[发明专利]单抽头电感Z源逆变器

说明书

技术领域

本发明属于逆变器技术领域。

背景技术

电压源逆变器作为交流供电电源广泛应用于交流电机驱动系统、UPS、感应加热系统、电池分布式交流电源、静态无功发生器等领域。传统的三相电压源逆变器，是通过逆变器将直流转化为交流对负载进行供电，但是由于传统逆变电源无法实现升压控制，其应用场合受到很多限制，并且为了防止桥臂直通造成器件损坏，需要设置死去时间，这样会影响输出波形质量，增加谐波含量。

为了解决上述问题提出了Z源逆变器，如图1所示，它具有输入电源灵活、不需要大容量储能元件、结构紧凑、体积小、效率高的特点，两路电感起到双级滤波和限流的作用，允许逆变桥桥臂开路和短路，并依靠其实现升降压功能，不仅保持了输出参考电压不变，还解决了死区问题，改善了输出电压质量。

然而，现有的Z源逆变器在理论上仍存在一定的局限性和不足：(1)升压能力受到直通时间的限制，直通时间过大会导致输出电压谐波含量增大；(2)无法实现共地；(3)直流电源输入电流断续；(4)对器件产生较大电压应力；(5)在启动时，直流电源会与Z源电容和反并联二极管构成通路，产生较大的谐振电流，导致器件损坏，因此应用范围受到限制。

发明内容

本发明目的是为了解决现有Z源逆变器直通时间受限导致升压能力较小、器件电压应力大、不共地以及启动时产生谐振电流的问题，提供了一种单抽头电感Z源逆变器。

本发明所述单抽头电感Z源逆变器，它包括三相逆变器和输出滤波器，它还包括单抽头电感Z源网络，直流电源输出端连接单抽头电感Z源网络的输入端，单抽头电感Z源网络的输出端连接三相逆变器的输入端，三相逆变器的输出端连接输出滤波器的输入端，输出滤波器的输出端输出电压为负载供电；

所述单抽头电感Z源网络包括电容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的负极输入端。

本发明的优点：

本发明将单抽头电感和单电容结合，形成新型的Z源网络，通过改变抽头电感的匝比可以实现较小的直通时间产生较大的电压增益，解决了共地问题，减小了电压应力，抑制了启动时产生的谐振电流，并通过使用绝缘栅双极晶体管实现三相逆变器输入电压的有源嵌位，实现了在直通时开关器件的准零电压、准零电流开通，减小了开关损耗。这些优点使单抽头电感Z源逆变器更适合应用在新能源供电系统。

本发明针对传统Z源逆变器的电流断续问题，提出两种升压模式，可通过电感值的选取实现电流连续升压模式和电流断续升压模式，在电流断续的情况下产生更高的升压能力，有效地结合了两种电流运行模式。

本发明在现有Z源逆变器主电路拓扑结构的基础上经过改进获得，它克服了传统Z源逆变器升压能力小、电压应力大以及启动时电流大的问题，并且增加有源箝位功能，减小了开关损耗，通过将两证电流运行模式相结合，可以利用各自的优点，将三相逆变器负极输出端与电源地相连，减小了电磁干扰，增加了电路的可靠性。

附图说明

图1是现有技术的Z源逆变器的拓扑结构图；

图2是本发明所述单抽头电感Z源逆变器的拓扑结构图；

图3是图2为直通状态时，单抽头电感Z源逆变器的等效电路图；

图4是图2为非直通状态时，单抽头电感Z源逆变器的等效电路图；

图5是本发明所述单抽头电感Z源逆变器电压空间矢量分布图；

图6是本发明所述单抽头电感Z源逆变器电压空间矢量的参考矢量合成图；

图7是在现有矢量控制基础上增加有源箝位的修改SVPWM控制开关状态示意图；

图8是仿真中连续模式下三相逆变器输入端电压U_i图；

图9是仿真中连续模式下电容C的电压图；

图10是仿真中放大50倍S1开关信号与S1集射电压图；

图11是仿真中连续模式下输出线电压U_ab图；

图12是仿真中连续模式下电源输出电流图；

图13是仿真中断续模式下三相逆变器输入电压U_i图；