專利名稱：三相中性點(diǎn)鉗位式四象限運(yùn)行的三電平電源變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連接電網(wǎng)和電機(jī)進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換的裝置、尤其涉及一種三相中性點(diǎn)鉗位式四象限運(yùn)行的三電平電源變換裝置。
背景技術(shù)：
如圖I所示，為一種傳統(tǒng)的四象限運(yùn)行的電源變 換裝置電路圖，由2個(gè)PWM變換裝置10構(gòu)成。其中左邊的6個(gè)開關(guān)元件9和6個(gè)二極管8構(gòu)成了一個(gè)變換裝置，連接在網(wǎng)側(cè)，右邊的6個(gè)開關(guān)元件9和6個(gè)二極管8構(gòu)成了一個(gè)變換裝置10，連接在機(jī)側(cè)，中間通過2個(gè)串聯(lián)的電容器7并聯(lián)。當(dāng)電機(jī)工作在一、三象限時(shí)，第一個(gè)變換裝置10工作在整流狀態(tài)，第二個(gè)變換裝置10工作在逆變狀態(tài)。當(dāng)電機(jī)工作在二、四象限時(shí)，第一個(gè)變換裝置10工作在逆變狀態(tài)，第二個(gè)變換裝置10工作在整流狀態(tài)。但是這種四象限運(yùn)行的電源變換裝置工作在高壓大功率場合時(shí)，開關(guān)元件承受過高電壓，而且開關(guān)頻率較高，增加了開關(guān)損耗，并且輸出波形中含有大量諧波，影響電機(jī)工作的穩(wěn)定性和電網(wǎng)的質(zhì)量。圖2是一種背靠背三電平四象限運(yùn)行的電源變換裝置的主電路結(jié)構(gòu)的電路圖。如圖2所示，在這種背靠背三電平四象限運(yùn)行的電源變換裝置中，2個(gè)PWM變換裝置11是由24個(gè)開關(guān)元件9以及36個(gè)二極管8構(gòu)成，2個(gè)PWM變換裝置中間通過2個(gè)串聯(lián)的電容器7并聯(lián)。在PWM變換裝置11中，開關(guān)元件％、92導(dǎo)通時(shí)各相的輸出端子和與p點(diǎn)連接的正母線連接，各相的輸出電壓變?yōu)楦唠娖健Ｊ归_關(guān)元件92、93導(dǎo)通時(shí)，各相的輸出端子與中性點(diǎn)c點(diǎn)連接，各相的輸出相電壓變成高電平和低電平中間的中間電平(中性點(diǎn)電壓)。使開關(guān)93、94導(dǎo)通時(shí)，各相的輸出端子和與n點(diǎn)連接的負(fù)母線連接，各相的輸出相電壓變成低電平。該背靠背三電平四象限運(yùn)行的電源變換裝置中，利用電容器7的分壓得到中性點(diǎn)電壓，但是該中性點(diǎn)電壓隨著供給負(fù)載的電流而變動。中性點(diǎn)電壓變動時(shí)，過電壓作用于電容器7，可能會導(dǎo)致電容器7的壽命降低或損壞，而且中性點(diǎn)電壓偏移過大可能會導(dǎo)致開關(guān)元件失效，從而影響電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電網(wǎng)電壓的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種三相中性點(diǎn)鉗位式四象限運(yùn)行的電源變換裝置，可以高效率地抑制中性點(diǎn)電壓的變動，提高安全性，提高輸出電壓的質(zhì)量。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種三相中性點(diǎn)鉗位式四象限運(yùn)行的三電平電源變換裝置，包括2個(gè)三相PWM變換裝置，該三相PWM變換裝置具有正母線、負(fù)母線以及中性線，并分為3相設(shè)有中性點(diǎn)鉗位式PWM變換器，各中性點(diǎn)鉗位式PWM變換器在正母線和相輸出端子及負(fù)母線和相輸出端子之間分別串聯(lián)連接第一和第二開關(guān)元件及第三和第四開關(guān)元件，而且所述第一和所述第二開關(guān)元件的連接點(diǎn)及所述第三和所述第四開關(guān)元件的連接點(diǎn)分別經(jīng)由鉗位元件與所述中性點(diǎn)連接，所述的2個(gè)三相PWM變換裝置的正母線、負(fù)母線及中性線分別連接，并且所述的正母線和中性線及所述的負(fù)母線和中性線之間分別串聯(lián)電容，具有第一個(gè)計(jì)算值求取裝置，用于求取第一個(gè)計(jì)算值，該第一個(gè)計(jì)算值為以下2值的代數(shù)和第一個(gè)三相PWM變換裝置，在PWM周期中所述的正母線、所述的負(fù)母線、所述的中性線分別與3相所述的相輸出端子連接的第一狀態(tài)下3相的輸出電壓的時(shí)間的計(jì)算值和在該狀態(tài)下流向中性點(diǎn)的電流值的乘積；第二個(gè)三相PWM變換裝置，在PWM周期中在所述的第一狀態(tài)下3相的輸出電壓的時(shí)間的計(jì)算值和在該狀態(tài)下流向中性點(diǎn)的電流值的乘積；第二個(gè)計(jì)算值求取裝置，用于求取第二個(gè)計(jì)算值，該第二個(gè)計(jì)算值為以下2值的代數(shù)和第一個(gè)三相PWM變換裝置，在PWM周期中將3相的所述相輸出端子中的2個(gè)與所述的正母線連接而3相的所述的相輸出端子中的I個(gè)與所述的中性線連接的第二狀態(tài)下的、或?qū)?相的所述的相輸出端子中的2個(gè)與所述中性線連接而將3相的所述的相輸出端子中的I個(gè)與所述的負(fù)母線連接的第三狀態(tài)下的3相輸出電壓時(shí)間的計(jì)算值和在該狀態(tài)下流向中性點(diǎn)的電流值的乘積；第二個(gè)三相PWM變換裝置，在PWM周期中所述的第二狀態(tài)下或所述的第三狀態(tài)下的3相輸出電壓時(shí)間的計(jì)算值和在該狀態(tài)下流向中性點(diǎn)的電流值的乘積；第三個(gè)計(jì)算值求取裝置，用于求取第三個(gè)計(jì)算值，該第三個(gè)計(jì)算值為以下2值的代數(shù)和第一個(gè)三相PWM變換裝置，在PWM周期中將3相的所述的相輸出端子中的I個(gè)與所述正母線連接而3相的所述的相輸出端子中的2個(gè)與所述中性線連接的第四狀態(tài)下的、或?qū)?相的所述的相輸出端子中的I個(gè)與所述的中性線連接而3相的所述的相輸出端子中的2個(gè)與所述的負(fù)母線連接的第五狀態(tài)下的3相輸出電壓時(shí)間的計(jì)算值和在該狀態(tài)下流向中性點(diǎn)電流值的乘積；第二個(gè)三相中性點(diǎn)鉗位式PWM裝置，在PWM周期中所述的第四狀態(tài)下的或所述的第五狀態(tài)下的3相輸出電壓時(shí)間的計(jì)算值和在該狀態(tài)下流向中性點(diǎn)電流值得乘積；比率決定裝置，根據(jù)所述的第一、所述的第二以及所述的第三計(jì)算值決定2個(gè)三相PWM變換裝置在PWM周期中所述的第二和所述的第三、所述的第四和所述的第五狀態(tài)的比率，使得流向所述中性線的電流接近零，或使所述的中性線電位接近所述正母線電位和所述負(fù)母線電位之間的正中間的電位。
本發(fā)明還可以將2個(gè)三相PWM變換裝置中所述的正母線、所述的負(fù)母線以及所述的中性線分別與3相的所述的相輸出端子連接的6個(gè)開關(guān)狀態(tài)下的3相輸出電壓的時(shí)間減少到零，并以3相的所述相輸出端子分別與所述正母線或所述負(fù)母線連接但是不包括3相的3個(gè)所述的相輸出端子同時(shí)與所述的正母線或負(fù)母線連接的狀態(tài)的6個(gè)開關(guān)狀態(tài)，來彌補(bǔ)抑制在所述的6個(gè)開關(guān)狀態(tài)下的3相輸出電壓的時(shí)間為零時(shí)所伴隨的輸出電壓不足量，其特征在于當(dāng)所述的第一個(gè)計(jì)算值大于所述的第二個(gè)計(jì)算值，或者所述的第一個(gè)計(jì)算值大于所述的第三個(gè)計(jì)算值，或者所述的第一個(gè)計(jì)算值大于所述的第二個(gè)計(jì)算值和所述的第三個(gè)計(jì)算值之和時(shí)，在比率決定裝置中，根據(jù)所述的第二計(jì)算值和所述的第三計(jì)算值決定2個(gè)三相PWM變換裝置所述的第二和所述的第三、所述的第四和第五狀態(tài)的比率，使得流向所述的中性線的電流接近零，或使所述的中性線電位接近所述的正母線電位和所述的負(fù)母線電位之間的正中間的電位。本發(fā)明還可以具有如下比率決定裝置，根據(jù)所述的第一、所述的第二以及所述的第三計(jì)算值決定2個(gè)三相PWM變換裝置在PWM周期中所述的第二和所述的第三、所述的第四和第五狀態(tài)的比率，使得所述中性線電位偏離所述正母線電位和所述負(fù)母線電位之間的正中間電位大于所設(shè)定值時(shí)，使得流向所述中性線的電流值不為零，來彌補(bǔ)抑制中性線電位的偏移。本發(fā)明的技術(shù)方案要保證所述的三相中性點(diǎn)鉗位式四象限運(yùn)行的電源變換裝置的2個(gè)三相PWM變換裝置的PWM周期相同。通過這樣做，由于使中性點(diǎn)電位變動盡量接近零，或通過使中性線的電位接近正母線和負(fù)母線電壓之間的正中間的電位，可以高效抑制中性點(diǎn)電位變動，因此可以提高安全性，提高輸出電壓的質(zhì)量。


圖I是表示一種傳統(tǒng)的四象限運(yùn)行的2電平電源變換裝置電路圖。圖2是表示是一種背靠背三電平四象限運(yùn)行的電源變換裝置的主電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖3是表示本發(fā)明實(shí)施例的三相中性點(diǎn)鉗位式四象限運(yùn)行的三電平電源變換裝置的PWM脈沖運(yùn)算器的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖4是三相中性點(diǎn)鉗位式PWM變換裝置的輸出電壓空間向量圖。圖5是Alfa/Beta坐標(biāo)系變換到g/h坐標(biāo)系示意圖。實(shí)施方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。圖3是表示本實(shí)施例的三相中性點(diǎn)鉗位式四象限運(yùn)行的電源變換裝置的PWM脈沖運(yùn)算器的結(jié)構(gòu)的方框圖。如圖3所示，本實(shí)例的三相中性點(diǎn)鉗位式四象限電源變換裝置具備調(diào)制波發(fā)生器301、載波發(fā)生器302、向量脈寬計(jì)算器303、向量脈寬寄存器304、脈寬調(diào)整計(jì)算器305和PWM模式設(shè)定器306構(gòu)成。圖4所示的為三相中性點(diǎn)鉗位式PWM變換裝置的輸出電壓空間向量圖，其中包括27個(gè)輸出電壓矢量，當(dāng)PWM變換裝置的輸出電壓處于圖4所示的24個(gè)區(qū)域中的某一個(gè)時(shí)，可以用組成該區(qū)域的幾個(gè)輸出電壓矢量替代。27個(gè)輸出電壓矢量可以分為4種，小矢量 、K,、中矢量//,.大矢量之和&零矢量JV、U阪《大小分別為\ua\ = 1 !=甚 I —
2Kl=| |=|%；|=|%|=搭 其中Ud為直流側(cè)電壓。將其進(jìn)行單位化變換得，I氧 I = |4| = I|/> I =
權(quán)利要求
1.一種三相中性點(diǎn)鉗位式四象限運(yùn)行的三電平電源變換裝置，包括2個(gè)三相PWM變換裝置，該三相PWM變換裝置具有正母線、負(fù)母線以及中性線，并分為3相設(shè)有中性點(diǎn)鉗位式PWM變換器，各中性點(diǎn)鉗位式PWM變換器在正母線和相輸出端子及負(fù)母線和相輸出端子之間分別串聯(lián)連接第一和第二開關(guān)元件及第三和第四開關(guān)元件，而且所述第一和所述第二開關(guān)元件的連接點(diǎn)及所述第三和所述第四開關(guān)元件的連接點(diǎn)分別經(jīng)由鉗位元件與所述中性點(diǎn)連接，所述的2個(gè)三相PWM變換裝置的正母線、負(fù)母線及中性線分別連接，并且所述的正母線和中性線及所述的負(fù)母線和中性線之間分別串聯(lián)電容，其特征在于，具備 第一個(gè)計(jì)算值求取裝置，用于求取第一個(gè)計(jì)算值，該第一個(gè)計(jì)算值為以下2值的代數(shù)和第一個(gè)三相PWM變換裝置，在PWM周期中所述的正母線、所述的負(fù)母線、所述的中性線分別與3相所述的相輸出端子連接的第一狀態(tài)下3相的輸出電壓的時(shí)間的計(jì)算值和在該狀態(tài)下流向中性點(diǎn)的電流值的乘積；第二個(gè)三相PWM變換裝置，在PWM周期中在所述的第一狀態(tài)下3相的輸出電壓的時(shí)間的計(jì)算值和在該狀態(tài)下流向中性點(diǎn)的電流值的乘積； 第二個(gè)計(jì)算值求取裝置，用于求取第二個(gè)計(jì)算值，該第二個(gè)計(jì)算值為以下2值的代數(shù)和第一個(gè)三相PWM變換裝置，在PWM周期中將3相的所述相輸出端子中的2個(gè)與所述的正母線連接而3相的所述的相輸出端子中的I個(gè)與所述的中性線連接的第二狀態(tài)下的、或?qū)?相的所述的相輸出端子中的2個(gè)與所述中性線連接而將3相的所述的相輸出端子中的I個(gè)與所述的負(fù)母線連接的第三狀態(tài)下的3相輸出電壓時(shí)間的計(jì)算值和在該狀態(tài)下流向中性點(diǎn)的電流值的乘積；第二個(gè)三相PWM變換裝置，在PWM周期中所述的第二狀態(tài)下或所述的第三狀態(tài)下的3相輸出電壓時(shí)間的計(jì)算值和在該狀態(tài)下流向中性點(diǎn)的電流值的乘積； 第三個(gè)計(jì)算值求取裝置，用于求取第三個(gè)計(jì)算值，該第三個(gè)計(jì)算值為以下2值的代數(shù)和第一個(gè)三相PWM變換裝置，在PWM周期中將3相的所述的相輸出端子中的I個(gè)與所述正母線連接而3相的所述的相輸出端子中的2個(gè)與所述中性線連接的第四狀態(tài)下的、或?qū)?相的所述的相輸出端子中的I個(gè)與所述的中性線連接而3相的所述的相輸出端子中的2個(gè)與所述的負(fù)母線連接的第五狀態(tài)下的3相輸出電壓時(shí)間的計(jì)算值和在該狀態(tài)下流向中性點(diǎn)電流值的乘積；第二個(gè)三相中性點(diǎn)鉗位式PWM裝置，在PWM周期中所述的第四狀態(tài)下的或所述的第五狀態(tài)下的3相輸出電壓時(shí)間的計(jì)算值和在該狀態(tài)下流向中性點(diǎn)電流值得乘積；比率決定裝置，根據(jù)所述的第一、所述的第二以及所述的第三計(jì)算值決定2個(gè)三相PWM變換裝置在PWM周期中所述的第二和所述的第三、所述的第四和所述的第五狀態(tài)的比率，使得流向所述中性線的電流接近零，或使所述的中性線電位接近所述正母線電位和所述負(fù)母線電位之間的正中間的電位。
2.如權(quán)利要求I所述的一種三相中性點(diǎn)鉗位式四象運(yùn)行的三電平電源變換裝置，將2個(gè)三相PWM變換裝置中所述的正母線、所述的負(fù)母線以及所述的中性線分別與3相的所述的相輸出端子連接的6個(gè)開關(guān)狀態(tài)下的3相輸出電壓的時(shí)間減少到零，并以3相的所述相輸出端子分別與所述正母線或所述負(fù)母線連接但是不包括3相的3個(gè)所述的相輸出端子同時(shí)與所述的正母線或負(fù)母線連接的狀態(tài)的6個(gè)開關(guān)狀態(tài)，來彌補(bǔ)抑制在所述的6個(gè)開關(guān)狀態(tài)下的3相輸出電壓的時(shí)間為零時(shí)所伴隨的輸出電壓不足量，其特征在于當(dāng)所述的第一個(gè)計(jì)算值大于所述的第二個(gè)計(jì)算值，或者所述的第一個(gè)計(jì)算值大于所述的第三個(gè)計(jì)算值，或者所述的第一個(gè)計(jì)算值大于所述的第二個(gè)計(jì)算值和所述的第三個(gè)計(jì)算值之和時(shí)，在比率決定裝置中，根據(jù)所述的第二計(jì)算值和所述的第三計(jì)算值決定2個(gè)三相PWM變換裝置所述的第二和所述的第三、所述的第四和第五狀態(tài)的比率，使得流向所述的中性線的電流接近零，或使所述的中性線電位接近所述的正母線電位和所述的負(fù)母線電位之間的正中間的電位。
3.如權(quán)利要求I所述的一種三相中性點(diǎn)鉗位式四象限運(yùn)行的三電平電源變換裝置，取代權(quán)利要求I所述的比率決定裝置，設(shè)有下述比率決定裝置，根據(jù)所述的第一、所述的第二以及所述的第三計(jì)算值決定2個(gè)三相PWM變換裝置在PWM周期中所述的第二和所述的第三、所述的第四和第五狀態(tài)的比率，使得所述中性線電位偏離所述正母線電位和所述負(fù)母線電位之間的正中間電位大于所設(shè)定值時(shí)，使得流向所述中性線的電流值不為零，來彌補(bǔ)抑制中性線電位的偏移。
4.如權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的三相中性點(diǎn)鉗位式四象限運(yùn)行的三電平電源變換裝置，其特征在于所述的2個(gè)三相PWM變換裝置的PWM周期相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種連接電網(wǎng)和電機(jī)進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換的裝置，特別涉及了一種三相中性點(diǎn)鉗位式四象限運(yùn)行的三電平電源變換裝置，具有2個(gè)三相PWM變換裝置，該電源變換裝置還包括三個(gè)計(jì)算值求取裝置和一個(gè)比例決定裝置，三個(gè)計(jì)算值求取裝置用于求取2個(gè)三相PWM變換裝置的正母線、負(fù)母線和中性線與3相輸出端子在不同連接狀態(tài)下3相輸出電壓時(shí)間和在該狀態(tài)下流向中性點(diǎn)電流值的乘積之和，比率決定裝置根據(jù)三個(gè)計(jì)算值決定2個(gè)三相PWM變換裝置在相同的載波周期中不同狀態(tài)的比率，使中性點(diǎn)電位變動盡量接近零，或通過使中性線的電位接近正母線和負(fù)母線電壓之間的正中間的電位，可以高效抑制中性點(diǎn)電位變動，因此可以提高安全性，提高輸出電壓的質(zhì)量。
文檔編號H02M5/458GK102751882SQ20121024549
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月14日
發(fā)明者張翔 申請人:張翔