CN213637507U - 一种新型的三相多电平双逆变器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型的三相多电平双逆变器装置，所述电路结构中包括中性点钳位逆变器，电机相位绕组，单相全桥逆变器，四个中间母线电容，电源；其中电机相位绕组为开放式电机绕组，其特点是减少了电源数量；三电平中性点钳位逆变器与单相全桥逆变器的特点是在减少了数量的功率设备并保证较高的效率；本实用新型提出的多电平逆变器装置采用较少的功率设备，有效地减少装置的成本和体积，并具有输出特性好、效率高的特点，该装置在保证了多电平功率变换器的正常工作下，解决了传统多电平逆变器结构中间直流母线电容电压的不平衡问题。

Description

一种新型的三相多电平双逆变器装置

技术领域

本实用新型涉及电力电子领域，具体涉及一种新型的三相多电平双逆变器装置。

背景技术

在电力电子领域，两电平拓扑一直以来都是逆变器的主流拓扑结构。但随着应用场合电压等级的不断提升，且由于电力电子器件在电压应力方面的原因，两电平拓扑已难以满足当前的应用的需要，因此多电平拓扑逆变器顺势出现，并迅速成为解决这一问题的有效方案。除了这个优势外，多电平拓扑逆变器同时具有输出特性好、效率高的特点，但是为了保证多电平功率变换器的正常工作，一个关键问题是平衡直流母线电容器的电压。本实用新型提出了基于中性点钳位逆变器拓扑结构，能有效地解决中点电位平衡问题，并且采用较少的功率设备，有效地减少装置的成本和体积，且能获得较高的功率。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，新型的三相多电平双逆变器装置，解决了传统多逆变器拓扑结构直流母线电容电压的平衡问题，实现了较少的功率设备下达到较高功率的要求。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型所提出的电路包括性点钳位逆变器，电机相位绕组，单相全桥逆变器，四个中间母线电容，一个电源；其中，中性点钳位逆变器是由八个绝缘栅双极晶体管(IGBT)，四个二极管组成；电机相位绕组中每相绕组是由寄生电阻R_s，滤波电感L_s以及电网组成，总共三相；单相全桥逆变器是由四个绝缘栅双极晶体管(IGBT)组成；第一中间母线电容C₁连接于电源正极、第一开关管S₁集电极和第五开关管S₅集电极；第二中间母线电容C₂连接于电源负极、第四开关管S₄发射极和第八开关管S₈发射极；第三中间母线电容C₃连接于第九开关管S₉集电极和第十一开关管S₁₁集电极；第四中间母线电容C₄连接于第十开关管S₁₀发射极和第十二开关管S₁₂发射极。

第一开关管S₁、第二开关管S₂、第三开关管S₃、第四开关管S₄、第五开关管S₅、第六开关管S₆、第七开关管S₇、第八开关管S₈以及四个二极管构成中性点钳位逆变器电路。

进一步地，电机相位绕组拓扑中两相电机相位绕组左侧连接于中性点钳位逆变器，右侧连接于单相全桥逆变器，第三相电机相位绕组分别连接于第一中间母线电容C₁、第二中间母线电容C₂中间点n和第三中间母线电容C₃、第四中间母线电容C₄中间点n₁。

进一步地，单相全桥电路拓扑是第九开关管S₉、第十开关管S₁₀、第十一开关管S₁₁、第十二开关管S₁₂构成常规的H型逆变桥连接方式。

进一步地，中性点钳位逆变器是单相三电平逆变器，单相全桥逆变器是单相两电平逆变器，可以在较少的功率设备下获得较高的功率。

与现有技术相比，本实用新型电路具有的优势为：所提出的多电平逆变器拓扑具有输出特性好、效率高的特点，在保证了多电平功率变换器的正常工作下，传统多电平逆变器结构中间直流母线电容电压的不平衡问题，并且采用较少的功率设备，有效地减少了装置的成本和体积，且能获得较高的功率。

附图说明

图1是本实用新型摘要附图。

图2a-2d为多电平逆变器在中间母线电容不同充放电状态下的电流流向图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述。为了清楚和简明起见，省略了与本实用新型关系不大的其他细节。还需要说明的一点是，以下若未有特别详细说明之过程或符号，均是本领域技术人员可参照现有技术理解或实现的。

本实用新型的电路结构如图1所示，为了方便对此电路进行分析，电路结构中的器件均视为理想器件。

由于多电平拓扑结构中点母线电压的平衡取决于中性点钳位逆变器和单相全桥逆变器在不同中间母线电容的充放电状态，使得拓扑结构电流流向不同。图2a-图2b为此多电平逆变器在电容不同充放电状态下电流流向图。

如图2a所示，当中性点钳位逆变器在C₁进行充电和放电C₂，单相全桥逆变器在C₃和C₄进行放电时，第一相电流流向是从中性点n，流经二极管，第二开关管S₂，经第一相电机相位绕组流向第十开关管S₁₀，最终经第四母线电容C₄到中性点n₁；第二相电流流向是从中性点n₁，经第三母线电容C₃，经第十一开关管S₁₁，经第二相电机相位绕组流向第七开关管S₇、第八开关管S₈，最终经第二母线电容C₂到中性点n；第三相电流流向是从中性点n，经第三相电机相位绕组，最终经第四母线电容C₄到中性点n₁；

如图2b所示，当中性点钳位逆变器在C₁进行充电和放电C₂，单相全桥逆变器在C₃和C₄进行充电时，第一相电流流向是从中性点n，经第一母线电容C₁，经第一开关管S₁、第二开关管S₂，经第一相电机相位绕组流向第九开关管S₉，最终经第三母线电容C₃到中性点n₁；第二相电流流向是从中性点n₁，经第四母线电容C₄，经第十二开关管S₁₂，经第二相电机相位绕组流向第七开关管S₇、第八开关管S₈，最终经第二母线电容C₂到中性点n；第三相电流流向是从中性点n，经第三相电机相位绕组，最终经第四母线电容C₄到中性点n₁；

如图2c所示，当中性点钳位逆变器在C₁进行放电和充电C₂，单相全桥逆变器在C₃和C₄进行放电时，点钳位逆变器在C₁进行充电和放电C₂，单相全桥逆变器在C₃和C₄进行放电时，第一相电流流向是从中性点n，经第一母线电容C₁，经第一开关管S₁、第二开关管S₂，经第一相电机相位绕组流向第十开关管S₁₀，最终经第四母线电容C₄到中性点n₁；第二相电流流向是从中性点n₁，经第三母线电容C₃，经第十一开关管S₁₁，经第二相电机相位绕组流向第七开关管S₇、经二极管_，最终到中性点n；第三相电流流向是从中性点n₁，经第三相电机相位绕组，最终经第二母线电容C₂到中性点n；

如图2d所示，当中性点钳位逆变器在C₁进行放电和充电C₂，单相全桥逆变器在C₃和C₄进行充电时，第一相电流流向是从中性点n，经第一母线电容C₁，经第一开关管S₁、第二开关管S₂，经第一相电机相位绕组流向第九开关管S₉，最终经第三母线电容C₃到中性点n₁；第二相电流流向是从中性点n₁，经第四母线电容C₄，经第十二开关管S₁₂，经第二相电机相位绕组流向第七开关管S₇、经二极管，最终到中性点n；第三相电流流向是从中性点n₁，经第三相电机相位绕组，最终经第二母线电容C₂到中性点n；

由上述可知，控制四个电容器电压，可以实现中点母线电容电位平衡，解决了传统多电平逆变器的电位不平衡问题；本实用新型通过改进拓扑结构，降低电路的复杂性和成本，与传统的三相三电平NPC逆变器相比，效率更高，总谐波失真更低，稳定性更好。

Claims (4)

1.一种新型的三相多电平双逆变器装置，其特征在于，所述装置包括中性点钳位逆变器，电机相位绕组，单相全桥逆变器，四个中间母线电容，电源；其中，中性点钳位逆变器是由八个绝缘栅双极晶体管，四个二极管组成；电机相位绕组中每相绕组是由寄生电阻R _s，滤波电感L _s以及电网组成，总共三相；单相全桥逆变器是由四个绝缘栅双极晶体管组成；第一中间母线电容C ₁连接于电源正极、第一开关管S₁集电极和第五开关管S₅集电极；第二中间母线电容C ₂连接于电源负极、第四开关管S₄发射极和第八开关管S₈发射极；第三中间母线电容C ₃连接于第九开关管S₉集电极和第十一开关管S₁₁集电极；第四中间母线电容C ₄连接于第十开关管S₁₀发射极和第十二开关管S₁₂发射极。

2.根据权利要求1所述一种新型的三相多电平双逆变器装置，其特征在于，所采用的开关管均为绝缘栅双极晶体管。

3.根据权利要求1所述一种新型的三相多电平双逆变器装置，其特征在于，电机相位绕组其中两相电机相位绕组左侧连接于中性点钳位逆变器，右侧连接于单相全桥逆变器，第三相电机相位绕组分别连接于第一中间母线电容C ₁、第二中间母线电容C ₂中间点n和第三中间母线电容C ₃、第四中间母线电容C ₄中间点n₁。

4.根据权利要求1所述一种新型的三相多电平双逆变器装置，其特征在于，所述的中性点钳位逆变器是单相三电平逆变器，单相全桥逆变器是单相两电平逆变器，可以在较少的功率设备下获得较高的功率。

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