一種三電平三相半橋逆變電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種三電平三相半橋逆變電路，該電路包括三個相同的單相半橋電路；所述單相半橋電路包括電離電解質(zhì)電容C1、C4、電容C9、二極管D1、D2、D3、D10、大功率開關(guān)管Q1、Q2、Q3、Q10、電感L1；本實用新型在傳統(tǒng)的三相逆變橋電路拓撲基礎(chǔ)上，增加了續(xù)流階段的輔助通路橋臂，上下橋臂分別工作于正弦波的正半周期和負半周，續(xù)流階段通過輔助橋臂采用低頻開關(guān)，有效減小大功率逆變器件存在的開關(guān)損耗。整個系統(tǒng)采用SPWM調(diào)制，輸出三相純正弦波；采用模塊化并聯(lián)冗余設(shè)計，可靠性高，且單個模塊故障，不影響系統(tǒng)的運行；另外，容量可依據(jù)需要增大或減小，便于擴容；三相獨立的逆變方式具備優(yōu)異的100%不平衡負載能力；系統(tǒng)可以同時提供單、三相交流電。
【專利說明】—種三電平三相半橋逆變電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種三電平三相半橋逆變電路，屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]三電平三相半橋逆變電路是針對300kW波浪能發(fā)電系統(tǒng)中，由于海上浮筒在將機械能轉(zhuǎn)換成電能后，經(jīng)過海底電纜遠距離傳輸，需要采用直流高電壓，一般是1000V以上，而傳統(tǒng)的大功率變換技術(shù)采用大功率IGBT模塊，在使用高頻SPWM調(diào)制控制策略時，圖1為普通三相半橋逆變電路，由于其在整個周期均工作于高頻，存在開關(guān)損耗大而導(dǎo)致效率低，容量上不去的問題，因此有必要研制一種新型的逆變電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本實用新型提供了一種三電平三相半橋逆變電路，能夠避免上下橋臂在整個周期全部工作于聞頻，有效減小開關(guān)損耗，提聞效率。
[0004]一種三電平三相半橋逆變電路，該逆變電路包括三個相同的單相半橋電路；
[0005]所述單相半橋電路包括電離電解質(zhì)電容C1、C4、電容C9、二極管D1、D2、D3、D10、大功率開關(guān)管Ql、Q2、Q3、Q10、電感LI ；
[0006]電離電解質(zhì)電容Cl的正極連接直流輸入+DCBUS，電離電解質(zhì)電容Cl的負極連接電離電解質(zhì)電容C4的正極，電離電解質(zhì)電容C4的負極連接直流輸入-DCBUS，二極管Dl的正極接在電離電解質(zhì)電容Cl和電離電解質(zhì)電容C4之間，二極管Dl的負極連接大功率開關(guān)管Ql的C極，二極管D2的負極也接在電離電解質(zhì)電容Cl和電離電解質(zhì)電容C4之間，二極管D2的正極連接大功率開關(guān)管Q2的E極,大功率開關(guān)管Ql的E極連接大功率開關(guān)管Q2的C極，連接端分別連接大功率開關(guān)管Q3的E極和大功率開關(guān)管QlO的C極，大功率開關(guān)管Q3的C極連接直流輸入+DCBUS，大功率開關(guān)管QlO的E極連接直流輸入-DCBUS，二極管D3與大功率開關(guān)管Q3并聯(lián)，即二極管D3的正極連接大功率開關(guān)管Q3的E極,二極管DlO與大功率開關(guān)管QlO并聯(lián)，即二極管DlO的正極連接大功率開關(guān)管QlO的E極，電感LI的一端接在大功率開關(guān)管Ql和大功率開關(guān)管Q2的連接端，另一端為U極輸出，在U極和逆變電路的中心點N極之間接入電容C9。
[0007]有益效果:
[0008]本實用新型在傳統(tǒng)的三相逆變橋電路拓撲基礎(chǔ)上，增加了續(xù)流階段的輔助通路橋臂，即增加了 Ql、Q2、Q6、Q7、Q8、Q9所在橋臂，上下橋臂分別工作于正弦波的正半周期和負半周，續(xù)流階段通過輔助橋臂采用低頻開關(guān)，有效減小大功率逆變器件存在的開關(guān)損耗。整個系統(tǒng)采用SPWM調(diào)制，輸出三相純正弦波；采用模塊化并聯(lián)冗余設(shè)計，可靠性高，且單個模塊故障，不影響系統(tǒng)的運行；另外，容量可依據(jù)需要增大或減小，便于擴容；三相獨立的逆變方式具備優(yōu)異的100%不平衡負載能力；系統(tǒng)可以同時提供單、三相交流電。
【專利附圖】

【附圖說明】[0009]圖1為普通三相半橋逆變電路的原理圖。
[0010]圖2為本實用新型三電平三相半橋逆變電路的原理圖。
[0011]圖3為本實用新型等效單相三電平半橋逆變電路A中Q3導(dǎo)通的暫態(tài)電路。
[0012]圖4為本實用新型等效單相三電平半橋逆變電路A中Q3關(guān)斷的暫態(tài)電路。
[0013]圖5為本實用新型等效單相三電平半橋逆變電路A中QlO導(dǎo)通的暫態(tài)電路。
[0014]圖6為本實用新型等效單相三電平半橋逆變電路A中QlO關(guān)斷的暫態(tài)電路。
[0015]圖7為本實用新型三相三電平逆變電路的輸出波形。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本實用新型進行詳細描述。
[0017]如附圖2所示，本實用新型提供了一種三電平三相半橋逆變電路，該逆變電路可分拆為三個獨立的單相半橋電路A、B、C。
[0018]單相半橋電路A包括電離電解質(zhì)電容C1、C4、電容C9、二極管D1、D2、D3、D10、大功率開關(guān)管Ql、Q2、Q3、Q10、電感LI ；
[0019]電離電解質(zhì)電容Cl的正極連接直流輸入+DCBUS，電離電解質(zhì)電容Cl的負極連接電離電解質(zhì)電容C4的正極，電離電解質(zhì)電容C4的負極連接直流輸入-DCBUS，二極管Dl的正極接在電離電解質(zhì)電容Cl和電離電解質(zhì)電容C4之間，二極管Dl的負極連接大功率開關(guān)管Ql的C極，二極管D2的負極也接在電離電解質(zhì)電容Cl和電離電解質(zhì)電容C4之間，二極管D2的正極連接大功率開關(guān)管Q2的E極,大功率開關(guān)管Ql的E極連接大功率開關(guān)管Q2的C極，連接端分別連接大功率開關(guān)管Q3的E極和大功率開關(guān)管QlO的C極，大功率開關(guān)管Q3的C極連接直流輸入+DCBUS，大功率開關(guān)管QlO的E極連接直流輸入-DCBUS，二極管D3與大功率開關(guān)管Q3并聯(lián)，即二極管D3的正極連接大功率開關(guān)管Q3的E極,二極管DlO與大功率開關(guān)管QlO并聯(lián)，即二極管DlO的正極連接大功率開關(guān)管QlO的E極，電感LI的一端接在大功率開關(guān)管Ql和大功率開關(guān)管Q2的連接端，另一端為U極輸出，在U極和N極之間接入電容C9。
[0020]單相半橋電路B包括電離電解質(zhì)電容C2、C5、電容C8、二極管D4、D6、D7、D11、大功率開關(guān)管Q4、Q6、Q7、Q11、電感L2 ；
[0021]電離電解質(zhì)電容C2的正極連接直流輸入+DCBUS，電離電解質(zhì)電容C2的負極連接電離電解質(zhì)電容C5的正極，電離電解質(zhì)電容C5的負極連接直流輸入-DCBUS，二極管D6的正極接在電離電解質(zhì)電容C2和電離電解質(zhì)電容C5之間，二極管D6的負極連接大功率開關(guān)管Q6的C極，二極管D7的負極也接在電離電解質(zhì)電容C2和電離電解質(zhì)電容C5之間，二極管D7的正極連接大功率開關(guān)管Q7的E極,大功率開關(guān)管Q6的E極連接大功率開關(guān)管Q7的C極，連接端分別連接大功率開關(guān)管Q4的E極和大功率開關(guān)管Qll的C極，大功率開關(guān)管Q4的C極連接直流輸入+DCBUS，大功率開關(guān)管Qll的E極連接直流輸入-DCBUS，二極管D4與大功率開關(guān)管Q4并聯(lián)，即二極管D4的正極連接大功率開關(guān)管Q4的E極，二極管Dll與大功率開關(guān)管Qll并聯(lián)，即二極管Dll的正極連接大功率開關(guān)管Qll的E極，電感L2的一端接在大功率開關(guān)管Q6和大功率開關(guān)管Q7的連接端，另一端為V極輸出，在V極和逆變電路中心點N極之間接入電容C8。
[0022]單相半橋電路C包括電離電解質(zhì)電容C3、C6、電容C7、二極管D5、D8、D9、D12、大功率開關(guān)管Q5、Q8、Q9、Q12、電感L3 ；
[0023]電離電解質(zhì)電容C3的正極連接直流輸入+DCBUS，電離電解質(zhì)電容C3的負極連接電離電解質(zhì)電容C6的正極，電離電解質(zhì)電容C6的負極連接直流輸入-DCBUS，二極管D8的正極接在電離電解質(zhì)電容C3和電離電解質(zhì)電容C6之間，二極管D8的負極連接大功率開關(guān)管Q8的C極，二極管D9的負極也接在電離電解質(zhì)電容C3和電離電解質(zhì)電容C6之間，二極管D9的正極連接大功率開關(guān)管Q9的E極,大功率開關(guān)管Q8的E極連接大功率開關(guān)管Q9的C極，連接端分別連接大功率開關(guān)管Q5的E極和大功率開關(guān)管Q12的C極，大功率開關(guān)管Q5的C極連接直流輸入+DCBUS，大功率開關(guān)管Q12的E極連接直流輸入-DCBUS，二極管D5與大功率開關(guān)管Q5并聯(lián)，即二極管D5的正極連接大功率開關(guān)管Q5的E極，二極管D12與大功率開關(guān)管Q12并聯(lián)，即二極管D12的正極連接大功率開關(guān)管Q12的E極，電感L3的一端接在大功率開關(guān)管Q8和大功率開關(guān)管Q9的連接端，另一端為W極輸出，在W極和N極之間接入電容C7。
[0024]所有大功率開關(guān)管的B極均作為觸發(fā)端，接收觸發(fā)信號導(dǎo)通或關(guān)斷大功率開關(guān)管。
[0025]以單相半橋電路A為例，其工作過程如下:
[0026]( I)大功率開關(guān)管Q3導(dǎo)通期間
[0027]在交流輸出正半周期內(nèi)，輔助橋臂的大功率開關(guān)開關(guān)管Ql —直處于導(dǎo)通狀態(tài)，開關(guān)頻率為50Hz ;大功率開關(guān)管QlO —直處于關(guān)斷狀態(tài)。大功率開關(guān)管Q3上施加驅(qū)動為高頻SPWM波形，在大功率開關(guān)管Q3導(dǎo)通期間，工作過程見圖3電路，電流路徑為:Cl — Q3 — LI — C7 — Cl。
[0028](2)大功率開關(guān)管Q3關(guān)斷期間
[0029]當(dāng)大功率開關(guān)管Q3處于關(guān)斷狀態(tài)后，輸出濾波電感會產(chǎn)生自激電動勢，保持電流自左向右的流動，見圖4電路，其電流路徑為:L1 — C7 — Dl — Ql — LI。
[0030]此階段，避免傳統(tǒng)半橋電路的電流流通路徑:
[0031]LI — C7 — C4 — DlO — LI ;
[0032]能夠有效減小下半橋開關(guān)管存在的聞頻開關(guān)損耗。
[0033](3)大功率開關(guān)管QlO導(dǎo)通期間
[0034]在交流輸出負半周期內(nèi)，輔助橋臂的大功率開關(guān)管Q2—直處于導(dǎo)通狀態(tài)，開關(guān)頻率為50Hz ;大功率開關(guān)管Q3 —直處于關(guān)斷狀態(tài)。大功率開關(guān)管QlO上施加驅(qū)動為高頻SPWM波形，在大功率開關(guān)管QlO導(dǎo)通期間，工作過程見5電路，電流路徑為:C4 — C7 — LI — QlO — C4。
[0035](4)大功率開關(guān)管QlO關(guān)斷期間
[0036]當(dāng)大功率開關(guān)管QlO處于關(guān)斷狀態(tài)后，輸出濾波電感會產(chǎn)生自激電動勢，保持電流自右向左的流動，見6電路，其電流路徑為:L1 — Q2 —D2 —C7 —C7 —LI。
[0037]此階段，避免傳統(tǒng)半橋電路的電流流通路徑:
[0038]LI — D3 — Cl — C7 — LI。
[0039]能夠有效減小上半橋開關(guān)管存在的聞頻開關(guān)損耗。
[0040]單相半橋開關(guān)工作波形示意圖見圖7所示。
[0041]綜上所述，以上僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護范圍。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種三電平三相半橋逆變電路，其特征在于，該逆變電路包括三個相同的單相半橋電路； 所述單相半橋電路包括電離電解質(zhì)電容C1、C4、電容C9、二極管D1、D2、D3、D10、大功率開關(guān)管 Ql、Q2、Q3、Q10、電感 LI ； 電離電解質(zhì)電容Cl的正極連接直流輸入+DCBUS，電離電解質(zhì)電容Cl的負極連接電離電解質(zhì)電容C4的正極，電離電解質(zhì)電容C4的負極連接直流輸入-DCBUS，二極管Dl的正極接在電離電解質(zhì)電容Cl和電離電解質(zhì)電容C4之間，二極管Dl的負極連接大功率開關(guān)管Ql的C極，二極管D2的負極也接在電離電解質(zhì)電容Cl和電離電解質(zhì)電容C4之間，二極管D2的正極連接大功率開關(guān)管Q2的E極，大功率開關(guān)管Ql的E極連接大功率開關(guān)管Q2的C極，連接端分別連接大功率開關(guān)管Q3的E極和大功率開關(guān)管QlO的C極,大功率開關(guān)管Q3的C極連接直流輸入+DCBUS，大功率開關(guān)管QlO的E極連接直流輸入-DCBUS，二極管D3與大功率開關(guān)管Q3并聯(lián)，即二極管D3的正極連接大功率開關(guān)管Q3的E極,二極管DlO與大功率開關(guān)管QlO并聯(lián)，即二極管DlO的正極連接大功率開關(guān)管QlO的E極，電感LI的一端接在大功率開關(guān)管Ql和大功率開關(guān)管Q2的連接端，另一端為U極輸出，在U極和逆變電路的中心點N極之間接入電容C9。
【文檔編號】H02M7/483GK203537258SQ201320584019
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】王同春, 戚戰(zhàn)峰, 壽麗莉 申請人:中國船舶重工集團公司第七一〇研究所, 青島海山海洋裝備有限公司