[發(fā)明專利]Z源逆變器及其軟啟動(dòng)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810019291.3
• 申請(qǐng)日: 2008-01-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101267168A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 湯雨;謝少軍;張超華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M7/5387
• 分類號(hào): H02M7/5387
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 柏尚春

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明所涉及的Z源逆變器及其軟啟動(dòng)方法，屬于電力電子變換器。

二、背景技術(shù)

逆變器廣泛應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)，不間斷供電電源，感應(yīng)加熱，靜態(tài)無(wú)功發(fā)生器和補(bǔ)償器以及有源濾波等場(chǎng)合。傳統(tǒng)的逆變器電路拓?fù)浒妷涸茨孀兤骱碗娏髟茨孀兤鲀深悺?/p>

附圖1為電壓源逆變器主電路。該電路由直流電壓源和三相逆變橋所組成，逆變橋由6個(gè)功率開(kāi)關(guān)所組成，每個(gè)功率開(kāi)關(guān)各自并聯(lián)一個(gè)體二極管，以提供雙向電流流通和單向電壓阻斷能力。電壓源逆變器存在如下一些缺陷：1)輸出交流電壓低于直流母線電壓，因此電壓源逆變器本質(zhì)上是一個(gè)降壓型逆變器，為了實(shí)現(xiàn)升壓變換的功能，需要額外增加一級(jí)升壓變換電路，導(dǎo)致變換器整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜；2)同一個(gè)橋臂的上下兩個(gè)開(kāi)關(guān)管不能同時(shí)開(kāi)通，否則會(huì)導(dǎo)致輸入電壓源的短路，造成電路的損壞，由電磁干擾所導(dǎo)致的開(kāi)關(guān)管誤開(kāi)通同樣會(huì)損壞電路；3)同一個(gè)橋臂的上下兩個(gè)開(kāi)關(guān)管之間需要加入死區(qū)時(shí)間，但這會(huì)帶來(lái)輸出波形的畸變。

附圖2為電流源逆變器主電路。該電路由直流電流源和三相逆變橋所組成，逆變橋由6個(gè)功率開(kāi)關(guān)所組成，每個(gè)功率開(kāi)關(guān)各自串聯(lián)一個(gè)二極管，以提供單向電流流通和雙向電壓阻斷能力。電流源逆變器存在如下一些缺陷：1)輸出交流電壓高于直流母線電壓，因此電壓源逆變器本質(zhì)上是一個(gè)升壓型逆變器，為了實(shí)現(xiàn)降壓變換的功能，需要額外增加一級(jí)降壓變換電路，導(dǎo)致變換器整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜；2)任何時(shí)刻橋臂上端的三個(gè)開(kāi)關(guān)管至少要有一個(gè)開(kāi)通，同時(shí)下端的開(kāi)關(guān)管也至少要有一個(gè)開(kāi)通，否則會(huì)導(dǎo)致輸入電流源的開(kāi)路，造成電路的損壞，由電磁干擾所導(dǎo)致的開(kāi)關(guān)管誤關(guān)斷同樣會(huì)損壞電路；3)開(kāi)關(guān)管切換時(shí)必須加入換流重疊時(shí)間，但這會(huì)帶來(lái)輸出波形的畸變。

為了解決電壓源逆變器和電流源逆變器存在的上述問(wèn)題，文獻(xiàn)(F.Z.Peng，“Z-sourceInverter，”IEEE?Trans.on?Industry?Applications，vol.39，no.2，pp.504-510，March/April，2003.)提出了Z源逆變器的概念，通過(guò)引入一個(gè)Z源網(wǎng)絡(luò)將逆變器主電路與電源耦合起來(lái)。附圖3為傳統(tǒng)Z源逆變器主電路，與電壓源和電流源逆變器相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：1)能夠提供升降壓變換的功能；2)同一個(gè)逆變橋臂的上下開(kāi)關(guān)管可以直通，因此電磁干擾所造成的開(kāi)關(guān)管誤開(kāi)通不會(huì)對(duì)電路造成損壞；3)同一個(gè)橋臂的上下兩個(gè)開(kāi)關(guān)管之間不需要加入死區(qū)時(shí)間，不會(huì)帶來(lái)輸出波形的畸變。但傳統(tǒng)Z源逆變器同樣存在如下缺點(diǎn)：1)Z源網(wǎng)絡(luò)中電容電壓不小于輸入電壓，這導(dǎo)致其電壓應(yīng)力大，需要選用高壓電容，變換器體積和成本偏高；2)變換器啟動(dòng)沖擊電流很大，并且Z源網(wǎng)絡(luò)中電容和電感之間發(fā)生諧振，元器件應(yīng)力大，且不能實(shí)現(xiàn)變換器的軟啟動(dòng)，這些都有可能損壞變換器。

三、發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種能克服傳統(tǒng)的Z源逆變器所存在的上述缺陷，提高電路的可靠性，減小體積和成本的Z源逆變器及其軟啟動(dòng)方法。

本發(fā)明所提出的Z源逆變器及其軟啟動(dòng)方法，其主電路包括直流電壓源、三相逆變橋、X型阻抗源網(wǎng)絡(luò)、功率二極管，所述三相逆變橋的三個(gè)橋臂均由兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管串聯(lián)組成，每個(gè)功率開(kāi)關(guān)管各自并聯(lián)一個(gè)體二極管，其特征在于，三相逆變橋的正端連接直流電壓源的正極，三相逆變橋的負(fù)端連于X形阻抗源網(wǎng)絡(luò)中第一阻抗電容的負(fù)端；第一阻抗電容與第二阻抗電容交叉放置成“X”形，在第一、第二兩個(gè)阻抗電容的兩個(gè)負(fù)端之間連接第一阻抗電感，在第一、第二兩阻抗電容的兩個(gè)正端之間連接第二阻抗電感)構(gòu)成X形阻抗源網(wǎng)絡(luò)；第二阻抗電容的正端連于直流電壓源的負(fù)極；第二阻抗電容的負(fù)端連接功率二極管的陽(yáng)極，第一阻抗電容的正端連于功率二極管的陰極。

本發(fā)明所提出的Z源逆變器的軟啟動(dòng)方法，其工作原理為通過(guò)控制逆變器橋臂的直通占空比來(lái)控制Z源網(wǎng)絡(luò)的電容電壓，通過(guò)控制調(diào)制比來(lái)控制輸出電壓，變換器啟動(dòng)時(shí)，通過(guò)控制逆變器橋臂的直通占空比從零開(kāi)始緩慢增加到額定值，從而實(shí)現(xiàn)變換器的軟啟動(dòng)，避免變換器中電感電流過(guò)沖和電容電壓的過(guò)沖，具體包括以下四種軟啟動(dòng)方法：a)啟動(dòng)時(shí)調(diào)制比保持不變，控制直通占空比從零開(kāi)始緩慢增加到額定值；b)啟動(dòng)時(shí)先讓調(diào)制比從零開(kāi)始緩慢增加到額定值，然后控制直通占空比從零開(kāi)始緩慢增加到額定值；c)啟動(dòng)時(shí)先讓直通占空比從零開(kāi)始緩慢增加到額定值，然后控制調(diào)制比從零開(kāi)始緩慢增加到額定值；d)啟動(dòng)時(shí)直通占空比和調(diào)制比同時(shí)從零開(kāi)始緩慢增加到額定值。