[发明专利]一种高转换效率DC-AC逆变器及逆变方法

说明书

本发明公开了一种高转换效率DC‑AC逆变器及逆变方法，两级式混合型逆变器包含两个低损耗高频功率开关器件和六个普通低频功率开关器件，两个高频功率开关器件构成前级，六个低频功率开关器件构成后级。调制时，本发明在混合型逆变器拓扑结构基础上改进传统空间矢量调制策略中零电压矢量的生成方式和时序，采用前级高频器件控制母线电压为零生成零电压矢量，同时为低频器件提供零电压开关条件，并结合后级换相调制，实现较高质量正弦波交流电压输出。本发明中的方法能够同时实现获取更高的电流控制精度和提高系统工作效率，具有一定的应用价值。

技术领域

本发明涉及电力传动技术领域，尤其涉及一种高转换效率DC-AC逆变器及逆变方法。

背景技术

在DC-AC逆变器的工作过程中，由于逆变器的损耗发热，限制了逆变器开关频率，增大了输出电流纹波，降低了系统效率，限制了其在高频大功率工作场合的应用，对逆变器交直流两侧和系统均产生不利影响：

1.对于交流侧，逆变器损耗限制了其开关频率，进而增大输出电流纹波，危害负载的安全稳定运行。以电机负载为例，逆变器效率低，输出电流纹波大，增大了电机转矩脉动、运行噪声、轴承损伤和整体损耗，加快温升，缩短电机的使用寿命，严重时电机定、转子损耗过大，电机发热严重，对电机造成不可逆损伤；

2.对于直流侧，逆变器的低效率、高损耗影响了直流电源的利用率，增大了母线电流谐波，危害直流电源；

3.对于系统而言，逆变器作为其中重要的组成部分，影响着系统工作性能和效率，因此提高逆变器转换效率对我国工业绿色节能发展重大。

目前提高DC-AC逆变器转换效率的研究方案有改进逆变器调制算法、升级逆变器功率器件、改进逆变器拓扑结构等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的缺陷，提供一种高转换效率DC-AC逆变器及逆变方法，降低逆变器损耗、提高转换效率。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种高转换效率DC-AC逆变器，包含两个高频开关管和六个低频开关管；所述两个高频开关管串联构成前级桥臂，所述六个低频开关管每两个一组串联构成三个后级桥臂，三个后级桥臂并联构成后级全桥逆变单元，前级桥臂的中点、负端分别和后级全桥逆变单元的正端、负端对应相连，三个后级桥臂的中点作为三相输出端。

本发明还公开了一种该高转换效率DC-AC逆变器的逆变方法，包含如下步骤：

步骤1)，确定参考电压矢量所在扇区和所需施加的基本电压矢量；

步骤2)，基于伏秒平衡关系计算出所需施加的基本电压矢量的作用时间、以及在驱动传统三相全桥逆变器时传统三相全桥逆变器各开关管的开通关断时间；

步骤3)，根据零电压矢量的数量和对称性确定插入零电压矢量的位置；

步骤4)，令后级全桥逆变单元中的低频开关管和传统三相全桥逆变器中的开关管一一对应；

比较步骤2)传统三相全桥逆变器中三个桥臂上管的开通时间，得到开通时间最长的桥臂上管A、开通时间最短的桥臂上管B和开通时间居中的桥臂上管C；

使后级全桥逆变单元桥臂上管中对应A的低频开关管常开、对应B的低频开关管常断、对应C的低频开关管的开通时间为第二个有效电压矢量作用时间和部分零电压矢量作用时间之和，所述部分零电压矢量作用时间为第二个有效电压矢量作用期间插入的零电压矢量作用时间加上第一、第二有效电压矢量之间的零电压矢量作用时间的一半；

使前级桥臂的上管在零电压矢量作用期间关断、在有效电压矢量作用期间开通，且前级桥臂、三个后级桥臂的下管均与上管互补导通；

步骤5)，重复步骤1)至步骤4)，使得逆变器合成电压跟随给定参考电压。