[发明专利]一种双T型四电平逆变单元及其应用电路和调制方法

摘要

本发明公开了一种双T型四电平逆变单元及其应用电路和调制方法。一种双T型四电平逆变单元主要分为共发射极双T型四电平逆变单元、共集电极双T型四电平逆变单元。单相四电平逆变电路和三相双T型四电平逆变电路主要由共集电极双T型四电平逆变单元构成。单相四电平逆变电路的调制方法主要包括两种。三相四电平逆变电路的调制方法主要有一种。本发明涉及到的双T型四电平逆变单元及其应用电路拓扑，其输出电压电平数增加，有利于减小输出电压谐波畸变率。

主权项

1.一种共集电极双T型四电平逆变单元构成的单相四电平逆变电路的调制方法，其特征在于，共集电极双T型四电平逆变单元构成的单相四电平逆变电路主要包括一个所述共集电极双T型四电平逆变单元、开关管S_II7、开关管S_II8和电阻R；单相四电平逆变电路结构主要如下所示：共集电极双T型四电平逆变单元的电路结构如下：电源U_in2正极所在的一端记为G端，负极所在的一端记为H端；所述G端依次串联电容C_II1、电容C_II2和电容C_II3后串联所述H端；所述G端串联电容C_II1后连接开关管S_II1的集电极；所述开关管S_II1的基极悬空；所述开关管S_II1的发射极串联开关管S_II2的集电极；所述开关管S_II1的发射极串联开关管S_II3的发射极；所述开关管S_II2的基极悬空；所述开关管S_II2的发射极串联电容C_II3与电容C_II2相连的一端；所述开关管S_II3的基极悬空；所述开关管S_II3的集电极串联开关管S_II4的集电极；所述开关管S_II4的基极悬空；所述开关管S_II4的发射极串联开关管S_II5的发射极；所述开关管S_II4的发射极串联开关管S_II6的集电极；所述开关管S_II1、所述开关管S_II2、所述开关管S_II3和所述开关管S_II4构成一个T型网络；所述开关管S_II5的发射极串联开关管S_II6的集电极；所述开关管S_II5的基极悬空；所述开关管S_II5的集电极串联电容C_II1；所述开关管S_II5的集电极串联G端；所述开关管S_II6的基极悬空；所述开关管S_II6的发射极串联电容C_II3；所述开关管S_II6的发射极串联H端；所述开关管S_II3、所述开关管S_II4、所述开关管S_II5和所述开关管S_II6构成一个T型网络所述共集电极双T型四电平逆变单元的所述开关管S_II5集电极串联所述开关管S_II7的集电极；所述开关管S_II7的基极悬空；所述开关管S_II7的发射极串联开关管S_II8的集电极；所述开关管S_II7的集电极串联所述共集电极双T型四电平逆变单元的电容C_II1；所述开关管S_II7的集电极串联所述共集电极双T型四电平逆变单元的G端；所述开关管S_II8的基极悬空；所述开关管S_II8的发射极串联所述共集电极双T型四电平逆变单元的电容C_II3；所述开关管S_II8的发射极串联所述共集电极双T型四电平逆变单元的H端；所述共集电极双T型四电平逆变单元中所述开关管S_II4发射极、所述开关管S_II5发射极和所述开关管S_II6集电极交汇的一点记为J端；所述J端串联电阻R的一端；所述电阻R的另一端串联所述开关管S_II7的发射极；所述电阻R的另一端串联所述开关管S_II8的集电极；共集电极双T型四电平逆变单元构成的单相四电平逆变电路的调制方法主要有两种；第一种调制方法主要包括以下步骤：1）在逆变控制模块设定开关组合状态和输出电压；所述单相四电平逆变电路的开关管有8个工作模式；“1”代表闭合此开关；“0”代表关断此开关；第一工作模式为：所述开关管S_II1、所述开关管S_II2、所述开关管S_II3、所述开关管S_II4、所述开关管S_II5、所述开关管S_II6、所述开关管S_II7和所述开关管S_II8的开关状态为00001001；第一工作模式下所述单相四电平逆变电路的输出电压为U_in；第二工作模式为：所述开关管S_II1、所述开关管S_II2、所述开关管S_II3、所述开关管S_II4、所述开关管S_II5、所述开关管S_II6、所述开关管S_II7和所述开关管S_II8的开关状态为10110001；第二工作模式下所述单相四电平逆变电路的输出电压为2/3 U_in；第三工作模式为：所述开关管S_II1、所述开关管S_II2、所述开关管S_II3、所述开关管S_II4、所述开关管S_II5、所述开关管S_II6、所述开关管S_II7和所述开关管S_II8的开关状态为01110001；第三工作模式下所述单相四电平逆变电路的输出电压为1/3 U_in；第四工作模式为：所述开关管S_II1、所述开关管S_II2、所述开关管S_II3、所述开关管S_II4、所述开关管S_II5、所述开关管S_II6、所述开关管S_II7和所述开关管S_II8的开关状态为00000101；第四工作模式下所述单相四电平逆变电路的输出电压为0；第五工作模式为：所述开关管S_II1、所述开关管S_II2、所述开关管S_II3、所述开关管S_II4、所述开关管S_II5、所述开关管S_II6、所述开关管S_II7和所述开关管S_II8的开关状态为00001010；第五工作模式下所述单相四电平逆变电路的输出电压为0；第六工作模式为：所述开关管S_II1、所述开关管S_II2、所述开关管S_II3、所述开关管S_II4、所述开关管S_II5、所述开关管S_II6、所述开关管S_II7和所述开关管S_II8的开关状态为10110010；第六工作模式下所述单相四电平逆变电路的输出电压为‑1/3 U_in；第七工作模式为：所述开关管S_II1、所述开关管S_II2、所述开关管S_II3、所述开关管S_II4、所述开关管S_II5、所述开关管S_II6、所述开关管S_II7和所述开关管S_II8的开关状态为01110010；第七工作模式下所述单相四电平逆变电路的输出电压为‑2/3 U_in；第八工作模式为：所述开关管S_II1、所述开关管S_II2、所述开关管S_II3、所述开关管S_II4、所述开关管S_II5、所述开关管S_II6、所述开关管S_II7和所述开关管S_II8的开关状态为00000110；第八工作模式下所述单相四电平逆变电路的输出电压为‑U_in；2）逆变控制模块根据上位机给定的载波频率，产生载波频率为f_c、幅值为V_C且恒定的三层三角载波C（t）；第一层三角载波记为C₁（t）、第二层三角载波记为C₂（t）；第三层三角载波记为C₃（t）；3）逆变控制模块根据上位机给定的所述单相四电平逆变电路输出侧电压幅值和频率要求，产生恒定的调制波m₁（t），调制频率为f_m；      （1）4）逆变控制模块利用调制波同相层叠方法，将步骤3）得到的调制波和三角载波进行比较，产生八个开关信号；主要判断方法如下：当调制波m（t）大于0时，产生开关信号A；当调制波m（t）小于0时，产生开关信号；当调制波m₁（t）大于或等于所述第三层三角载波C₃（t）时，产生开关信号B；当调制波m₁（t）小于所述第三层三角载波C₃（t）时，产生开关信号；当调制波m₁（t）大于或等于所述第二层三角载波C₂（t）时，产生开关信号C；当调制波m₁（t）小于所述第二层三角载波C₂（t）时，产生开关信号；当调制波m₁（t）大于或等于所述第一层三角载波C₁（t）时，产生开关信号D；当调制波m₁（t）小于所述第一层三角载波C₁（t）时，产生开关信号；5）根据步骤4）中得到的开关信号选定开关管的工作模式；判断开关管S_II1、开关管S_II2、开关管S_II3、开关管S_II4、开关管S_II5、开关管S_II6、开关管S_II7和开关管S_II8的开关状态的方法如下式所示：                                      （2）6）根据公式（2），所述逆变控制模块将所述开关管的开关信号发送给各开关管并驱动开关管的开通和关断；7）重复执行步骤4）至步骤6），保证稳定的波形输出；第二种调制方法主要包括以下步骤：1）在逆变控制模块设定开关组合状态和输出电压；所述单相四电平逆变电路的开关管有8个工作模式；“1”代表闭合此开关；“0”代表关断此开关；第一工作模式为：所述开关管S_II1、所述开关管S_II2、所述开关管S_II3、所述开关管S_II4、所述开关管S_II5、所述开关管S_II6、所述开关管S_II7和所述开关管S_II8的开关状态为00001001；第一工作模式下所述单相四电平逆变电路的输出电压为U_in；第二工作模式为：所述开关管S_II1、所述开关管S_II2、所述开关管S_II3、所述开关管S_II4、所述开关管S_II5、所述开关管S_II6、所述开关管S_II7和所述开关管S_II8的开关状态为10110001；第二工作模式下所述单相四电平逆变电路的输出电压为2/3 U_in；第三工作模式为：所述开关管S_II1、所述开关管S_II2、所述开关管S_II3、所述开关管S_II4、所述开关管S_II5、所述开关管S_II6、所述开关管S_II7和所述开关管S_II8的开关状态为01110001；第三工作模式下所述单相四电平逆变电路的输出电压为1/3 U_in；第四工作模式为：所述开关管S_II1、所述开关管S_II2、所述开关管S_II3、所述开关管S_II4、所述开关管S_II5、所述开关管S_II6、所述开关管S_II7和所述开关管S_II8的开关状态为00000101；第四工作模式下所述单相四电平逆变电路的输出电压为0；第五工作模式为：所述开关管S_II1、所述开关管S_II2、所述开关管S_II3、所述开关管S_II4、所述开关管S_II5、所述开关管S_II6、所述开关管S_II7和所述开关管S_II8的开关状态为00001010；第五工作模式下所述单相四电平逆变电路的输出电压为0；第六工作模式为：所述开关管S_II1、所述开关管S_II2、所述开关管S_II3、所述开关管S_II4、所述开关管S_II5、所述开关管S_II6、所述开关管S_II7和所述开关管S_II8的开关状态为10110010；第六工作模式下所述单相四电平逆变电路的输出电压为‑1/3 U_in；第七工作模式为：所述开关管S_II1、所述开关管S_II2、所述开关管S_II3、所述开关管S_II4、所述开关管S_II5、所述开关管S_II6、所述开关管S_II7和所述开关管S_II8的开关状态为01110010；第七工作模式下所述单相四电平逆变电路的输出电压为‑2/3 U_in；第八工作模式为：所述开关管S_II1、所述开关管S_II2、所述开关管S_II3、所述开关管S_II4、所述开关管S_II5、所述开关管S_II6、所述开关管S_II7和所述开关管S_II8的开关状态为00000110；第八工作模式下所述单相四电平逆变电路的输出电压为‑U_in；2）逆变控制模块根据上位机给定的载波频率，产生所述第一层三角载波C₁（t）；3）逆变控制模块根据上位机给定的所述单相四电平逆变电路输出侧电压幅值和频率要求，产生频率均为f_m且恒定的调制波m（t）、m₁（t）、调制波m₂（t）和调制波m₃（t）；                                （3）4）逆变控制模块利用调制波同相层叠方法，将步骤3）得到的调制波m（t）、调制波m₁（t）、调制波m₂（t）和调制波m₃（t）分别和所述第一层三角载波C₁（t）进行比较，产生八个开关信号；主要判断方法如下：当调制波m（t）大于0时，产生开关信号A；当调制波m（t）小于0时，产生开关信号；当调制波m₁（t）大于或等于所述第一层三角载波C₁（t）时，产生开关信号D；当调制波m₁（t）小于所述第一层三角载波C₁（t）时，产生开关信号；当调制波m₂（t）大于或等于所述第一层三角载波C₁（t）时，产生开关信号C；当调制波m₂（t）小于所述第一层三角载波C₁（t）时，产生开关信号；当调制波m₃（t）大于或等于所述第一层三角载波C₁（t）时，产生开关信号B；当调制波m₃（t）小于所述第一层三角载波C₁（t）时，产生开关信号；5）根据步骤4）中得到的开关信号选定开关管的工作模式；判断开关管S_II1、开关管S_II2、开关管S_II3、开关管S_II4、开关管S_II5、开关管S_II6、开关管S_II7和开关管S_II8的开关状态的方法如下式所示：                                       （4）6）根据公式（4），所述逆变控制模块将所述开关管的开关信号发送给各开关管并驱动开关管的开通和关断；7）重复执行步骤4）至步骤6），保证稳定的波形输出。