[发明专利]单抽头电感Z源逆变器

权利要求书

1.单抽头电感Z源逆变器，它包括三相逆变器(1)和输出滤波器(2)，其特征在于，它还包括单抽头电感Z源网络(3)，直流电源输出端连接单抽头电感Z源网络(3)的输入端，单抽头电感Z源网络(3)的输出端连接三相逆变器(1)的输入端，三相逆变器(1)的输出端连接输出滤波器(2)的输入端，输出滤波器(2)的输出端输出电压为负载供电；

所述单抽头电感Z源网络(3)包括电容C、抽头电感L、二极管D1、二极管D2、二极管D3和绝缘栅双极型晶体管S1；

直流电源的正极输出端连接抽头电感L的正极端，抽头电感L的中心抽头连接二极管D1的阳极，抽头电感L的负极端连接二极管D3的阳极，二极管D1的阴极同时连接三相逆变器(1)的正极输入端、二极管D3的阴极、二极管D2的阳极和绝缘栅双极型晶体管的发射极，绝缘栅双极型晶体管的集电极同时连接二极管D2的阴极和电容C的一端，电容C的另一端同时连接直流电源的负极输出端和三相逆变器(1)的负极输入端。

2.根据权利要求1所述的单抽头电感Z源逆变器，其特征在于，该单抽头电感Z源逆变器的升压控制模式的调制方法为：

设置单抽头电感Z源逆变器包括两种状态：

状态一、直通状态：关断绝缘栅双极型晶体管S1，使三相逆变器(1)的上、下桥臂直通，此时单抽头电感Z源网络(3)与三相逆变器(1)断开连接；

状态二、非直通状态：使三相逆变器(1)处于正常工作状态，开通绝缘栅双极型晶体管S1，此时单抽头电感Z源网络(3)与三相逆变器(1)同时为负载提供能量；

设定在一个开关周期T中，状态一的持续时间为T₀，直通占空比为D，则由状态一的等效电路图获得：

U_L11＝U_d，U_i＝0(1)

其中：U_L11为抽头电感初级绕组两端电压，U_d是单抽头电感Z源网络(3)输入的直流电压，U_i为三相逆变器(1)的输入端电压；

设定在一个开关周期T中，状态二的持续时间为T₁，则由状态二的等效电路图获得：

U_L11+U_L12＝U_d-U_i，U_L12＝nU_L11(2)

其中：U_L12为抽头电感次级绕组两端电压，n为抽头电感初级与次级绕组的匝比；

根据式(2)能够得出：

UL11=Ud-Ui1+n---(3)]]>

根据一个开关周期T中，稳态下抽头电感初级绕组两端平均电压为0，式(1)和(3)能够得出：

T0Ud+T1Ud-Ui1+n=0---(4)]]>

从而得出，三相逆变器(1)输入电压U_i和单抽头电感Z源网络(3)输入的直流电压U_d关系为：

Ui=T0(1+n)+T1T1Ud---(5)]]>

则单抽头电感Z源逆变器的升压因子B表示为：

B=T0(1+n)+T1T1---(6)]]>

进而得到单抽头电感Z源逆变器的电压传输比G_v为：

Gv=UphUd/3=M·B---(7)]]>

其中：U_ph为三相逆变器(1)输出的相电压峰值，M为调制度；

根据状态一和状态二，升压因子与状态一和状态而的时间有关，因此，存在两种升压控制模式：

模式一：在状态二的情况下，抽头电感电流不存在断续情况，不存在U_L11＝0的情况，此升压模式为连续续升压模式；

模式二：在状态二的情况下，抽头电感电流存在断续情况，存在U_L11＝0的情况，此升压模式为断续升压模式；

两种升压模式的选择主要根据升压比、直通时间分配、负载电流的幅值与功率因数角来对电感值进行选取，关系如下：

在直通短路状态下有：

Ud=UL11=L11did1(t)dtid1(t)=UdL11ΔtIdsmax=UdL11T0---(8)]]>

其中：L₁₁为抽头电感初级电感值，i_d1(t)为直通状态电感充电电流瞬时值，I_dsmax为直通状态电感最大电流；

在非直通状态下有：

UL11=Ud-Ui1+n=L11did2(t)dtid2(t)=Ud-Ui(1+n)L11ΔtIdjmax=Ud-Ui(1+n)L11T1---(9)]]>

其中：i_d2(t)为非直通状态放电电感电流瞬时值，I_djmax为非直通状态电感最大电流；

假设充放电电流相等情况下，放电时间为T₁₁＝T-T₀，由式(8)和(9)可得：

T11=T0(1+n)B-1---(10)]]>

由式(10)可知，在一个载波周期内电流平均值I_av:

Iav=IdsmaxT0+T112T=UdT02(n+B)2L11T(B-1)---(11)]]>

当额定输出功率、直通时间、直流电压确定的情况下，根据式(6)计算的升压因子代入公式(11)计算得出的电感值，认为该电感值为电流连续升压模式下的电感临界值，此时处于连续升压模式；

当额定输出功率、直通时间、直流电压U_d、升压因子B确定的情况下，且升压因子大于根据式(6)计算得出的升压因子时，根据上述公式计算得出的电感值使电感电流存在断续产生的升压为断续升压模式。