[实用新型]一种单级耦合电感ZETA电抗源逆变器

说明书

技术领域：

本实用新型属于直流与交流逆变设备技术领域，涉及一种新型高升压增益直流-交流逆变器，特别是一种单级耦合电感ZETA电抗源逆变器。

背景技术：

目前，可再生能源和新能源的发展迫切需要高效节能的电能转换电路以充分利用来之不易的能量。分布式发电系统作为电网的有益补充，在边远地区和环境特殊的地域具有十分明显的优势。光伏模块和燃料电池的电压等级对系统影响较大，高电压需多个模块的串联，这会极大增加系统的成本及故障率。在现有技术中，传统的两级电路解决方案虽能实现升压及并网功能，但亦会造成电路结构复杂，效率低等问题。Z源逆变电路(ZSI)作为一种单级逆变电路可以代替传统的两级电路来实现升压及并网功能，大大简化了电路结构，增强了逆变电路的安全性。但Z源逆变电路独特升压原理限制了该电路的升压能力，获得高电压增益必然降低逆变电器的调制因子，在一定程度上限制了其应用范围。为解决该问题，可通过引入开关电容提升ZSI的升压能力，获得较高升压比，但这样会造成电路结构复杂，增加样机重量和体积，并同时会带来漏感的相应增加，降低逆变器功率密度，限制了其应用场合。因此，寻求一种结构简单，功率密度高，适用于高升压场合的逆变电路装置已成为本领域研发人员正在探讨的技术任务,为了做到上述设想，申请者已取得国家自然科学基金的资助项目(51477079)和山东省自然科学基金的(ZR2013EEM020)项目，以期达到预期的设想。

发明内容：

本实用新型的发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种新型结构的高升压增益单级耦合电感ZETA电抗源逆变器，用于直流和交流电之间的逆变场合，能够克服传统单级可升压逆变电路升压能力不足的缺点，在调制因子较大时，能够得到较大的升压能力，在电路所用元器件较少条件下，实现较高的功率密度并降低成本和故障率。

为了实现上述目的，本实用新型的主体结构包括直流电源V_g、由第一绕组L₁和第二绕组L₂组成的耦合电感(第一绕组L₁与第二绕组L₂的匝数比为N_P：N_S，为具体表示耦合电感的模型，在图1中标记出耦合电感的第一绕组L₁和第二绕组L₂的漏感分别为L_1k、L_2k及励磁电感为L_m)、电容器C、功率开关管S₇和由功率开关管S₁～S₆及二极管D₁～D₆组成的三相电压型桥式逆变电路单元；耦合电感的第一绕组L₁与第二绕组L₂互为同名端，功率开关管S₇一端与直流电源V_g的正极相连，另一端与耦合电感的第一绕组L₁相连，耦合电感的两个绕组L₁和L₂的公共端与电源V_g负极相连；三相电压型桥式逆变电路单元由六个带反并联二极管D₁～D₆的功率开关管S₁～S₆连接组成，各二极管与各功率开关管的标号为一一对应并联结构，功率开关管S₁～S₆选用绝缘栅双极性晶体管(IGBT)或电力场效应晶体管(MOSFET)，功率开关管S₁与功率开关管S₄相连，并在其公共端引出一组桥臂作为三相电压式桥型逆变电路单元的一相输出端；功率开关管S₂与S₅和功率开关管S₃与S₆分别相连并在公共端分别引出另外两组桥臂；功率开关管S₁的另一端与功率开关管S₂、S₃的另一端相连并接于电容器C的正极，功率开关管S₄的另一端与功率开关管S₅、S₆的另一端相连并接于耦合电感第一绕组L₁与第二绕组L₂的公共端；三相电压型桥式逆变电路单元的六个开关管S₁～S₆均接受外部设备提供的开关信号。