[发明专利]一种利用电感均压的九电平逆变器

说明书

本发明提供一种利用电感均压的九电平逆变器，由九电平逆变部分、滤波部分和负载组成，九电平逆变部分由第一直流源、第二直流源、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管和一个反接耦合电抗器构成，滤波部分由输出滤波电抗器和输出滤波电容构成，利用反接耦合电抗器实现等效漏感均压。本发明提供目前已知所用元件总数最少的九电平逆变器，降低了成本；减小开关损耗，提升逆变器效率；逆变器逆变部分未使用开关电容，缩小体积，简化控制，使用反接耦合电抗器漏感进行均压，达到输出差模电压多电平化，反接耦合电抗器漏感等效叠加到输出电感上，提升输出电能质量。

技术领域

本发明涉及一种采用新型九电平拓扑结构来缩小逆变器体积、提高效率以及电能质量的技术，属于电力电子逆变领域。

背景技术

多电平逆变器在众多的逆变器类型中具有降低电压突变、提高波形质量、减小电磁干扰、降低功耗、对滤波器要求较少、高模块化等优点。因此，多电平逆变器已经在可再生能源集成，电网，高压直流输电，有源滤波器，电动车等领域得到广泛应用。传统的多电平拓扑结构主要有三种：级联H桥结构、中性点钳位结构和飞行电容拓扑结构。随着电压电平的增加，这些拓扑结构存在一些缺陷。如级联H桥结构、中性点钳位结构和飞行电容拓扑结构需要辅助平衡电路、电流和电压传感器或复杂的控制算法来保持中性点开关电容的电压平衡，还存在元件数量多等问题。

国外最新研究提出了一类开关电容多电平逆变器，能够有效减少多电平逆变器逆变部分的开关数量。然而，这类多电平逆变器需要使用较多的开关电容、独立的二极管等其它元件。其次，这类多电平逆变器输出电能质量受开关电容影响较大，开关电容的电位不平衡会导致差模电压电平发生畸变，导致输出电能质量下降。目前国外研究的12开关以下的九电平逆变器的开关频率与母线差模电压电平工作频率一致，开关频率高，元件数量多。因此，研制出一款元件数量少、开关频率低、电能质量高的九电平逆变器成为多电平逆变器技术领域的重要挑战。

发明内容

本发明提出了一种目前已知所用元件总数最少的九电平逆变器。本发明提出的九电平逆变器使用反接耦合电抗器的等效漏感进行均压，逆变部分不需要开关电容，不存在开关电容的电位不平衡问题，且漏感会等效到输出滤波电感上，增加输出滤波效果，因此本发明提出的九电平逆变器具有更高的电能质量。同时，本发明提出的九电平逆变器开关频率仅为母线差模电压电平工作频率的一半，相对相同开关数量水平的九电平逆变器，1/2的开关频率有效降低开关损耗。

本发明提供一种利用电感均压的九电平逆变器，由九电平逆变部分、滤波部分和负载组成，九电平逆变部分由第一直流源、第二直流源、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管和一个反接耦合电抗器构成，滤波部分由输出滤波电抗器和输出滤波电容构成，利用反接耦合电抗器实现等效漏感均压；

所述第一直流源正极与第一开关管、第三开关管、第五开关管的集电极相连，第一开关管的发射极与第二开关管的集电极相连，第三开关管的发射极与第四开关管的集电极相连，第五开关管的发射极与第六开关管的集电极相连，所述第一直流源负极与第二开关管、第四开关管、第六开关管的发射极相连；

所述第二直流源正极与第七开关管、第九开关管的集电极相连，第七开关管的发射极与第八开关管的集电极相连，第九开关管的发射极与第十开关管的集电极相连，所述第二直流源负极与第八开关管、第十开关管的发射极相连；

所述反接耦合电抗器左端的两个端口分别连接第一开关管的发射极以及第三开关管的发射极，所述反接耦合电抗器右端的两个端口短接并与输出滤波电抗器左端相连，所述输出滤波电抗器右端与所述输出滤波电容、负载上端相连，所述输出滤波电容、负载下端与所述第九开关管的发射极相连，第七开关管的发射极与所述第五开关管的发射极相连；

第五开关管与第六开关管在基频下工作。