[發(fā)明專利]適用于三相異步電機(jī)的六半橋電壓型逆變器及控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210143552.9
• 申請(qǐng)日: 2012-05-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102655390A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-09-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋春偉;趙榮祥;朱明磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02P27/08
• 分類(lèi)號(hào): H02P27/08
• 代理公司: 杭州中成專利事務(wù)所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三相異步電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)，尤其涉及一種能擴(kuò)大三相異步電機(jī)輸入功率范圍與輸入電壓范圍的六半橋電壓型逆變器。

背景技術(shù)

用于三相異步電機(jī)供電的傳統(tǒng)三半橋電壓型逆變器每個(gè)半橋各有一個(gè)輸出端子，三個(gè)輸出端子輸出幅值相等，相位互差2π/3電角度的三個(gè)對(duì)稱電壓。三半橋逆變器采用的開(kāi)關(guān)器件所承受的電壓應(yīng)力是直流母線電壓值E。當(dāng)采用正弦脈寬調(diào)制（SPWM）時(shí)，三半橋逆變器能夠輸出最大相電壓基波幅值是E/2；當(dāng)采用電壓空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）時(shí)，它能夠輸出最大相電壓基波幅值是。為提高三相異步電機(jī)的輸出功率，常采用高壓輸入。由于當(dāng)前電力電子器件承受的電壓能力有限，逆變器直流側(cè)電壓值至少不能超過(guò)器件所能承受的最大電壓。為了彌補(bǔ)開(kāi)關(guān)器件耐壓能力的限制，傳統(tǒng)方法是通過(guò)兩個(gè)三半橋電壓型逆變器串聯(lián)給三相異步電機(jī)供電。兩個(gè)三半橋逆變器輸出的對(duì)稱三相電壓相位互差π電角度。從這兩個(gè)三半橋逆變器中取輸出電壓相位互差π電角度的兩個(gè)輸出端子組成一組，兩端子的電壓差構(gòu)成一路輸出相電壓，由此得到用于三相異步電機(jī)供電的三相對(duì)稱電壓。通過(guò)兩個(gè)三半橋逆變器串聯(lián)的供電方式，在采用相同耐壓等級(jí)的功率器件的條件下，顯然能提供給三相異步電機(jī)的輸入電壓范圍與輸入功率范圍擴(kuò)大一倍。

但是，采用兩個(gè)三半橋逆變器串聯(lián)的供電方式的缺點(diǎn)是可靠性差，兩個(gè)逆變器需要協(xié)調(diào)工作，兩者輸出的對(duì)稱三相電壓相位必須嚴(yán)格互差π電角度，一旦某個(gè)逆變器不能正常工作，直接導(dǎo)致異步電機(jī)不能正常工作。另外，兩串聯(lián)逆變器需做到輸出功率均衡，這使得控制策略更加復(fù)雜化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服傳統(tǒng)兩三半橋逆變器串聯(lián)供電方式的不足，提供一種能擴(kuò)大三相異步電機(jī)輸入功率范圍與輸出電壓范圍的高可靠性六半橋電壓型逆變器。

為解決技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的解決方案是：

提供一種適用于三相異步電機(jī)的六半橋電壓型逆變器，包括直流母線及并聯(lián)的半橋；所述直流母線之間跨接直流電源或電容，并且直流母線之間并聯(lián)六個(gè)半橋；每個(gè)半橋由兩個(gè)全控型電力電子開(kāi)關(guān)串聯(lián)而成，各開(kāi)關(guān)反并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管；各半橋兩個(gè)開(kāi)關(guān)的連接點(diǎn)引出一個(gè)輸出端子，六個(gè)輸出端子共輸出六路電壓；將六個(gè)半橋分成三組，每組的兩個(gè)輸出端子電壓差構(gòu)成一相輸出電壓。

本發(fā)明中，該逆變器的直流母線上僅有一個(gè)直流電源或電容。

進(jìn)一步地，本發(fā)明提供了一種基于前述逆變器的控制方法，包括：對(duì)于該逆變器采用SPWM調(diào)制，能夠輸出相電壓最大基波幅值是直流母線電壓值；逆變器六個(gè)半橋分成的三組，每一組兩個(gè)半橋與直流母線一起構(gòu)成一個(gè)單相全橋逆變器，輸出一路相電壓；每組半橋均單獨(dú)控制，作單極性或雙極性SPWM調(diào)制；三組半橋的正弦參考調(diào)制電壓幅值與頻率彼此相同，相位互差2π/3電角度。

進(jìn)一步地，本發(fā)明提供了一種基于前述逆變器的控制方法，包括：對(duì)于該逆變器采用SVPWM調(diào)制，能夠輸出相電壓最大基波幅值是直流母線電壓值的倍；在一個(gè)周期（2π電角度）內(nèi)劃分6個(gè)正弦參考電壓，相位依次相差π/3電角度，幅值與頻率彼此相等；每個(gè)正弦參考電壓各作為六橋臂中某一橋臂的參考電壓，并且滿足同一組橋臂的兩個(gè)參考電壓相位互差π電角度；從逆變器六半橋分成的三組中各取一個(gè)半橋，得到參考電壓相位互差2π/3電角度的三個(gè)半橋，對(duì)這三個(gè)半橋作SVPWM調(diào)制，同時(shí)對(duì)其余三個(gè)半橋也作SVPWM調(diào)制，從而獲得六半橋逆變器三相輸出電壓。

進(jìn)一步地，本發(fā)明提供了一種基于前述逆變器的控制方法，包括：對(duì)異步電機(jī)定子三相繞組中點(diǎn)不短接，每相定子繞組各有兩個(gè)供電端子引出，異步電機(jī)共有6個(gè)供電端子；逆變器六半橋分成的三組半橋中每組的2個(gè)輸出端子構(gòu)成一相輸出電壓，分別接于異步電機(jī)定子一相繞組的兩端。

本發(fā)明的有益效果是：提出的六半橋電壓型逆變器能夠提供三相異步電機(jī)的輸入功率范圍與輸入電壓范圍在同一直流母線條件下與傳統(tǒng)三半橋變頻器相比提高一倍，與傳統(tǒng)兩三半橋逆變器串聯(lián)供電方式相比沒(méi)有兩個(gè)三半橋逆變器需協(xié)調(diào)工作的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1?六半橋電壓型逆變器主電路圖；

圖2?異步電機(jī)定子三相繞組中點(diǎn)不短接供電示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明中，在六半橋電壓型逆變器的直流母線之間跨接直流電源或電容，并且母線之間并聯(lián)六個(gè)半橋，每個(gè)半橋由兩個(gè)全控型電力電子開(kāi)關(guān)串聯(lián)而成，各全控型開(kāi)關(guān)器件反并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管，各橋臂兩開(kāi)關(guān)器件的連接點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)輸出端子，六個(gè)輸出端子共輸出六路電壓。將六個(gè)半橋分成三組，每組的兩個(gè)輸出端子電壓差構(gòu)成一相輸出電壓。