[发明专利]一种三电平电力电子变压器电路结构

说明书

技术领域

本发明属于电力电子变换器技术领域，涉及一种三电平电力电子变压器电路结构。

背景技术

电力电子变压器是应用功率半导体器件将某一频率、幅值的交流电能转换为同一或另一频率、幅值的交流电能，将其应用到供电系统中，既可以改善电能质量又能提高系统稳定性，目前广泛应用于国防、工业、电网及日常生活中。

迄今为止，国内外电力电子技术人员对于电力电子变压器的研究主要集中在非电气隔离式、低频(50KHz以下)和两电平高频电气隔离式电力电子变压器，如Buck型电力电子变压器、AC-AC变换型电力电子变压器、单相反激型AC-AC电力电子变压器等，它们虽然各具优点，但是缺点也相当明显：前者输入没有滤波器，无法抑制输入电流谐波，中间无电气隔离环节，系统稳定性较差，而且无法实现变频；后两者虽然实现了高频电气隔离，但包含器件较多、结构复杂，开关管的电压应力高，无法应用于高电压大功率场合。而对于多电平电力电子变压器的研究则非常少，目前所研究的隔离式三电平电力电子变压器结构只是减少了开关管电压应力，而变压器副边没有真正实现三电平，且电路电路结构局限于过多的二极管和开关管组成的桥式三电平电路结构，这种电路结构存在桥壁直通现象，大大降低了系统稳定性。

发明内容

本发明提出了一种三电平电力电子变压器电路结构，解决以下技术问题：(1)开关管的电压应力降低为两电平时的一半；(2)变压器副边实现三电平；(3)实现高频电气隔离；(4)电路结构不存在桥壁直通问题。

为了实现上述目的，本发明提出了一种三电平电力电子变压器电路结构，其具有高频电气隔离、输出电压频率幅值可调、开关管电压应力低、双向功率流、变压器副边三电平等优点。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种三电平电力电子变压器电路结构，其特征在于，包括输入交流电源(u_i)、LC滤波器(1)、三电平变换单元(2)以及输出交流电源(uo)；

输入交流电源(u_i)经过LC滤波器(1)滤波处理正弦中间电平，正弦中间电平再经过三电平变换单元(2)两端间交替输出电压频率相位均相同但幅值不同的两种电平，这两种电平经输出滤波后即得到稳定可调的正弦输出交流电源(uo)；

LC滤波器(1)由输入滤波电感(Li)和输入滤波电容(C_i)组成，输入滤波电感(Li)的“+”端连接(u_i)的“+”端，输入滤波电感(Li)的“-”端连接电容(C_i)的一端；(C_i)的另 一端(u_i)的“-”端相连；

三电平变换单元(2)包括储能电感(L₁)，第一隔直电容(C_t1)、第二隔直电容(C_t2)，推挽全波式变压器(T)，第一输出滤波电容(C_f1)、第二输出滤波电容(C_f2)，第一双向功率开关管(S₁)、第二双向功率开关管(S₂)、第三双向功率开关管(S₃)、第四双向功率开关管(S₄)，

推挽全波式变压器(T)包括四个绕组，1端与3端间为原边绕组上下两端、2端与4端为副边绕组上下两端，5端为原边绕组一侧的中心抽头，6端为副边绕组一侧的中心抽头，

储能电感(L₁)的“+”端连接(L₁)的“-”端，储能电感(L₁)的“-”端连接第一双向功率开关管(S₁)输入端a，同时连接第一隔直电容(C_t1)的一端，第一隔直电容(C_t1)的另一端连接变压器(T)的1端；第一双向功率开关管(S₁)的输出端b连接第二双向功率开关管(S₂)的输入端c，同时连接变压器(T)的5端；

第二双向功率开关管(S₂)输出端d连接(u_i)的“-”端，同时连接第二隔直电容(C_t2)的一端；第二隔直电容(C_t2)的另一端连接变压器(T)的3端；