一種具有耦合電感的多電平級(jí)聯(lián)逆變器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子領(lǐng)域，更具體地，設(shè)計(jì)一種大功率快速控制電源技術(shù)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)電流或電壓信號(hào)進(jìn)行快速的跟蹤與響應(yīng)，設(shè)計(jì)一種利用耦合電感抑制環(huán)路電流的新方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在受控聚變研究中，為了維持等離子體的穩(wěn)定性，需要對(duì)等離子體進(jìn)行快速跟蹤與有效控制。一種大功率、高性能的電能轉(zhuǎn)換技術(shù)可以將其產(chǎn)生的電流通過(guò)線圈與等離子體耦合進(jìn)行控制，逆變電源是其中重要的組成部分。逆變電源的發(fā)展和電力電子器件的發(fā)展息息相關(guān)，受限于現(xiàn)有的制造工藝，電力電子器件的功率處理能力和開(kāi)關(guān)頻率之間是存在矛盾的。功率越大時(shí)，功率器件的開(kāi)關(guān)頻率越低。而在大功率逆變器中，提高功率器件開(kāi)關(guān)頻率意味著降低系統(tǒng)諧波畸變率，但開(kāi)關(guān)頻率過(guò)高則導(dǎo)致器件開(kāi)關(guān)損耗增加且輸出電壓諧波增大，從而影響了輸出電能的質(zhì)量。如何在提高逆變裝置容量的同時(shí)改善其輸出電能的質(zhì)量，已成為現(xiàn)代逆變技術(shù)為解決應(yīng)用問(wèn)題而必須關(guān)注的重要發(fā)展方向之一。H橋級(jí)聯(lián)型多電平逆變技術(shù)結(jié)合載波移相PWM技術(shù)是在研究高壓大功率逆變器的容量與質(zhì)量問(wèn)題的過(guò)程中所取得的突破性成果，它將低壓器件成功應(yīng)用于高壓場(chǎng)合，并在較低的器件開(kāi)關(guān)頻率下得到了較高的等效開(kāi)關(guān)頻率，降低開(kāi)關(guān)損耗，提高輸出電壓和電流等級(jí)。
[0003]但是，逆變器的輸出端接在一起，共同為同一個(gè)負(fù)載供電即為逆變單元并聯(lián)，因各逆變單元自身性能差異、電路參數(shù)分散性、抗擾動(dòng)能力不同等因素，在逆變單元并聯(lián)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)個(gè)單元輸出電壓的幅值或相位不一致的情況，這必然會(huì)造成并聯(lián)的各逆變單元之間存在不均流與環(huán)路電流的問(wèn)題。如果在相互并聯(lián)的逆變單元之間流動(dòng)著較大的環(huán)流，這不僅會(huì)導(dǎo)致逆變單元并聯(lián)的失敗，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成逆變器損壞。因此，環(huán)路電流問(wèn)題是級(jí)聯(lián)逆變技術(shù)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。
[0004]目前得到廣泛應(yīng)用的逆變電源并聯(lián)控制方法可以分為電流跟蹤控制法、功率誤差控制法、串聯(lián)限流電感法和頻率電壓下垂特性控制法，其中外加限流電感是一種十分有效的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)環(huán)流抑制方法。但是用普通電感抑制環(huán)流時(shí)電感上會(huì)有一定的壓降，過(guò)大的直流偏置會(huì)導(dǎo)致電感的體積和質(zhì)量過(guò)大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種具有耦合電感的多電平逆變器，將相鄰兩條支路的電流通過(guò)耦合電感反向耦合，不僅提高了系統(tǒng)抑制環(huán)路電流的能力，而且解決了電感上壓降過(guò)大和直流偏置導(dǎo)致的電感體積和質(zhì)量過(guò)大的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明提供了一種具有耦合電感的多電平逆變器，包括N個(gè)逆變單元和N個(gè)耦合電感，第一耦合電感的一次側(cè)異名端連接第一逆變單元的輸出端，第一耦合電感的一次側(cè)同名端與第N耦合電感的二次側(cè)同名端連接;第二耦合電感的一次側(cè)異名端連接第二逆變單元的輸出端，第二耦合電感的一次側(cè)同名端與所述第一耦合電感的二次側(cè)同名端連接，……第i個(gè)耦合電感的一次側(cè)異名端連接第i個(gè)逆變單元的輸出端，第i+ι個(gè)耦合電感的一次側(cè)同名端與第i個(gè)耦合電感的二次側(cè)同名端連接，第i個(gè)耦合電感的二次側(cè)異名端均連接負(fù)載;N為大于等于2的正整數(shù)。
[0007]更進(jìn)一步的，所述的每個(gè)逆變單元的第一功率管、第二功率管、第三功率管和第四功率管均為絕緣柵雙極性晶體管IGBT;絕緣雙極性晶體管的內(nèi)部具有反并聯(lián)二極管D。
[0008]更進(jìn)一步的，所述的多電平逆變器，同一個(gè)逆變單元的左橋臂與右橋臂載波相位錯(cuò)開(kāi)180°;各逆變單元載波頻率相同、載波相位互相錯(cuò)開(kāi)VN;各單相H橋逆變單元的調(diào)制波相同，這樣能夠輸出多電平從而減弱輸出波形中的諧波。
[0009]本發(fā)明實(shí)施例提供的一種具有耦合電感的多電平級(jí)聯(lián)逆變器中，第k條支路的電流通過(guò)耦合電感k與第k+Ι條支路的電流反向耦合，特別地，第N條支路的電流通過(guò)耦合電感N與第一條支路的電流反向耦合。這樣，每?jī)蓷l支路之間的電流都有耦合關(guān)系，耦合電感以循環(huán)對(duì)稱的形式連接。
[0010]更進(jìn)一步的，相鄰兩條支路的電流通過(guò)同一個(gè)耦合電感進(jìn)行反向耦合，兩條支路的電流在耦合電感的磁芯中產(chǎn)生的磁通相互抵消，磁芯不會(huì)因?yàn)橹冯娏髦械闹绷鞒煞侄柡停詈想姼械拇判疽膊粫?huì)因?yàn)橹绷髌枚枰^大的體積與質(zhì)量。
[0011]更進(jìn)一步的，相鄰兩條支路的電流通過(guò)同一個(gè)耦合電感進(jìn)行反向耦合，兩條支路之間的電流的差值即為環(huán)路電流，該電流差值將會(huì)在耦合電感的磁芯中產(chǎn)生磁通，受到耦合電感的互感的抑制，也就是環(huán)路電流得到了抑制。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:(I)具有耦合電感的多電平逆變器具有能夠得到比外加普通電感更好的均流效果；(2)該電路所要求的電感的磁芯的質(zhì)量與體積較小，能夠節(jié)省材料與空間；(3)耦合電感上的電壓降主要取決于其漏感，當(dāng)漏感較小時(shí)，其壓降很小，提高了逆變器直流側(cè)電壓的利用率。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明中的整流逆變單元結(jié)構(gòu)；
[0014]圖2是本發(fā)明中具有耦合電感的多電平逆變器
[0015]圖3是本發(fā)明的具體實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)；
[0016]圖4(a)是本發(fā)明的具體實(shí)施例的輸出電流波形圖；
[0017]圖4(b)是本發(fā)明的具體實(shí)施例的輸出電壓波形圖；
[0018]圖5(a)是本發(fā)明的具體實(shí)施例的各支路電流波形圖；
[0019]圖5(b)是本發(fā)明的具體實(shí)施例的各支路環(huán)路電流波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0021]本發(fā)明提供的一種具有耦合電感的多電平逆變器并聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由N個(gè)逆變單元和對(duì)應(yīng)的N個(gè)耦合電感組成:同一個(gè)逆變單元的左橋臂側(cè)的上橋臂是第一功率開(kāi)關(guān)管，同一個(gè)單相H橋逆變單元的左橋臂側(cè)的下橋臂是第二功率開(kāi)關(guān)管，同一個(gè)單相H橋單元的右橋臂側(cè)的上橋臂是第三功率開(kāi)關(guān)管，同一個(gè)單相H橋單元的右橋臂的下橋臂是第四功率開(kāi)關(guān)管，第一功率管的集電極與電源正極相連，耦合電感原邊繞組LI異名端與第一功率管的發(fā)射極相連;耦合電感原邊繞組同名端與前一個(gè)耦合電感的副邊同名端相連，所有耦合電感的副邊異名端組成公共端，與負(fù)載的一段相連;所有的單相H橋逆變單元的第四功率管的集電極組成公共端，與負(fù)載的另一端相連。
[0022]本發(fā)明在無(wú)需復(fù)雜的均流控制方法的條件下，可有效抑制各支路之間的環(huán)路電流，并且在相同并聯(lián)共模電感的條件下，具有差模均流電感大、均流