[發(fā)明專利]一種九電平變頻器功率電路及其懸浮電容平衡控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710933214.8
• 申請(qǐng)日: 2017-10-10
• 公開（公告）號(hào): CN107659193B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張?jiān)评?/a>;胡存剛;王群京;張超;董浩;李杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M7/483
• 分類號(hào): H02M7/483;H02P27/08
• 代理公司: 南京源古知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32300
• 代理人: 吳麗娜

本發(fā)明涉及一種九電平變頻器功率電路及其懸浮電容平衡控制方法，所述的九電平變頻器功率電路由四個(gè)電容、四個(gè)單向阻斷開關(guān)、三個(gè)雙向阻斷開關(guān)組成，其中,四個(gè)電容分別為C1、C2、C3、C4，且C1和C2串聯(lián)、端電壓均為4E，C3和C4串聯(lián)、稱為懸浮電容、端電壓均為E，四個(gè)單向阻斷開關(guān)分別為S1、S4、S5、S6,三個(gè)雙向阻斷開關(guān)分別為S2、S3、S7，通過適當(dāng)?shù)拈_通和開關(guān)相關(guān)的開關(guān)獲得12種工作模態(tài)，并使得負(fù)載上獲得4E、3E、2E、E、0、E、2E、3E、4E九種電壓，本發(fā)明以較少的開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)了九電平變頻器，并通過工作模態(tài)的合理切換能夠?qū)崿F(xiàn)懸浮電容電壓的平衡控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多電平變頻器設(shè)計(jì)技術(shù)，尤其涉及一種九電平變頻器功率電路及其懸浮電容平衡控制方法。

背景技術(shù)

變頻器是一種通過改變電機(jī)供電電源的電源頻率實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速控制的設(shè)備，廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中。變頻器的主要核心部件是功率電路，主要由直流母線、逆變橋和濾波器組成。傳統(tǒng)的變頻器采用將直流母線電壓直接進(jìn)行逆變，輸出方波PWM信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，并節(jié)約電能。但這類變頻器存在許多問題，且在高壓大容量的場(chǎng)合暴露的更加明顯。這些問題主要包括：變頻器產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)沖擊電壓引起的電動(dòng)機(jī)絕緣劣化、漏泄電流和軸電流帶來的電動(dòng)機(jī)軸承的損壞、傳導(dǎo)噪聲和輻射噪聲過大，等等。

為了解決上述問題，多電平變頻器技術(shù)得到了高度地重視和充分地肯定。和兩電平變頻器相比，多電平變頻器主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、降低對(duì)功率開關(guān)器件的耐壓要求。

2、變頻器輸出的多級(jí)電壓階梯波形，減少了dV/dt對(duì)電機(jī)絕緣、變壓器繞組、電力電纜和其他電力設(shè)備的沖擊，因而在使用時(shí)可以省去或減小外圍濾波器。

3、逆變電路的單橋能輸出多種電平的相電壓，從而使輸出電壓波形更接近于正弦波，電壓的失真度減小，諧波小。

4、降低了EMI輻射水平，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的其他設(shè)備干擾減小。

當(dāng)然，多電平變頻器也同樣存在一些缺點(diǎn)：

1、開關(guān)器件多，控制復(fù)雜。

2、存在中點(diǎn)電壓和懸浮電容電壓不平衡的問題。

因此，目前成熟的技術(shù)方案和產(chǎn)品主要有三電平和五電平變頻器。由于其開關(guān)器件過多，難以設(shè)計(jì)和制造，更多電平數(shù)的變頻器在世界上尚未被推向市場(chǎng)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，提供一種開關(guān)器件少、懸浮電容電壓平衡易控制的九電平變頻器，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

一種九電平變頻器功率電路，由四個(gè)電容、四個(gè)單向阻斷開關(guān)、三個(gè)雙向阻斷開關(guān)組成，其中,四個(gè)電容分別為C1、C2、C3、C4，且C1和C2串聯(lián)、端電壓均為4E，C3和C4串聯(lián)、為懸浮電容、端電壓均為E，電容C1的負(fù)極和電容C2的正級(jí)均接地，四個(gè)單向阻斷開關(guān)分別為S1、S4、S5、S6,三個(gè)雙向阻斷開關(guān)分別為S2、S3、S7；S1串聯(lián)于C1的正極與C3的正極之間、S4串聯(lián)于C2的負(fù)極與C4的負(fù)極之間、S5串聯(lián)于C3的正極與負(fù)載之間、S6串聯(lián)于C4的負(fù)極與負(fù)載之間、S7串聯(lián)于C3的負(fù)極與負(fù)載之間，C3的正極通過S2接地、C4的負(fù)極通過S3接地。

上述的功率電路存在12種工作模態(tài)，分別為：

模態(tài)P4：開關(guān)S1和S5開通、其他開關(guān)斷開時(shí)，負(fù)載端電壓為4E；

模態(tài)P3：開關(guān)S1和S7開通、其他開關(guān)斷開時(shí)，負(fù)載端電壓為3E；

模態(tài)P2P：開關(guān)S1和S6開通、其他開關(guān)斷開時(shí)，負(fù)載端電壓為2E；

模態(tài)P2N：開關(guān)S3和S5開通、其他開關(guān)斷開時(shí)，負(fù)載端電壓為2E；

模態(tài)P1：開關(guān)S3和S7開通、其他開關(guān)斷開時(shí)，負(fù)載端電壓為E；