[发明专利]一种能实现能量回馈的级联多电平逆变电路及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，特别涉及一种级联多电平逆变电路及其控制方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，高压变频器作为电力电子技术发展的主要成果之一，由于其功率因数高、效率高、精度高、调速范围宽，所以在国民经济的各个领域，如冶金、矿山、石化、电力等行业得到广泛的应用，并发挥着越来越重要的作用。

目前，市场上通用的高压变频器多属于单象限变频器，其主电路拓扑多采用基于不控整流电路的功率单元构成级联多电平逆变电路结构，传统级联型高压变频器的电路拓扑结构图如图1所示，基于不控整流电路的功率单元如图2所示。这些传统级联型高压变频器不能直接用于需要快速起、制动和频繁正、反转的调速系统，如高速电梯、矿用提升机、轧钢机、大型龙门刨床、卷绕机构张力系统及机床主轴驱动系统等，因为这种系统要求电动机四象限运行，当电动机减速、制动或者带位能性负载重物下放时，电动机处于再生发电状态。由于不控整流电路能量传输不可逆，产生的再生电能传输到直流侧滤波电容上，产生很高的泵升电压，若不及时释放，势必会引起变频器过压保护动作或造成主回路大功率器件的过压损坏。工程上对这种泵升能量多以热能或其它形式消耗掉，极大得浪费了能源，不符合当前的节能需求。

PWM整流电路具有动态响应快、直流侧电压范围可调的优点，其能够满足级联多电平能量双向流动的性能要求。将PWM整流器用于高压变频器的功率单元，能够实现单位功率因数整流运行，因此，高压变频器中实现多重化整流的移相变压器可以采用普通的工频变压器代替，这样在输入侧变压器的制作工艺上可以省去复杂的移相接线。但是PWM整流器控制电路需要检测交流侧电流和直流侧电压等信息量用来实现PWM整流控制算法，在检测和控制环节增加成本同时也给系统控制增加了复杂性，对系统可靠性也带来了不利影响 。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种能实现能量回馈的级联多电平逆变电路及其控制方法，该级联多电平逆变电路将基于三相不控整流电路的功率单元和基于三相PWM整流电路的功率单元结合起来。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一、一种能实现能量回馈的级联多电平逆变电路，由基于三相不控整流电路的功率单元和基于三相PWM整流电路的功率单元级联构成。

上述基于三相不控整流电路的功率单元由逆变电路、中间直压电路和三相不控整流电路并联构成，基于三相PWM整流电路的功率单元由逆变电路、中间直压电路和三相PWM整流电路并联构成，其中：

逆变电路均是绝缘栅双极型晶体管构成的单相H型桥式电路；

中间直压电路均为一直流电容；

三相不控整流电路由二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6构成，二极管D1、D3、D5共阴极，其阳极分别与三相电源的三相相接，二极管D4、D6、D2共阳极，其阴极分别与三相电源的三相相接；

三相PWM整流电路由绝缘栅双极型晶体管T1、T2、T3、T4、T5、T6构成，绝缘栅双极型晶体管T1、T3、T5共集电极，其发射极分别与三相电源的三相相接，绝缘栅双极型晶体管T4、T6、T2共发射极，其集电极分别与三相电源的三相相接。

二、一种能实现能量回馈的级联多电平逆变电路的控制方法，通过控制基于三相不控整流电路的功率单元的单相H型桥式电路的绝缘栅双极型晶体管开通使负载回馈能量不流入该功率单元的中间直压电路的直流电容，而是直接流入基于三相PWM整流电路的功率单元的中间直压电路的直流电容，同时控制采用绝缘栅双极型晶体管的三相PWM整流电路工作在逆变状态实现负载能量回馈电网，以实现电动机负荷的四象限运行。

 

    与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

1、本发明电路将基于三相PWM整流电路的功率单元和基于三相不控整流电路的功率单元级联，与基于三相不控整流电路的功率单元级联多电平逆变电路相比，本发明电路能实现负载能量回馈电网，以达到节能效果，将本发明电路用于高压变频器不仅能满足电动机四象限运行的要求，还能使移相变压器设计要求更为简化；

2、与基于三相PWM整流电路的功率单元级联多电平逆变电路相比，本发明电路在一定程度上简化了功率单元系统拓扑结构与控制环节的复杂性，而且减少了绝缘栅双极型晶体管的使用数量，从而降低了造价成本，具有很高的经济价值。

附图说明

图1为传统级联型高压变频器的拓扑结构图；

图2为基于三相不控整流电路的功率单元主电路图；