[發明專利]一種用于高速永磁電機驅動系統的模塊化多電平變換器

有效

• 申請號: 201710621362.6
• 申請日: 2017-07-27
• 公開（公告）號: CN107482940B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 黃允凱;夏天琦;彭飛;曹智;姚宇
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M1/12
• 代理公司: 32204 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了用于高速永磁電機驅動系統的模塊化多電平變換器，該變換器的多電平變換器模塊包括三相，每相由上橋臂、下橋臂和橋臂電感串聯組成，上、下橋臂各包括N個子模塊SM₁?SM_N，上橋臂第一個子模塊的輸入端和下橋臂最后一個子模塊的輸出端分別與直流母線相連，上、下橋臂電感的連接點是變換器的交流側電氣接口，三個交流節點經過濾波電容器后對外連接高速永磁電機，橋臂電感與濾波電容構成LC型濾波器。本發明減少了MMC輸出電壓的高頻諧波分量，降低了電機定子硅鋼片高頻渦流損耗，避免了絕緣性能惡化以及軸承易受高頻諧波損壞的問題，實現高速永磁電機多電平驅動下穩定運行。

技術領域

本發明涉及電機驅動器件，特別是涉及一種用于高速永磁電機驅動系統的模塊化多電平變換器。

背景技術

高速永磁電機(High Speed Permanent Magnet Machines，HSPMMs)憑借其效率和功率密度高的優勢，應用潛力極大，它涵蓋了各種功率等級的場合，已成為當前國內外電機領域的一個研究熱點。

由于高速永磁電機運行頻率高，對逆變器的開關頻率更高，高速永磁電機應用于中高壓大功率場合時，普通的三相全橋逆變器甚至傳統多電平拓撲都已不再適用于中高壓大功率高頻運行條件下。模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converter，MMC)是一種新型的多電平變換器，具有高度模塊化結構，效率高，便于擴展系統電壓和容量，實現工業化生產。模塊化多電平變換器驅動高速永磁電機，無需通過大容量變壓器，即可實現低耐壓開關實現高壓多電平輸出，等效開關頻率高，波形更接近正弦波，可以降低系統損耗。

但是高速永磁電機繞組電感較小，采用電壓源三相逆變器驅動電機時，電流開關頻率諧波含量高，產生大量渦流損耗，即使采用MMC，可以降低電流諧波含量，但是由于等效開關頻率高的特點，輸出電壓中會產生大量的高頻諧波分量，使得定子硅鋼片渦流損耗變大，同時影響電機絕緣性能，損害電機端部。

發明內容

發明目的：針對現有技術的缺陷，提供一種帶有輸出濾波器的，可以降低高頻諧波分量，保證高速永磁電機穩定運行的用于高速永磁電機驅動系統的模塊化多電平變換器及消除系統諧振的方法。

技術方案：一種帶有輸出濾波器的模塊化多電平變換器，包括多電平變換器模塊和濾波電容器模塊，所述多電平變換器模塊包括橋臂電感，且多電平變換器模塊的輸出端連接濾波電容器模塊，該濾波電容器與多電平變換器模塊的橋臂電感構成LC型濾波器，所述LC型濾波器用于降低模塊化多電平變換器輸出電壓高頻諧波分量。

其中，所述多電平變換器模塊包括三相，各相均包括上橋臂和下橋臂，上橋臂和下橋臂均包括串聯連接的N個相同的子模塊SM_i，i＝1,2,...,N和一個橋臂電感L，所述上橋臂的第一個子模塊的輸入端和下橋臂最后一個子模塊的輸出端分別與直流母線相連，上一子模塊的輸出端與下一子模塊的輸入端相連，上橋臂最后一個子模塊的輸出端通過上橋臂電感和下橋臂電感與下橋臂第一個子模塊的輸入端連接；所述每一相的上橋臂和下橋臂電感的連接點為多電平變換器模塊的輸出端，每個輸出端均連接一濾波電容C_f，且橋臂電感L與濾波電容C_f構成LC型濾波器。

其中，所述子模塊為半橋模塊，包括大功率可控電力電子開關T₁和T₂、兩個二極管以及電容C，其中，T₁和T₂分別反并聯一個二極管，然后串聯，最后與電容C并聯連接。

其中，所述T₁和T₂為絕緣柵雙極型晶體管。

其中，所述上橋臂和下橋臂子模塊數目分別為偶數。

其中，所述濾波電容器模塊為星型連接，并分別與多電平變換器模塊的三相輸出端連接。