CN204145327U - 一种单相三电平逆变器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种单相三电平逆变器，包括输入电容C1、输入电容C2、第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5、第六开关Q6和并网滤波电感L1、L2；输入电容C1的正极与第一开关Q1的正极、第三开关Q3的正极、并网滤波电感L1、L2通过导线相连接形成一个输出正电平回路；输入电容C2的正极与第二开关Q2的正极、第四开关Q4的正极、并网滤波电感L1、L2通过导线相连接形成一个输出负电平回路；使用时，通过控制第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5、第六开关Q6与输入电容C1、输入电容C2及并网滤波电感L1、L2的不同组合来实现输入直流电能装换为交流电能；本实用新型可以灵活调节功率损耗的分布，还具有升压功能。

Description

一种单相三电平逆变器

技术领域

本实用新型涉及一种单相三电平逆变器，属于电力电子技术领域。 

背景技术

多电平变换器在高压电机驱动和智能电网（FACTS HVDC)等大功率场合已经成为一种事实上的工业标准，并逐步向中小功率场合渗透，工业界对多电平变换器本身固有特性不断提出更高的期望，以简化多电平变换器控制的复杂性，提高结构设计的便利性，并降低整个装置器件综合成本；因此，虽然新的多电平变换器层出不穷，但是，对各方面性能都比较理想的多电平变换器的研究和探索从未停止。 

实用新型内容

针对上述存在的技术问题，本实用新型的目的是：提出了一种能够灵活调节功率损耗的分布，适用于大功率场合的单相三电平逆变器。 

本实用新型的技术解决方案是这样实现的：一种单相三电平逆变器，包括输入电容C1、输入电容C2、第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5、第六开关Q6和并网滤波电感L1、L2；所述输入电容C1的正极与第一开关Q1的正极、第三开关Q3的正极、并网滤波电感L1、L2通过导线相连接形成一个输出正电平回路；所述输入电容C2的正极与第二开关Q2的正极、第四开关Q4的正极、并网滤波电感L1、L2通过导线相连接形成一个输出负电平回路；所述输入电容C1的正极与第一开关Q1的正极、输入电容C2的负极、第四开关Q4的负极、第六开关Q6的正极、第五开关Q5的负极依次相连接形成一个充电回路；所述第五开关Q5与第六开关Q6、并网滤波电感L1、L2连接形成一个输出零电平回路；所述第二开关Q2与第三开关Q3、并网滤波电感L1、L2连接形成一个冗余的零电平回路；使用时，通过控制第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5、第六开关Q6与输入电容C1、输入电容C2及并网滤波电感L1、L2的不同组合来实现输入直流电能装换为交流电能。 

优选的，所述第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5和第六开关Q6的驱动信号分别为D1-D6，采用单极性调制。 

由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点： 

本实用新型的一种单相三电平逆变器，通过控制第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5、第六开关Q6与输入电容C1、输入电容C2及并网滤波电感L1、L2的不同组合来实现输入直流电能装换为交流电能，同时具有多个冗余的零电平的通路，可以灵活调节功率损耗的分布，有利于大功率场合的设计，而且该逆变器具有升压功能，可以适应较低的输入电压。

附图说明

下面结合附图对本实用新型技术方案作进一步说明： 

附图1为本实用新型的一种单相三电平逆变器的电路示意图；

附图2-图8为本实用新型的一种单相三电平逆变器的7种工作模式。

具体实施方式

下面结合附图来说明本实用新型。 

如附图1-8所示为本实用新型所述的一种单相三电平逆变器，包括输入电容C1、输入电容C2、第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5、第六开关Q6和并网滤波电感L1、L2；所述输入电容C1的正极与第一开关Q1的正极、第三开关Q3的正极、并网滤波电感L1、L2通过导线相连接形成一个输出正电平回路；所述输入电容C2的正极与第二开关Q2的正极、第四开关Q4的正极、并网滤波电感L1、L2通过导线相连接形成一个输出负电平回路；所述输入电容C1的正极与第一开关Q1的正极、输入电容C2的负极、第四开关Q4的负极、第六开关Q6的正极、第五开关Q5的负极依次相连接形成一个充电回路；所述第五开关Q5与第六开关Q6、并网滤波电感L1、L2连接形成一个输出零电平回路；所述第二开关Q2与第三开关Q3、并网滤波电感L1、L2连接形成一个冗余的零电平回路；使用时，通过控制第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5、第六开关Q6与输入电容C1、输入电容C2及并网滤波电感L1、L2的不同组合来实现输入直流电能装换为交流电能；所述第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5和第六开关Q6的驱动信号分别为D1-D6，采用单极性调制。 

附图2- 图8为本实用新型的7种工作模式：模式1为输出正电平：第二开关Q2、第四开关Q4导通，Q1、Q3、Q5、Q6关断，电流从C2的正极流出，流经Q2, Q4、L1、L2形成回路向电网供电，输出电压为 ；模式2为输出负电平：第一开关Q1、第三开关Q3导通，Q2、Q4、Q5、Q6关断，电流从C1的正极流出，流经Q1, Q3、L1、L2形成回路向电网供电，输出电压为;模式3为正向续流时输出零电平：D5、Q6、L1、电网、L2 相连接，没有电压输入；模式4为反向续流时输出零电平：D6、Q5、L2、电网、L1相连接，没有电压输入；模式5为C1向C2充电，C1、Q1、C2、D4、Q6、D5形成闭合回路，输入电容C1向C2充电，对外输出零电平；模式6为C2向C1充电，C2、D1、C1、Q5、D6、Q4形成闭合回路，电容C2向C1充电，对外输出零电平；模式7为冗余的零电平状态1：D2、Q4、L1、电网、L2相连，没有电压输入。 

模式8为冗余的零电平状态2：Q2、D4、L2、电网、L1相连，没有电压输入。 

启动时分两种模式：离网模式和并网模式；在离网模式下的启动顺序为：先进入的是模态6 即C2向C1充电的模态，在这个模态中因为初始时刻，输入电容C1上的电压为零，C2上的电压是，因此，由于线路的阻抗和开关管的导通内阻都很小，所以，会出现过电流的情况，因此，使用前需要串联一个启动电阻，并在启动电阻的两端并联一个直流接触器，充电过程完毕之后，用直流接触器将这个充电电阻短路掉，当C1两端的电压等于C2两端的电压时，电路进入正常工作状态，在多个模态之间循环；在并网模式下的启动顺序和一般的并网逆变器并无区别，原因在于电网正负半周分别对直流侧电容充电，如果要继续升高直流侧电压，则可以采用内部的BOOST电路升压的方式，通过斩波方式升高直流侧电压，当C1、C2两端的电压相等时并等于设定的直流侧电压时，电路进入正常工作状态，在多个模态之间循环。 

在单极性SPWM工作时的状态：在单极性工作的正半周为模式1、模式3、模式6交替出现，实质上模式1（输出正电平）以及模式3（C2向C1充电）交替出现就可以了，因为该模态包含了模式6（正向续流的模态），该模态下变换器等效为两个独立的网孔；在单极性工作的负半周为模式2、模式4、模式5交替出现，实质上模式2（输出负电平）以及模式4（C1向C2充电）交替出现就可以了，因为该模态包含了模式5（反向续流的模态），该模态下变换器等效为两个独立的网孔；剩余的两个模式7和模式8可以作为零电平输出的冗余状态，在Q5、Q6出现故障的时刻，可以启用这个模态做容错运行。 

本实用新型通过控制第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5、第六开关Q6与输入电容C1、输入电容C2及并网滤波电感L1、L2的不同组合来实现输入直流电能装换为交流电能，同时具有多个冗余的零电平的通路，便于功率损耗的分布可以灵活调节，比较有利于大功率场合的设计，而且该逆变器具有升压功能，可以适应较低的输入电压。 

以上仅是本实用新型的具体应用范例，对本实用新型的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本实用新型权利保护范围之内。 

Claims (2)

1.一种单相三电平逆变器，其特征在于：包括输入电容C1、输入电容C2、第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5、第六开关Q6和并网滤波电感L1、L2；所述输入电容C1的正极与第一开关Q1的正极、第三开关Q3的正极、并网滤波电感L1、L2通过导线相连接形成一个输出正电平回路；所述输入电容C2的正极与第二开关Q2的正极、第四开关Q4的正极、并网滤波电感L1、L2通过导线相连接形成一个输出负电平回路；所述输入电容C1的正极与第一开关Q1的正极、输入电容C2的负极、第四开关Q4的负极、第六开关Q6的正极、第五开关Q5的负极依次相连接形成一个充电回路；所述第五开关Q5与第六开关Q6、并网滤波电感L1、L2连接形成一个输出零电平回路；所述第二开关Q2与第三开关Q3、并网滤波电感L1、L2连接形成一个冗余的零电平回路；使用时，通过控制第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5、第六开关Q6与输入电容C1、输入电容C2及并网滤波电感L1、L2的不同组合来实现输入直流电能装换为交流电能。

2.如权利要求1所述的一种单相三电平逆变器，其特征在于：所述第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5和第六开关Q6的驱动信号分别为D1-D6，采用单极性调制。