CN202076952U

CN202076952U - 三电平半桥级联逆变器

Info

Publication number: CN202076952U
Application number: CN2011201998464U
Authority: CN
Inventors: 夏守行
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2021-06-14

Abstract

本实用新型公开了一种三电平半桥级联逆变器，包括有三相（U、V、W），每相由两个半桥级联而成，其中U相上半桥、V相上半桥和W相上半桥采用三个独立电源（E）分别供电，U相下半桥、V相下半桥和W相下半桥采用一个负电源（-E）供电，或者U相上半桥、V相上半桥和W相上半桥采用一个正电源（E）供电，U相下半桥、V相下半桥和W相下半桥采用三个独立负电源（-E）分别供电。本实用新型的优点是采用半桥级联逆变的结构，当级联数等于2时，整流变压器无须专门移相，简化了移相变压器的结构，同时也降低了移相变压器成本。

Description

三电平半桥级联逆变器

技术领域

本实用新型属于电力电子的功率变换设备技术领域，特指一种半桥级联逆变结构的新型DC/AC逆变电力电子技术，具体是指三电平半桥级联逆变器。

背景技术

目前三相多电平逆变器在电力系统发展迅速，成为电力电子领域的重要研究热点，三相逆变器具有波形失真小、谐波含量低、开关器件工作频率低、开关损耗低等优点，在电气传动中的应用已无可潜代。现有的三相多电平逆变器主要有电容飞跨型、二极管钳位型和H桥级联型等几种。当逆变电平数较多时，电容飞跨型和二极管钳位型逆变器存在电路结构及其控制复杂的问题，而H桥级联型多电平逆变器则具有级联简单，易于模块化等优点，在高电压高功率逆变中H桥级联多电平逆变器显得更具有优势。

现有的H桥级联多电平逆变器结构包括有一个H桥，即为一个全桥，一个全桥由四个功率开关器件组成，在电压不太高功率不太大的三相多电平逆变场合，全桥级联数可能只有一级，即每相只有一个全桥，逆变输出三个电平，这种情况需三个电压相等的独立直流电源，每个独立直流电源需一个3相交流电源供电。为解决整流电源电流谐波大的问题，通常须配备一个专门的移相变压器，移相变压器输出三个３相交流电源，即9相变压器，18脉冲整流，其中一个3相不移相，另两个３相交流电源分别移相＋20°和-20°，这种专门移相的变压器存在结构复杂、成本高等问题。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种三电平半桥级联逆变器，利用半桥级联逆变的结构，当级联数等于2时，整流变压器无须专门移相，简化了移相变压器的结构，同时也降低了移相变压器成本。而逆变输出性能与常规一个级联全桥逆变基本相同，而且目前用于全桥级联多电平逆变的控制方法仍适用于这种半桥级联多电平逆变。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是包括有三相（U、V、W），每相由两个半桥级联而成，其中U相上半桥包括有逆变开关功率器件（S_U3）和逆变开关功率器件（S_U4），其中U相下半桥包括有逆变开关功率器件（S_U1）和逆变开关功率器件（S_U2），V相上半桥包括有逆变开关功率器件（S_V3）和逆变开关功率器件（S_V4），其中V相下半桥包括有逆变开关功率器件（S_V1）和逆变开关功率器件（S_V2），W相上半桥包括有逆变开关功率器件（S_W3）和逆变开关功率器件（S_W4），其中W相下半桥包括有逆变开关功率器件（S_W1）和逆变开关功率器件（S_W2），其中U相上半桥、V相上半桥和W相上半桥采用三个独立电源（E）分别供电，U相下半桥、V相下半桥和W相下半桥采用一个负电源（-E）供电，且负电源的正端接地。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案还可以是一种三电平半桥级联逆变器，包括有三相（U、V、W），每相由两个半桥级联而成，其中U相上半桥包括有逆变开关功率器件（S_U3）和逆变开关功率器件（S_U4），其中U相下半桥包括有逆变开关功率器件（S_U1）和逆变开关功率器件（S_U2），V相上半桥包括有逆变开关功率器件（S_V3）和逆变开关功率器件（S_V4），其中V相下半桥包括有逆变开关功率器件（S_V1）和逆变开关功率器件（S_V2），W相上半桥包括有逆变开关功率器件（S_W3）和逆变开关功率器件（S_W4），其中W相下半桥包括有逆变开关功率器件（S_W1）和逆变开关功率器件（S_W2），其中U相上半桥、V相上半桥和W相上半桥采用一个正电源（E）供电，U相下半桥、V相下半桥和W相下半桥采用三个独立负电源（-E）分别供电，且正电源的负端接地。

本发明的半桥级联型逆变，实际上是把常规H桥级联逆变的H桥拆去一半成为半桥，每个半桥逆变输出两个电平，即“1、0”或“-1、0”电平，其特征是：（1）当各半桥直流电源电压相等时，半桥级联逆变电平数为N+1个，N为半桥级联数。电路如图1和图2所示，有两种电源极性接法，为N=2的半桥级联逆变，逆变输出电平数等于3个。以下以图1为例，下面的三个半桥是共用一个电源的，减少了电源数，上面的级联半桥是用独立直流电源的，总共4个独立电源。

（2）为消除逆变的共模信号，下面的半桥采用负电源供电，上面的半桥采用正电源供电，且负电源的正端接地。

（3）当半桥级联逆变采用载波相移（Carrier Phase-Shifted，CPS）SPWM调制法或循环脉冲SPWM调制法等方法时，各半桥逆变功率是相等的，那么各半桥逆变功率各占1/6，下面的三个半桥电源是共用的，则负电源占逆变功率的1/2，上面各半桥逆变的正电源功率各占1/6。

（4）根据上面所述的功率比例，下面的负电源采用三角形接法的三相供电，即移相＋30°，上面各桥采用星形接法的三相供电，即不移相，这种移相变压器无需专门的移相绕组，简化了整流变压器绕组结构。整流方法如图3所示。

下面结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型做进一步介绍。

附图说明

图1 三电平半桥级联逆变主电路之一；

图2 三电平半桥级联逆变主电路之二；

图3 电源供电方案；

图4 载波相移调制方法；

图5 单极性调制法。

具体实施方式

以下结合图1和图2主电路进行原理分析说明：

如图1，SU1~SU4为U相逆变开关功率器件，SV1~SV4为V相逆变开关功率器件，SW1~SW4为W相逆变开关功率器件，ZU、ZV 、ZW 分别三相逆变输出的负载，以下以U相逆变为例说明。

常见的多电平逆变器调制方法有阶梯波调制法、特定谐波消除脉冲调制SHEPWM（Selective Harmonic Elimination PWM）法、载波空间排列（Carrier Disposition，CD）SPWM调制法、载波相移（Carrier Phase-Shifted，CPS）SPWM调制法、空间失量调制法（SVPWM）等等，按调制极性分又有单极性和双极性等。由于图1电路只有两个级联，电平数不多，为三电平逆变，阶梯波调制法将不适用，以下为CPS-SPWM和单极性调制为例说明。

CPS-SPWM调制方法如图4所示，为多载波双极性调制方法，载波为两个相差180°的三角波，调制波为一个相同的正弦波，逆变输出为两个SPWM波的叠加。这种方法的特点是：功率器件工作频率较低，能实现逆变输出载波的增频，且上下两个半桥逆变的功率是相等的。

单极性调调制法如图5所示，uS1~uS4分别为U相开关功率器件SU1~SU4的控制波形，在逆变正半周时，只有一个开关器件处于PWM工作状态，在逆变负半周时，也只有一个开关器件处于PWM工作状态。这种方法的特点是：其中两只开关器件工作频率很低，但不能实现载波的等效增频。

图2给出了本实用新型另外一种实施方式。

上述实施例对本实用新型的具体描述，只用于对本实用新型进行进一步说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述实用新型的内容对本实用新型作出一些非本质的改进和调整均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种三电平半桥级联逆变器，其特征在于：包括有三相U、V、W，每相由两个半桥级联而成，其中U相上半桥包括有逆变开关功率器件S_U3和逆变开关功率器件S_U4，其中U相下半桥包括有逆变开关功率器件S_U1和逆变开关功率器件S_U2，V相上半桥包括有逆变开关功率器件S_V3和逆变开关功率器件S_V4，其中V相下半桥包括有逆变开关功率器件S_V1和逆变开关功率器件S_V2，W相上半桥包括有逆变开关功率器件S_W3和逆变开关功率器件S_W4，其中W相下半桥包括有逆变开关功率器件S_W1和逆变开关功率器件S_W2，其中U相上半桥、V相上半桥和W相上半桥采用三个独立正电源E分别供电，U相下半桥、V相下半桥和W相下半桥采用一个负电源-E供电。

2.一种三电平半桥级联逆变器，其特征在于：包括有三相U、V、W，每相由两个半桥级联而成，其中U相上半桥包括有逆变开关功率器件S_U3和逆变开关功率器件S_U4，其中U相下半桥包括有逆变开关功率器件S_U1和逆变开关功率器件S_U2，V相上半桥包括有逆变开关功率器件S_V3和逆变开关功率器件S_V4，其中V相下半桥包括有逆变开关功率器件S_V1和逆变开关功率器件S_V2，W相上半桥包括有逆变开关功率器件S_W3和逆变开关功率器件S_W4，其中W相下半桥包括有逆变开关功率器件S_W1和逆变开关功率器件S_W2，其中U相上半桥、V相上半桥和W相上半桥采用一个正电源E供电，U相下半桥、V相下半桥和W相下半桥采用三个独立负电源-E分别供电。