專利名稱：混合電壓源型dc/ac逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種DC/AC逆變器，特別是涉及一種增加了一路獨(dú)立或等效直流電源和一個(gè)控制開關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、導(dǎo)通損耗小的混合電壓源型DC/AC逆變器。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)發(fā)展，傳統(tǒng)能源日益緊張，新型清潔能源(如太陽能、燃料電池)發(fā)電技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注。由于可再生能源等效直流輸出電壓可能在很大范圍內(nèi)變化，并網(wǎng)發(fā)電時(shí)就需要高效的DC/AC變流器進(jìn)行直流/交流電壓變換。目前，DC/AC變流器主要包括兩類1、隔離型DC/AC變流器。這種隔離型DC/AC變流器輸入端與輸出端電氣不相通， 通過脈沖變壓器的磁耦合方式傳遞能量，輸入輸出完全電氣隔離，其優(yōu)點(diǎn)在于能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)和發(fā)電源的電氣隔離，因而系統(tǒng)安全性好；通過設(shè)計(jì)變壓器的變化比較容易實(shí)現(xiàn)電壓變換， 因而控制相對(duì)簡(jiǎn)單。但是由于全部功率要通過變壓器，因而系統(tǒng)的效率相對(duì)降低。2、非隔離型DC/AC變流器。這種非隔離型DC/AC變流器輸入端與輸出端電氣相通， 沒有隔離，主要采用BOOST型電路來實(shí)現(xiàn)直流電壓調(diào)整，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相對(duì)于隔離型DC/ AC變流器的效率相對(duì)較高。但是在三相輸出供電系統(tǒng)中，由于高耐壓器件相對(duì)于低耐壓器件的反向恢復(fù)特性要差很多，因而非隔離型三相DC/AC變流器難以在低成本的前提下提高功率密度；而如果采用多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，控制的復(fù)雜性增加，裝置的可靠性下降。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種在增加了一路獨(dú)立或等效直流電源和一個(gè)控制開關(guān)的前提下，實(shí)現(xiàn)了三電平逆變器的開關(guān)損耗低、輸出濾波器體積小以及開關(guān)切換電壓變換率小等良好控制效果限制反向恢復(fù)電流的變流器。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的一種混合電壓源型DC/AC逆變器，該逆變器的電路包括電源部分、轉(zhuǎn)換開關(guān)部分和輸出變換器電路部分，所述電源部分包括兩個(gè)并聯(lián)的直流電源或等效的直流電源，所述電源部分的直流輸出正端和轉(zhuǎn)換開關(guān)部分的一端相連，所述轉(zhuǎn)換開關(guān)部分的另一端連接所述輸出變換器電路部分的正母線端，所述電源部分的直流輸出負(fù)端和輸出變換器電路部分的負(fù)母線端連接在一起。其中，所述兩個(gè)并聯(lián)的直流電源或等效的直流電源的電壓數(shù)值不相等。其中，所述兩個(gè)并聯(lián)的直流電源輸出正端與輸出變換器的正母線連接在一起，而輸出負(fù)端與轉(zhuǎn)換開關(guān)一端連接一起，轉(zhuǎn)換開關(guān)的另一端與輸出變換器的負(fù)母線連接在一起。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于本發(fā)明提供的混合電壓源型DC/AC逆變器具有以下優(yōu)點(diǎn)相對(duì)傳統(tǒng)兩電平逆變器，在增加了一路獨(dú)立或等效直流電源和一個(gè)控制開關(guān)的前提下，實(shí)現(xiàn)了三電平逆變器的開關(guān)損耗低、輸出濾波器體積小以及開關(guān)切換電壓變換率小等良好控制效果；同時(shí)避免了傳統(tǒng)三電平電壓型逆變器器件多，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)困難，導(dǎo)通損耗比較
3大，中點(diǎn)電壓需要平衡控制等缺陷。


圖1是單相混合電壓源型DC/AC逆變器原理示意圖；圖2是圖1中輸入輸出電壓關(guān)系示意圖；圖3是三相混合電壓源型DC/AC逆變器原理示意圖；圖4是逆變器三相輸出相電壓扇區(qū)分配示意圖；圖5是一種基于混合電壓源逆變機(jī)理的單相DC/AC逆變電路；圖6是一種基于公共直流母線供電的新型三相混合電壓源型DC/AC逆變方案的電路圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案?；旌想妷涸碊C/AC逆變器思想既可以應(yīng)用于單相電路，也可以用于三相電路。為了便于介紹其基本工作原理，以單相電路作為詳細(xì)闡述示例。圖1是單相混合電壓源型DC/AC逆變器原理示意圖，如圖1所示，與傳統(tǒng)電壓源逆變器不同，它有兩個(gè)電源，兩個(gè)電源切換通過轉(zhuǎn)換開關(guān)K 來完成。當(dāng)然兩個(gè)電源的電壓數(shù)值不同，圖2是圖1中輸入輸出電壓關(guān)系示意圖，如圖2所示，圖中E、Ed為輸入直流電壓，U。為輸出交流電壓，以及|U。|為輸出電壓絕對(duì)值；通常設(shè)計(jì)是E彡Uo max ( Ed，其中Uo max為輸出交流電的峰值。當(dāng)交流輸出電壓瞬時(shí)值的絕對(duì)值|U。| 小于E時(shí)，轉(zhuǎn)換開關(guān)K恒處于位置1，Vn Vt4，相應(yīng)開關(guān)以PWM模式動(dòng)作；當(dāng)交流輸出電壓瞬時(shí)值|U。|的絕對(duì)值大于E時(shí)；輸出開關(guān)狀態(tài)保持不變，而裝換開關(guān)K以PWM模式工作在位置1和位置2之間轉(zhuǎn)換，斬波出輸出交流電所需要的“波頭”部分。傳統(tǒng)電壓型逆變器主開關(guān)關(guān)斷時(shí)，相應(yīng)反并聯(lián)二極管在電感作用下，續(xù)流導(dǎo)通；當(dāng)主開關(guān)再次導(dǎo)通時(shí)，二極管將承受反壓并經(jīng)歷反向恢復(fù)過程而關(guān)斷。反向恢復(fù)時(shí)，不僅給二極管帶來自身關(guān)斷損耗，而且也將大大增加相應(yīng)主開關(guān)管的開通損耗。在器件一定的前提下，該損耗與二極管正向電流、反向恢復(fù)電壓以及二極管電流變化率相關(guān)。對(duì)于新型混合電壓源型逆變器，可以看出(1).電壓瞬時(shí)值的絕對(duì)值低于E階段，如圖2所示的Ttl T1, T2 T3階段，輸出逆變橋的反并聯(lián)二極管在反向恢復(fù)時(shí)的反向電壓僅僅為Ε，而不是Ed，所以開關(guān)損耗大大減低。(2).電壓瞬時(shí)值的絕對(duì)值高于E階段，如圖2所示的T1 T2階段，轉(zhuǎn)換開關(guān)K的二極管反向恢復(fù)電壓是Ed-E,顯然開關(guān)損耗也將大幅降低。圖3所示的是混合電壓源型三相DC/AC逆變器原理示意圖。圖3中轉(zhuǎn)換開關(guān)K控制相電壓最高相與最低相的輸出線電壓波形；期間相應(yīng)兩相的開關(guān)管處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)。圖4是逆變器三相輸出相電壓扇區(qū)分配示意圖；如圖4所示，在第一扇區(qū)(a相輸出電壓值最大，c相輸出電壓值最小):VT1，Vt6常開；Vt3，V14常關(guān)；開關(guān)K，Vt2和Vt5高頻工作。開關(guān)K切換時(shí)電壓為0或Ed-E，它引起的開關(guān)損耗小。另，如果負(fù)載或電網(wǎng)的功率因數(shù)在1附近，此時(shí)b相的電流本身就比較小，Vt2和Vt5高頻動(dòng)作引起的開關(guān)損耗本身也就比較低。其他扇區(qū)情況以此類推。
圖5是一種基于混合電壓源逆變機(jī)理的單相DC/AC逆變電路；相比圖1，圖5中直流電源E為輸入電源，直流電源Ed為輸入電源經(jīng)過Boost升壓后的等效直流電源，Vt5，Vd6 為等效轉(zhuǎn)換開關(guān)K。圖6是一種基于公共直流母線供電的新型三相混合電壓源型DC/AC逆變方案的電路圖，與傳統(tǒng)公共直流母線變頻方案相比單直流母線回路改為雙母線回路；每個(gè)傳統(tǒng)兩逆變器增加了器件Vt7和VD7。VT7和VD7可以組合成一個(gè)集成橋臂。且無論Vt7發(fā)生短路或開路故障，傳統(tǒng)逆變器可以降頻或降壓工作。新型方案在傳統(tǒng)兩電平逆變器基礎(chǔ)上增加一個(gè)橋臂即可以達(dá)到傳統(tǒng)三電平電壓型逆變器控制效果；但與傳統(tǒng)方案相比，控制和結(jié)構(gòu)都要簡(jiǎn)單很多，可靠性也高。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種混合電壓源型DC/AC逆變器，該逆變器的電路包括電源部分、轉(zhuǎn)換開關(guān)部分和輸出變換器電路部分，其特征在于所述電源部分包括兩個(gè)并聯(lián)的直流電源或等效的直流電源，所述電源部分的直流輸出正端和轉(zhuǎn)換開關(guān)部分的一端相連，所述轉(zhuǎn)換開關(guān)部分的另一端連接所述輸出變換器電路部分的正母線端，所述電源部分的直流輸出負(fù)端和輸出變換器電路部分的負(fù)母線端連接在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合電壓源型DC/AC逆變器，其特征在于所述兩個(gè)并聯(lián)的直流電源或等效的直流電源的電壓數(shù)值不相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合電壓源型DC/AC逆變器，其特征在于所述兩個(gè)并聯(lián)的直流電源輸出正端與輸出變換器的正母線連接在一起，而輸出負(fù)端與轉(zhuǎn)換開關(guān)一端連接一起，轉(zhuǎn)換開關(guān)的另一端與輸出變換器的負(fù)母線連接在一起。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混合電壓源型DC/AC逆變器，該電路包括電源部分、轉(zhuǎn)換開關(guān)部分和輸出變壓器電路部分，電源部分包括兩個(gè)并聯(lián)的直流電源或等效的直流電源，電源部分直流輸出正端和轉(zhuǎn)換開關(guān)部分的一端相連，轉(zhuǎn)換開關(guān)部分的另一端連接所述輸出變壓器電路部分的正母線端，電源部分直流輸出負(fù)端和輸出變壓器電路部分的負(fù)母線端連接在一起。本發(fā)明提供的逆變器，在增加了一路獨(dú)立或等效直流電源和一個(gè)控制開關(guān)的前提下，實(shí)現(xiàn)了三電平逆變器的開關(guān)損耗低、輸出濾波器體積小以及開關(guān)切換電壓變換率小等良好控制效果；避免了傳統(tǒng)三電平電壓型逆變器器件多，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)困難，導(dǎo)通損耗比較大，中點(diǎn)電壓需要平衡控制等缺陷。
文檔編號(hào)H02M7/48GK102208877SQ20101013637
公開日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者吳衛(wèi)民 申請(qǐng)人:上海海事大學(xué)