CN204258691U - 两相变频器拓扑结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种两相变频器拓扑结构，涉及两相电压源型多电平变频装置拓扑。本实用新型中的逆变短路包括第一二极管钳位型逆变桥和第二二极管钳位型逆变桥；第一二极管钳位型逆变桥和第二二极管钳位型逆变桥的二极管钳位中点连接直流母线中点，第一二极管钳位型逆变桥的输出端作为的三相交流电机A相输入端，第二二极管钳位型逆变桥的输出端作为的三相交流电机B相输入端,三相交流电机C相连接至直流母线中点；第一二极管钳位型逆变桥和第二二极管钳位型逆变桥输出电压相位互差60度电角度，分别作为三相交流电机的A、B相输入电源。有效减少了变频器开关器件数量、缩小了变频器体积、减轻了变频器重量，为控制变频器成本及节约安装空间带来了便利。
Description
技术领域
本实用新型涉及两相电压源型多电平变频装置拓扑，具体是一种两相变频器拓扑结构。
背景技术
目前，已知的三相电动机用变频器拓扑结构，无论是两电平变频器还是三电平以上的多电平变频器，逆变器部分都有三个独立的桥臂，输出三相互差120度的交流电源。这是因为传统变频器的设计都是依据交流电动机三相定子绕组A、B、C对称分布，在空间上互差120°电角度，并以电机三相绕组的中点作为0电势参考点。而众所周知，只要在A、B、C三相中通以三相平衡的正弦电流时，其合成旋转磁动势将在空间上呈正弦分布。但是，旋转磁动势并不一定非要三相不可，只要通入平衡的多相电流都能产生旋转磁动势。如果直接以C相为零电势参考点通入两相交流电源，此时可将电机等效为AC，BC两个绕组对称分布，只要保证通入的两相交流电源对称且互差60°即可产生同样的旋转磁动势，也就保证了电机定子三相的相电压仍然是互差120°对称分布。
发明内容
为了解决传统三相变频器开关器件数量庞大、成本高、体积大、重量重等问题，本实用新型提供一种两相变频器拓扑结构，开关器件数量少、成本低、体积小、
重量重轻。
本实用新型是以如下技术方案实现的：一种两相变频器拓扑结构，包括整流电路，整流电路的输入端连接三相电源，整流电路的输出端分别并联有滤波、稳压电路和逆变电路；所述的逆变短路包括第一二极管钳位型逆变桥和第二二极管钳位型逆变桥；第一二极管钳位型逆变桥和第二二极管钳位型逆变桥的二极管钳位中点连接直流母线中点，第一二极管钳位型逆变桥的输出端作为的三相交流电机A相输入端，第二二极管钳位型逆变桥的输出端作为的三相交流电机B相输入端, 三相交流电机C相连接至直流母线中点；第一二极管钳位型逆变桥和第二二极管钳位型逆变桥输出电压相位互差60度电角度，分别作为三相交流电机的A、B相输入电源。
本实用新型的有益效果是：逆变电路仅需两个NPC桥臂，使变频器逆变电路所需开关器件数量减少了1/3，能够有效缩小变频器体积、减轻变频器重量，特别是在高压大功率应用场所，为控制变频器成本及节约安装空间带来了便利。该实用新型本质上是实现了对电机线电压的直接控制，相对于传统三相变频器其输出电压幅值减半，可以实现高电网电压输入控制低电压等级电机，因此对降低变频器成本、节约安装空间，减少变频传动系统的系统投资成本具有非常重要的意义。
附图说明
图1为本实用新型原理图；
图2是三电平电压源型两相变频器拓扑结构电路原理图；
图3是本实用新型对应的开关矢量分布图。
图中：1、三相交流电源，2、整流电路，3、滤波、稳压电路， 4、逆变电路，41、第一二极管钳位型逆变桥，42、第二二极管钳位型逆变桥，5、三相交流电机。
具体实施方式
一种两相变频器拓扑结构有一整流电路2，整流电路2的输入端连接三相交流电源1，整流电路2的输出端分别并联有滤波、稳压电路3和逆变电路4；所述的逆变电路4包括第一二极管钳位型逆变桥41和第二二极管钳位型逆变桥42；第一二极管钳位型逆变桥41和第二二极管钳位型逆变桥42的二极管钳位中点连接直流母线中点，第一二极管钳位型逆变桥的输出端作为的三相交流电机A相输入端，第二二极管钳位型逆变桥的输出端作为的三相交流电机B相输入端, 三相交流电机C相连接至直流母线中点；第一二极管钳位型逆变桥和第二二极管钳位型逆变桥输出电压相位互差60度电角度，分别作为三相交流电机的A、B相输入电源。
本实用新型覆盖三电平、五电平、七电平等电压源型多电平两相变频器。如图2所示，以三电平电压源型两相变频器拓扑为例，其中整流电路采用由6只二极管组成的三相不控整流桥；由串联的两个电容构成滤波、稳压电路；第一二极管钳位型逆变桥和第二二极管钳位型逆变桥分别由4只IGBT和2只二极管，按三电平NPC逆变电路连接，通过控制IGBT的开通、关断来调节变频器两相输出电压的幅值、频率及相位，保证两相变频器的输出电压相位始终互差60度，并与电机A、B两相相连，从而实现新型两相变频器的两相电压输出驱动三相交流电机。
以三电平电压源型两相变频器拓扑为例对其工作过程具体介绍如下：整流电路采用只二极管组成三相不控整流桥，将三相交流电源整流成稳定的直流电压，并通过直流母线部分的两组电容进行稳压、滤波处理；直接将三相交流电机的一相绕组（为表述及控制方便，一般选电机C相绕组）与直流母线的中点连接作为0电势参考点，从而实现变频器两相电压输出控制三相交流电机的目的；由于电机一相绕组要与两相变频器的直流母线中点直连，因此新型两相变频器拓扑中必须具有公共的直流母线中点，且为简化变频器控制算法，整流部分可以采用串联12脉结构，将两个不控整流桥的中点也与直流母线中点相连，从而实现直流母线中点电压的恒定；逆变电路分别采用2只二极管和四只IGBT组成二极管中点钳位型（NPC）逆变桥，逆变桥的输出分别与电机A、B两相绕组相连，逆变桥的中点直接与直流母线中点及电机C相绕组相连。对逆变电路两个NPC桥臂的控制可以采用SVPWM调制策略或者FCS-MPC控制策略。
本实用新型通过控制逆变电路的两个NPC逆变桥内8个开关器件的开通、关断来调节变频器两相输出电压的幅值、频率及相位，该新型两相变频器拓扑对应的开关矢量分布如图3所示，当变频器运行在两个边上三角形对应的三电平区域时，将导致电机三相绕组电压不对称，因此变频器只能运行在第二大六边形对应两电平运行区域，从而导致该新型两电平变频器拓扑的输出电压幅值降低为传统三相变频器输出电压幅值的一半。对于两个NPC逆变桥内的8只开关器件的控制可以采用传统的SVPWM调制策略，根据参考电压矢量的位置选取相邻的三个开关矢量，采用伏秒平衡原则计算对于开关矢量的作用时间；也可以采用基于有限控制集的模型预测控制策略，根据当前采样时刻系统状态及系统预测模型，采用遍历法对9种可能的开关组合的控制效果进行预测比较，选择最优的开关矢量作用于下一控制周期。
两相变频器仍然采用三相交流电源作为输入电源，并通过三相不控整流桥为两相变频器提供稳定的直流电源，将电机一相绕组与直流母线中点直连作为零电势参考点，两相变频器的两相输出电压为电机线电压，仅需保证变频器两相输出电压对称且互差60°电角度即可实现电机的正常运行；由于本实用新型输出电压实际为电机线电压，相对于传统三相变频器，其输出电压幅值只有传统三相变频器的一半，因此该新型两相变频器可以实现高电网电压输入控制低电压等级电机。
本实用新型能够实现电压源型多电平两相变频器的两相电压输出控制三相交流电机。虽然该实用新型所揭示的原理是以两象限三电平电压源型两相变频器为例加以阐述，但是基于该新型两相变频器的各种修改及改变，如将不控整流环节改为全控整流环节实现四象限运行；如将三电平结构改为五电平结构以提高变频器额定工作电压等级，都不应被视为超出了本实用新型的保护范围。
Claims (1)
1. 一种两相变频器拓扑结构，包括整流电路，整流电路的输入端连接三相电源，整流电路的输出端分别并联有滤波、稳压电路和逆变电路；其特征在于：所述的逆变短路包括第一二极管钳位型逆变桥和第二二极管钳位型逆变桥；第一二极管钳位型逆变桥和第二二极管钳位型逆变桥的二极管钳位中点连接直流母线中点，第一二极管钳位型逆变桥的输出端作为的三相交流电机A相输入端，第二二极管钳位型逆变桥的输出端作为的三相交流电机B相输入端, 三相交流电机C相连接至直流母线中点；第一二极管钳位型逆变桥和第二二极管钳位型逆变桥输出电压相位互差60度电角度，分别作为三相交流电机的A、B相输入电源。
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| CN107171567A (zh) * | 2017-01-20 | 2017-09-15 | 湖南大学 | 模块化开关功率放大器及其控制方法 |
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