[发明专利]一种三相四线制三电平逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及电压转换技术领域，具体涉及一种三相四线制三电平逆变器。

背景技术

逆变器是指通过半导体功率开关器件的开通和关断作用，将直流电能转换为交流电能的一种变换器。近年来，三电平逆变器由于具有输出容量大、输出电压高、电流谐波含量小等优点，在高压大功率交流电机变频调速领域得到了广泛的应用。

由于受到功率器件容量、零线电流、电网负载平衡要求和用电负载的性质(如三相交流异步电动机等)的限制，单相逆变器容量一般较低，大容量的逆变器多采用三相形式。

现有的三相三电平逆变器拓扑的每一相拓扑单元主要有两类，分别是：1字型拓扑结构和T字型拓扑结构。

如图1所示，是现有技术中1字型拓扑结构的示意图。

在该1字型拓扑结构中，通过在直流正负母线电压之间串联两个容抗相等的电容(即图1中的电容C1和电容C2)来获得三个电平：正母线电平、两电容串联接点电平、负母线电平。单相半桥逆变器交流输出的一个接线端子从上述两串联电容的接点n引出，另一个交流输出端子从图中a点引出。

每相拓扑单元的工作过程如下：

当半导体开关管T1、T2导通，半导体开关管T3、T4、二极管D3、D4、D5、D6截止时，输出节点a的电平等于正母线电平。输出侧电流从a点流出到电感L1时，二极管D1、D2截止，电流回路为T1-T2-L1-V_G-L2-C1-T1；输出侧电流从L1流进a点时，二极管D1、D2导通，电流回路为D2-D1-C1-L2-V_G-L1-D2。

当半导体开关管T2、T3导通，半导体开关管T1、T4、二极管D1、D2、D3、D4截止时，输出节点a的电平等于两电容串联接点电平。输出侧电流从a点流出到L1时，二极管D5导通，二极管D6截止，电流回路为D5-T2-L1-V_G-L2-D5；输出侧电流从L1流进a点时，二极管D6导通，二极管D5截止，电流回路为T3-D6-L2-V_G-L1-T3。

当半导体开关管T3、T4导通，半导体开关管T1、T2、二极管D1、D2、D5、D6截止时，输出节点a的电平等于负母线电平。输出侧电流从a点流出到L1时，二极管D3、D4导通，电流回路为D4-D3-L1-V_G-L2-C2-D4；输出侧电流从L1流进a点时，二极管D3、D4截止，电流回路为T3-T4-C2-L2-V_G-L1-T3。

由上述工作过程可知，1字型三电平逆变器的四组半导体开关管(T1和D1，T2和D2，T3和D3，T4和D4)承受的最大电压为直流总输入电压的一半，因此，可以选择额定电压较小的半导体开关管进而减小其开关损耗。但在该拓扑中，需要两个箝位二极管D5、D6，增加了器件个数和其损耗，同时还增加了半导体开关管T2、T3的通态损耗。

如图2所示，是现有技术中T字型拓扑结构的示意图。

在该T字型拓扑结构中，通过在直流正负母线电压之间串联两个容抗相等的电容(即图2中的电容C1和电容C2)来获得三个电平：正母线电平，两电容串联接点电平，负母线电平，单相半桥逆变器交流输出的一个接线端子从上述两串联电容的接点n引出，另一个交流输出端子从图中a点引出。

每相拓扑单元的工作过程如下：

当半导体开关管T1、T2导通，半导体开关管T3、T4、D2、D3、D4截止时，输出节点a的电平等于正母线电平。输出侧电流从a点流出到电感L1时，二极管D1截止，电流回路为T1-L1-V_G-L2-C1-T1；输出侧电流从电感L1流进a点时，二极管D1导通，电流回路为D1-C1-L2-V_G-L1-D1。

当半导体开关管T2、T3导通，半导体开关管T1、T4、D1、D4截止时，输出节点a的电平等于两电容串联接点电平。输出侧电流从a点流出到电感L1时，二极管D3导通，二极管D2截止，电流回路为T2-D3-L1-V_G-L2-T2；输出侧电流从电感L1流进a点时，二极管D2导通，二极管D3截止，电流回路为T3-D2-L2-V_G-L1-T3。