CN2781642Y - 一种变压器隔离型三相逆变器 - Google Patents

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刘文华
宋强
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Abstract

本实用新型涉及一种变压器隔离型三相逆变器，属于电气自动化设备技术领域。包括；N个A相全桥电压源逆变桥，该每个单相全桥电压源逆变桥的输入端与直流电容器相连其输出端与一个连接电抗器相连；N个B相全桥电压源逆变桥，该每个单相全桥电压源逆变桥的输入端与直流电容器相连其输出端与一个连接电抗器相连；N个C相全桥电压源逆变桥，该每个单相全桥电压源逆变桥的输入端与直流电容器相连其输出端与一个连接电抗器相连；以及一台三相多绕组隔离变压器，所述所有的连接电抗器的另一端与该三相多绕组隔离变压器相连。本实用新型使得逆变器输出电压可以适应任意的电压等级，只需一台逆变变压器，且逆变器三相输出电压可以分相进行控制。

Description

一种变压器隔离型三相逆变器
技术领域
本实用新型属于电气自动化设备技术领域，特别涉及一种新型的变压器隔离型三相逆变器的结构设计。
背景技术
电压源逆变器是将直流电能转换成交流电能的一种电力电子变流器，它广泛应用于UPS电源、逆变电源、变频调速、新型静止无功补偿器(STATCOM)等领域。
当电压源逆变器容量及输出电压等级增大时，由于单个功率半导体器件容量的限制，逆变器必须采用多电平或变压器多重化的拓扑结构来实现。目前常用的有二极管箝位三电平逆变器、悬浮电容时多电平逆变器、串联H桥逆变器及混合式多电平逆变器。这几种逆变器都有各自的优缺点和适合的应用场合，一般主要应用在传动领域，适合输出1kV到10kV的电压等级。当要求输出电压等级更高时，这几种拓扑都有其局限性。另外，在有些应用场合，已有的几种逆变器还不能满足需要逆变器的三相电压相位和幅值可以分相进行控制的情况。
发明内容
本实用新型的目的在于为克服已有技术的不足之处，提供一种新型的变压器隔离型三相逆变器，使得逆变器输出电压可以适应任意的电压等级，逆变器只需一台逆变变压器，且逆变器三相输出电压可以分相进行控制。
为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：
本三相逆变器包括：N个A相全桥电压源逆变桥，该每个单相全桥电压源逆变桥的输入端与直流电容器相连其输出端与一个连接电抗器相连；N个B相全桥电压源逆变桥，该每个单相全桥电压源逆变桥的输入端与直流电容器相连其输出端与一个连接电抗器相连；N个C相全桥电压源逆变桥，该每个单相全桥电压源逆变桥的输入端与直流电容器相连其输出端与一个连接电抗器相连；以及一台三相多绕组隔离变压器，所述所有的连接电抗器的另一端与该三相多绕组隔离变压器相连，所述的N为正整数。
本实用新型的各部件的功能如下：
单相全桥电压源逆变桥，用于将直流电压转换成交流电压。
连接电抗器，用于抑制逆变输出电流。
直流电容器或直流电容器组，用于形成直流电压源。
三相多绕组隔离变压器，用于将各逆变桥输出电压、电流耦合成总的逆变输出电压和电流。
本实用新型这种电路拓扑具有适应任意电压等级的能力，只需改变变压器变比即可；另外，它避免了普通变压器多重化逆变器需要多台变压器的缺点，减小了占地面积，且逆变输出三相电压的相位和幅值可以分相进行控制，适合柔性输电系统中的电能变换装置，如STATCOM。
附图说明
图1为本实用新型采用单相两电平电压源逆变桥时的变压器隔离型三相逆变器电路原理图；
图2为本实用新型采用单相三电平电压源逆变桥时的变压器隔离型三相逆变器电路原理图；
图3为本实用新型采用的标准的两电平电压源逆变桥电路原理图。
图4为本实用新型采用的标准的三电平电压源逆变桥电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的电路实施例结构和工作原理作进一步的说明。
本实用新型采用单相两电平电压源逆变桥时的变压器隔离型三相逆变器电路实施例如图1所示，图1中的CA1-CAN、CB1-CBN、CC1-CCN分别为形成直流电压源的直流电容器，直流电容器组正极和负极之间可以如图1中所示的并联连接，也可以根据需要相互间独立不并联在一起。LA1-LAN、LB1-LBN、LC1-LCN为抑制逆变输出电流的连接电抗器，这些电抗器可由三相多绕组隔离变压器的各逆变侧绕组的漏抗替代。TR为将各逆变桥输出电压、电流耦合成总的逆变输出电压和电流的三相多绕组隔离变压器，该三相多绕组隔离变压器每相由一个输出侧绕组和N个逆变侧绕组组成，三相输出侧绕组连接成星形或三角形接法后作为逆变器的三相交流输出，三相逆变侧的每一个绕组串联一个所述的连接电抗器后接到一个单相全桥电压源逆变桥的交流输出端。该三相多绕组隔离变压器可根据具体应用时的电气特性采用三铁心柱或五铁心柱结构。图1中的单相两电平电压源逆变桥采用图3中标准的单相两电平电压源逆变桥。图中标准的单相两电平电压源逆变桥由四只功率半导体开关器件(如IGBT、IGCT、IEGT等)及四只功率二极管组成，每只功率半导体开关器件和一只功率二极管反向并联连接，这种逆变桥通过开关器件的开通/关断组合可以将直流电压(DC+/DC-)变换成三电平交流电压输出(AC1/AC2)(相电压为两电平)。
本实用新型采用单相三电平电压源逆变桥时的变压器隔离型三相逆变器电路实施例如图2所示，图2中的CA1+/CA1--CAN+/CAN-、CB1+/CB1--CBN+/CBN-、CC1+/CC1--CCN+/CCN-分别为形成直流电压源的直流电容器组，直流电容器组正极、零极和负极之间可以如图2中所示的并联连接，也可以根据需要相互间独立不并联在一起。LA1-LAN、LB1-LBN、LC1-LCN为抑制逆变输出电流的连接电抗器，这些电抗器可由三相多绕组隔离变压器的各逆变侧绕组的漏抗替代。TR为将各逆变桥输出电压、电流耦合成总的逆变输出电压和电流的三相多绕组隔离变压器，该三相多绕组隔离变压器每相由一个输出侧绕组和N个逆变侧绕组组成，三相输出侧绕组连接成星形或三角形接法后作为逆变器的三相交流输出，三相逆变侧的每一个绕组串联一个所述的连接电抗器后接到一个单相全桥电压源逆变桥的交流输出端。该三相多绕组隔离变压器可根据具体应用时的电气特性采用三铁心柱或五铁心柱结构。图2中的单相三电平电压源逆变桥采用图4中标准的单相三电平电压源逆变桥。图中，标准的单相三电平电压源逆变桥由八只功率半导体开关器件(如IGBT、IGCT、IEGT等)及十二只功率二极管组成，每只功率半导体开关器件和一只功率二极管反向并联连接，另外四只功率二极管起到箝位二极管的作用，这种逆变桥通过开关器件的开通/关断组合可以将直流电压(DC+/DC0/DC-)变换成五电平交流电压输出(AC1/AC2)(相电压为三电平)。
当本实用新型采用不同的功率半导体开关器件时，需要配置相应标准的开通过电流和关断过电压吸收电路或箝位电路。(此部分电路不属于保护的技术方案，属于常用的保护方法)。

Claims (7)

1.一种变压器隔离型三相逆变器，其特征在于，该三相逆变器包括：N个A相全桥电压源逆变桥，该每个单相全桥电压源逆变桥的输入端与直流电容器相连其输出端与一个连接电抗器相连；N个B相全桥电压源逆变桥，该每个单相全桥电压源逆变桥的输入端与直流电容器相连其输出端与一个连接电抗器相连；N个C相全桥电压源逆变桥，该每个单相全桥电压源逆变桥的输入端与直流电容器相连其输出端与一个连接电抗器相连；以及一台三相多绕组隔离变压器，所述所有的连接电抗器的另一端与该三相多绕组隔离变压器相连，所述的N为正整数。
2.根据权利要求1所述的变压器隔离型三相逆变器，其特征在于：所述的A、B、C各单相全桥电压源逆变桥采用标准的单相两电平电压源逆变桥或采用标准的单相三电平电压源逆变桥。
3.根据权利要求2所述的新型的变压器隔离型三相逆变器，其特征在于：当采用三电平逆变桥时，所述的直流电容器为由两个电容组成的一个直流电容器组，所述的各单相全桥电压源逆变桥直流侧正极、零极负极分别接到所述的直流电容器组的正极、零极、负极；所述的各单相全桥电压源逆变桥交流侧一端接到所述的连接电抗器一端，另一端接到所述的三相多绕组隔离变压器逆变侧的一个绕组的一端；所述的连接电抗器另一端接到所述的三相多绕组隔离变压器逆变侧的同一个绕组的另一端。
4.根据权利要求1所述的新型的变压器隔离型三相逆变器，其特征在于：所述的三相多绕组隔离变压器每相由一个输出侧绕组和N个逆变侧绕组组成，三相输出侧绕组连接成星形或三角形接法后作为逆变器的三相交流输出，三相逆变侧的每一个绕组串联一个所述的连接电抗器后接到一个单相全桥电压源逆变桥的交流输出端。
5.根据权利要求1所述的新型的变压器隔离型三相逆变器，其特征在于：所述的三相多绕组隔离变压器采用三铁心柱或五铁心柱结构。
6.根据权利要求1所述的新型的变压器隔离型三相逆变器，其特征在于：所述的连接电抗器可以由所述的三相多绕组隔离变压器的各逆变侧绕组的漏抗替代。
7.根据权利要求1所述的新型的变压器隔离型三相逆变器，其特征在于：所述的各个直流电容器组正极、零极和负极之间可以独立，也可以并联连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102163927A (zh) * 2011-04-20 2011-08-24 清华大学 一种采用多绕组中高频变压器的多电平变换器
CN109639150A (zh) * 2018-12-28 2019-04-16 浙江华云清洁能源有限公司 基于混合模块的隔离型模块化多电平变换器拓扑结构

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