[发明专利]一种三电平组合容错逆变电路

摘要

公开一种三电平组合容错逆变电路，包括三相桥臂容错模块和变压器容错模块。利用变压器在逆变电路正常工作时对三相输出电压波形进行优化；故障后，将故障桥臂切除，可利用桥臂部分结构实现单臂、双臂、以及三臂故障容错；可利用变压器将两相电压合成三相进行输出，实现单相容错保证电路正常工作。三相电平逆变电路容错拓扑具有良好的容错功能，且控制与拓扑结构简单，易于实现。

主权项

1.一种三电平组合容错逆变电路，包括用于实现某一相或多相桥臂单管或多管故障的容错功能的三相桥臂容错模块，和在某一相整个桥臂出现故障后，由剩余两相电路实现输出三相电压的输出功能的变压器容错模块，其中三相桥臂容错模块分为4个桥臂，第一桥臂为中位点调节桥臂，由自上而下的四个功率管S1、S2、S3、S4和它们及其各自的反并联二极管、以及钳位电容C组成；每个功率管的集电极接反并联二极管的负极，发射级接反并联二极管的正极，形成一个功率管单元，因此，自上而下共形成相串联的四个功率管单元：功率管S1单元、S2单元、S3单元和S4单元；其中，由上至下，功率管S1的集电极与电源正极相连，功率管S1的发射机与功率管S2的集电极相连，功率管S2的发射级与功率管S3的集电极相连，功率管S3的发射级与功率管S4的集电极相连，功率管S4的发射级接地；并且，钳位电容C的“+”端与功率管S1的发射级连接，钳位电容C的“‑”端与功率管S3的发射级连接；将功率管S2的发射级与功率管S3的集电极之间的连接点，以下将这样的连接点称为两个功率管的“中点”，定义为点0；三相桥臂容错模块中剩下的三个桥臂分别为三相输出桥臂，其中，A相桥臂自上而下由功率管Sa1、Sa4、SA1、SA4以及它们各自的反并联二极管组成，共形成自上而下的四个功率管单元：功率管Sa1单元、Sa4单元、SA1单元、SA4单元，四个功率管单元的连接方式与上述中位点调节桥臂的连接方式完全相同；将相串联的功率管Sa1单元和功率管Sa4单元称为A相桥臂的上桥臂，将相串联的功率管单元SA1和功率管SA4单元称为A相桥臂的下桥臂；a点为上桥臂功率管Sa1、Sa4的中点，A点为下桥臂功率管SA1、SA4的中点；作为上桥臂的延伸，滤波电感La、滤波电阻Ra相串联，在滤波电阻Ra后并联了一个滤波电容Ca；并且，滤波电感La的正端与a点相连，负端与滤波电阻Ra相连，滤波电阻Ra的另一端与滤波电容Ca的正端相连，将滤波电容Ca的负端定义为点O1；作为下桥臂的延伸，滤波电感LA、滤波电阻RA相串联，在滤波电阻RA后并联了一个滤波电容CA；其中滤波电感LA的正端与A点相连，负端与滤波电阻RA相连，滤波电阻RA的另一端与滤波电容CA的正端相连，将滤波电感CA的负端定义为点O2；三相输出桥臂结构相同；由于三相桥臂结构相同，所以在B、C两相的上桥臂中分别有滤波电感Lb、Lc，滤波电阻Rb、Rc，以及滤波电容Cb、Cc，所有滤波电容Ca、Cb、Cc的“‑”端均连接于O1点；在B、C两相的下桥臂中分别有滤波电感LB、LC，滤波电阻RB、RC，以及滤波电容CB、CC，三相下桥臂的滤波电容CA、CB、CC的“‑”端均连接于O2点；A相上桥臂滤波电阻Ra通过连接变压器模块与A相负载LoadA与下桥臂RA串联在一起构成回路；在三相桥臂容错模块中，定义U是A相上桥臂a点与O点之间的输出电压，UAg是A相下桥臂A点与接地点g之间的输出电压，Sa1‑Sa6、SA1‑SA6分别为上、下桥臂的6个功率开关管；三相输出电压分别由上下工作的两部分电路叠加；RX、LX、CX，X＝a，b，c，A，B，C，分别为各相桥臂的滤波电阻、滤波电感和滤波电容；为了描述简单起见，现将三相桥臂容错模块中的三相输出桥臂各自的上桥臂统称为电路上部三桥臂，三相输出桥臂各自的下桥臂统称为电路下部三桥臂；变压器容错模块为两组三相变压器，其中A相绕组副边有二组抽头，B相绕组有三组抽头，C相绕组有四组抽头；变压器容错模块的两个变压器结构相同，其中，对于与上桥臂相连的变压器而言，三相变压器的原边绕组由T1a、T1b、T1c三个绕组组成，三个绕组的“+”端分别与上桥臂a、b、c的滤波电阻输出端相连，三个绕组的“‑”端并在一起与O1点相连；变压器副边绕组众多，将依次说明，上桥臂变压器a相的副边绕组由三个抽头两组线圈组成，在三个抽头中第一个为“+”，最后一个为“‑”：b相的副边绕组由四个抽头三组线圈组成，在四个抽头中第一个为“+”，最后一个为“‑”；c相的副边绕组由五个抽头四组线圈组成，在四个抽头中第一个为“+”，最后一个为“‑”；与上桥臂变压器不同的是下桥臂变压器副边抽头的正负极方向与之相反，均是第一个为“‑”最后一个为“+”，其余构成均相同；上下桥臂变压器副边通过该相的负载连接起来构成回路。