[實用新型]三電平單相橋臂故障時轉入兩相橋臂運行的逆變器

有效

• 申請號: 201420775251.2
• 申請日: 2014-12-10
• 公開（公告）號: CN204231220U
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 戴鵬;呂彥;郭國勝;公錚;張雷;鄭遵宇;朱信威;於靜;徐楠
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487;H02P27/08
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本實用新型涉及三電平故障兩相運行的逆變器，具體是一種三電平單相橋臂故障時轉入兩相橋臂運行的逆變器。

背景技術

在交流電機控制系統中，逆變器在整個系統中起到了重要的作用，維持了電機的運轉。但是在實際運行中，逆變器的故障會導致輸出波形畸變，使得電機無法正常運轉。在依賴電機的行業，例如礦井提升機，逆變器的故障引起的停機檢修會導致經濟的嚴重受損，更可能危及生命安全。因此，需要采取有效措施使逆變器故障時依然能夠維持逆變器輸出波形正確，從而保證電機的運行。

從20世紀80年代開始，隨著大容量高壓逆變器的研制，多電平變頻器的優勢逐漸顯示出來，成為電機傳動領域的熱點。人們常用的多電平逆變器的基本電路拓撲有一下三種：飛跨電容箝位式多電平逆變器、級聯型多電平逆變器、二極管箝位型多電平逆變器。

PWM(Pulse?Width?Modulation)控制就是對脈沖寬度進行調制的技術，用來等效地獲得所需要的波形?？臻g矢量PWM(SVPWM)控制策略是根據變頻器空間電壓(電流)矢量切換來控制變頻器。電壓空間矢量PWM控制策略是日本學者在20世紀80年代針對交流電機變頻調速提出的，采用逆變器空間電壓矢量的切換來獲得準圓形旋轉磁場。SVPWM可以提高電壓型逆變器的電壓利用率和電機的動態響應性能，同時還能減小電機的轉矩脈動。根據要跟蹤的磁鏈空間矢量的運動軌跡，選擇逆變器的開關形式，使逆變器輸出適當波形的電壓，這就是SVPWM的基本原理。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種結構簡單、成本低、可靠性高的三電平單相橋臂故障時轉入兩相橋臂運行的逆變器。

本實用新型的目的是這樣實現的：所采用的技術方案為：該逆變器的三相橋臂共有12個開關器件，每個橋臂上有4個開關器件和兩個開關串聯連接；在每個開關器件上反向并聯一個二極管，兩個開關均從相線連接到開關器件；主拓撲采用二極管鉗位，電源側為兩個容值相等的電容；每個橋臂的4個開關器件分為2組二個相鄰開關器件，每一組內二個相鄰開關器件的連接點分別通過箝位二極管連接到直流側電容中點；在每個橋臂的2組開關器件的連接點通過開關連接到直流側中點；當檢測到三電平逆變器A、B、C相橋臂中某一相橋臂發生故障后，將這一相橋臂切除，將其輸出端直接接入逆變器的中點處，采用非故障的兩相橋臂代替三相橋臂繼續運行；通過六個箝位二極管鉗位，調整三電平空間矢量調制算法(SVPWM)，可以有效地增加電平數，減少電壓諧波，使輸出電壓電流更加接近正弦的三相輸出，仍能在低壓狀態下運轉。

在兩橋臂結構下，負載側接三相交流電機，三相交流電機分別接入兩個正常橋臂中點以及直流側電容中點；采用空間矢量調制算法(SVPWM)，對其進行調整，使其適應兩橋臂拓撲，當三電平逆變器在單相橋臂出現故障時，仍能保證電機運轉；具體步驟如下：

(1)分析沒有故障的三電平逆變器輸出的基本矢量圖，根據故障相橋臂對基本矢量進行篩選，得到故障后新的基本矢量圖；

(2)判斷參考矢量在故障后基本矢量圖中的位置，根據伏秒平衡原理對基本矢量作用時間進行調整；

(3)確定基本矢量的作用順序，結合矢量作用時間對開關器件進行控制。

有益效果：由于采用了上述方案，在直流側連接兩個容值相等的電容，A、B兩相正常橋臂上分別有四個開關器件反并聯二極管組成，每相橋臂上的1、2開關器件中間以及3、4開關器件中間通過箝位二極管連接到直流側的中點，C相橋臂故障切除后直接連接直流側中點；負載側接三相交流電機，三相交流電機分別接入兩個正常橋臂中點以及直流側電容中點。

當檢測到三電平逆變器A、B、C相橋臂中某一相橋臂發生故障后，將這一相橋臂切除，將其輸出端直接接入逆變器的中點處。原本的三電平逆變器每個橋臂的輸出端都可以輸出三種電平，分別為P、O、N，故障相輸出端接入中點后，輸出端只能輸出O電平。傳統算法基本矢量共有27種，故障后，由于故障相只能輸出O電平，因此基本矢量減少到7種，區域劃分圖如5。利用這7個基本矢量，通過對SVPWM調制算法的調整，可以保證在降壓條件下維持輸出波形正弦。

當C相橋臂故障時，將C相輸出端接入三電平逆變器中點，A相與B相的輸出可以為P、O、N，C相的輸出為O；該逆變器的故障處理方法，結構更為簡單，實現方法簡單。

附圖說明

圖1為可切除故障橋臂的三電平逆變器拓撲圖。

圖2為C相故障后本實用新型采用的拓撲圖。

圖3為A、B橋臂輸出相電壓狀態原理圖。

圖4為沒有故障時的基本矢量圖。