7导通，其他功率开关断开时，直流电源V1、直流电源V2同时输出电流，直流电源V3处于悬空状态，此时的交流输出电压为2vdc；功率开关Q1、功率开关Q6、功率开关Q8和功率开关Q3导通，其他功率开关断开时，直流电源V2、直流电源V3同时输出电流，直流电源V1处于悬空状态，此时的交流输出电压为2vdc；功率开关Q1、功率开关Q6、功率开关Q7和功率开关Q3导通，其他功率开关断开时，直流电源V1输出电流，直流电源V2、直流电源V3处于悬空状态，此时的交流输出电压为vdc；功率开关Q4、功率开关Q7、功率开关Q6和功率开关Q2导通，其他功率开关断开时，直流电源V1输出电流，为反向，直流电源V2、直流电源V3处于悬空状态，此时的交流输出电压为-vdc；功率开关Q4、功率开关Q7、功率开关Q5和功率开关Q2导通，其他功率开关断开时，直流电源V1、直流电源V2同时输出电流，为反向，直流电源V3处于悬空状态，此时的交流输出电压为-2vdc；功率开关Q4、功率开关Q8、功率开关Q6和功率开关Q2导通，其他功率开关断开时，直流电源V2、直流电源V3同时输出电流，为反向，直流电源V1处于悬空状态，此时的交流输出电压为-2vdc；功率开关Q4、功率开关Q8、功率开关Q5和功率开关Q2导通，其他功率开关断开时，直流电源V1、直流电源V2、直流电源V3同时输出电流，为反向，此时的交流输出电压为-3vdc；功率开关Q1、功率开关Q2导通，其他功率开关断开时，直流电源V1、直流电源V2、直流电源V3均处于悬空状态，此时的交流输出电压为0；功率开关Q4、功率开关Q3导通，其他功率开关断开时，直流电源V1、直流电源V2、直流电源V3均处于悬空状态，此时的交流输出电压为0。

综上所述，本发明的逆变电路一共有十种工作模式，在这十种工作模式中，一种工作模式输出电压为3vdc，两种工作模式输出电压为2vdc，一种工作模式输出电压为vdc，一种工作模式输出电压为-vdc，两种工作模式输出电压为-2vdc，一种工作模式输出电压为-3vdc，两种工作模式10输出电压为0。

实施例2

实施例2中，如图2所示，电抗器L1与交流端口J1之间连接有二极管D1和滤波电容C1，二极管D1的正极连接电抗器L1，二极管D1的负极连接交流接入端口J1的a端，滤波电容C1的两端分别连接二极管D1的正极和交流接入端口J1的b端，二极管D1用来防止交流电网能量的倒灌，防止母线电压较低时电网电流流向逆变器侧，滤波电容C1用于逆变电路的滤波，滤去高频电流分量。功率开关Q1、功率开关Q2、功率开关Q3、功率开关Q4、功率开关Q5、功率开关Q6、功率开关Q7、功率开关Q8均为MOSFET。其他和实施例1中相同。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种七电平单相逆变器电路，其特征在于：包括交流接入端口、电抗器、功率开关电路及直流电源V1、直流电源V2和直流电源V3，所述的交流接入端口设有a端和b端，所述的功率开关电路包括功率开关Q1、功率开关Q2、功率开关Q3、功率开关Q4、功率开关Q5、功率开关Q6、功率开关Q7和功率开关Q8，所述电抗器的一端连接交流端口的a端，电抗器的另一端与功率开关Q1的发射极、功率开关Q4的集电极电连接，交流端口的b端与功率开关Q2的发射极、功率开关Q3的集电极电连接，功率开关Q1的集电极、功率开关Q2的集电极、功率开关Q5的发射极、功率开关Q6的发射极电连接，功率开关Q3的发射极、功率开关Q4的发射极、功率开关Q7的发射极、功率开关Q8的集电极电连接，直流电源V1的正极与功率开关Q5的集电极电连接，直流电源V1的负极、直流电源V2的正极分别与功率开关Q6的集电极电连接，直流电源V2的负极、直流电源V3的正极分别与功率开关Q7的集电极电连接，直流电源V3的负极与功率开关Q8的发射极电连接。

2.根据权利要求1所述的七电平单相逆变器电路，其特征在于：所述的电抗器为平波电抗器。

3.根据权利要求1所述的七电平单相逆变器电路，其特征在于：所述的功率开关Q1、功率开关Q2、功率开关Q3、功率开关Q4、功率开关Q5、功率开关Q6、功率开关Q7、功率开关Q8均为IGBT。

4.根据权利要求1所述的七电平单相逆变器电路，其特征在于：所述的功率开关Q1、功率开关Q2、功率开关Q3、功率开关Q4、功率开关Q5、功率开关Q6、功率开关Q7、功率开关Q8均为MOSFET。

5.根据权利要求1所述的七电平单相逆变器电路，其特征在于：所述的直流电源V1、直流电源V2、直流电源V3的电压值相同。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的七电平单相逆变器电路，其特征在于：电抗器与交流端口之间连接有二极管和滤波电容，所述二极管的正极连接电抗器，二极管的负极连接交流接入端口的a端，所述滤波电容的两端分别连接二极管的正极和交流接入端口的b端。