[发明专利]一种单相三电平逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术直流-交流变换器领域的一种逆变器，尤其是涉及一种单相三电平无变压器型逆变器。

背景技术

随着世界能源短缺和环境污染问题的日益严重，能源和环境已经成为二十一世纪人类所面临的最重大问题之一，清洁的可再生能源的发展和应用越来越受到世界各国的广泛关注。大量的可再生能源发出的都是直流电，需要通过逆变器把它变换成工频交流电才能大量应用。因此，逆变技术在可再生能源的开发和利用领域有着至关重要的作用。

逆变器是指通过半导体功率开关器件的开通和关断作用，把直流电能转换为交流电能的一种电力电子变换器。早期的逆变电路通常为方波电路，由于脉冲宽度调制(PWM)技术在电力电子中的成功应用，发展产生了兼具调压变频功能的PWM逆变电路。常见的采用PWM调制的逆变器电路拓扑包括全桥电路，半桥电路，半桥中点箝位电路以及各种多电平电路等。

按照输出电平的不同，可以将PWM逆变电路系统分为两电平电路、三电平电路以及多电平电路。两电平电路是指在PWM调制控制方式下，每个主电路开关周期内输出电压波形都会出现正负两种极性的电平，与传统的方波逆变或者移相调压全桥逆变电路相比，两电平逆变电路输出电压调节方便，输出谐波性能较好。三电平电路是指每个开关周期内逆变器输出电压只有零点平和一个正或负电平，与两电平电路相比，三电平逆变电路输出电压和电流谐波性能上表现更好，同时由于每个开关周期逆变输出电压的变化是两电平电路的一半，因此其输出滤波器的参数将明显减小，使整个电路装置的体积和重量也明显减小。多电平电路则主要应用于高压大功率场合，由于功率开关器件的电压阻断能力和电流输出能力有限，运用功率器件串并联扩容扩压等方式的多电平电路运用在高压大功率场合就比较适合。

根据逆变器应用场合和控制方式不同，可以将逆变器系统分为独立型逆变器和并网型逆变器；根据逆变器中变压器配置不同，可以将逆变器系统分为带工频变压器型逆变器，带高频变压器型逆变器和无变压器型逆变器。带工频变压器或高频变压器的逆变器均可以实现升压和隔离的功能，然而，带工频变压器型逆变器体积庞大，重量增加，价格较贵，系统安装不便；带高频变压器型逆变器虽然体积和重量大大减小，但这类逆变器系统往往由多级组成，导致系统结构复杂，系统效率降低。而无变压器型逆变器由于系统结构简单，效率高，体积小，成本低等优点，在世界范围内得到了快速的发展。

发明内容

本发明提供一种结构简单，能够在消除共模电流的同时，采用单极性脉冲宽度调制方式的无变压器型单相三电平逆变器。

本发明的一种单相三电平逆变器，包括输入电容，第一功率开关，第二功率开关，第三功率开关，第四功率开关，第五功率开关，第六功率开关，第一续流二极管，第二续流二极管以及滤波器；第一功率开关的漏极、第三功率开关的漏极、输入电容的正端与输入直流端的正极相连；第一功率开关的源极、第二功率开关的漏极、第一续流二极管的阳极、第二续流二极管的阴极与滤波器的第一输入端相连；第二功率开关的源极、第六功率开关的源极、输入电容的负端与输入直流端的负极相连；第三功率开关的源极、第一续流二极管的阴极与第四功率开关的漏极相连；第六功率开关的漏极、第二续流二极管的阳极与第五功率开关的源极相连；第四功率开关的源极、第五功率开关的漏极与滤波器的第二输入端相连。

所述的第一功率开关由第一开关晶体管和第一反并二极管并联组成，第二功率开关由第二开关晶体管和第二反并二极管并联组成，第三功率开关由第三开关晶体管和第三反并二极管并联组成，第四功率开关由第四开关晶体管和第四反并二极管并联组成，第五功率开关由第五开关晶体管和第五反并二极管并联组成，第六功率开关由第六开关晶体管和第六反并二极管并联组成；开关晶体管与反并二极管的并联方式为：开关晶体管的漏极或集电极与反并二极管的阴极相连构成功率开关的漏极，开关晶体管的源极或发射极与反并二极管的阳极相连构成功率开关的源极。

所述的续流二极管为独立二极管，或为自带反并二极管的开关晶体管。

所述的输入电容为一个电容或由多个电容串并联构成的电容组合。

所述的滤波器是单电感型滤波器、电感-电容型滤波器或电感-电容-电感型滤波器。

所述的开关晶体管为高压金属氧化物硅场效应晶体管或者绝缘双极晶体管。

所述的反并二极管为独立二极管或开关晶体管内部自带的二极管。

本发明的逆变器的调制方式有以下两种，单极性脉冲宽度调制方式1和单极性脉冲宽度调制方式2。