[發(fā)明專利]一種改進的NPC三電平逆變器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010161943.8
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111404414B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金雪峰;陳煒;谷鑫;王志強;張國政;李新旻
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487;H02P27/14
• 代理公司: 北京思格頌知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11635
• 代理人: 楊超

本發(fā)明涉及一種改進的NPC三電平逆變器，每個橋臂包括六個開關(guān)功率器件、四個續(xù)流二極管和兩個鉗位二極管。其中，第一開關(guān)功率器件，其陽極定義為第一連接點，其陰極定義為第二連接點，第一開關(guān)功率器件并聯(lián)第一續(xù)流二極管；第二開關(guān)功率器件至第四開關(guān)功率器件支路相似；第五開關(guān)功率器件，其陽極連接到第一連接點，其陰極連接到第二連接點；第六開關(guān)功率器件，其陽極連接到第四連接點，其陰極連接到第五連接點；第一鉗位二極管，其陰極連接到第二連接點，其陽極定義為第六連接點；第二鉗位二極管，其陰極連接到第六連接點，其陽極連接到第四連接點。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種逆變器拓撲結(jié)構(gòu)，具體涉及一種改進的NPC三電平逆變器。

背景技術(shù)：

大功率電動機多數(shù)采用中壓，特別是高性能中壓變頻器的發(fā)展方向之一是采用三電平逆變器拓撲，三電平結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)點，比如：降低了每個開關(guān)器件承受的母線電壓，因此可用低耐壓器件實現(xiàn)高壓大功率輸出；電平數(shù)的增加改善了輸出電壓波形，減小了諧波畸變；可用較低的開關(guān)頻率獲得相對較好的電壓波形，因此開關(guān)損耗小、效率高；輸出電壓變化率較低，改善了裝置的電磁兼容性能等。

目前，三電平逆變器通常采用二極管實現(xiàn)鉗位，即中性點箝位型(Neutral PointClamped，簡稱NPC)三電平逆變器也稱NPC三電平逆變器。其中每個橋臂由四個開關(guān)器件、四個續(xù)流二極管和兩個鉗位二極管，NPC三電平逆變器拓撲結(jié)構(gòu)具體實施如下，以開關(guān)器件IGCT為例，第一個IGCT，其陽極定義為第一連接點，其陰極定義為第二連接點，第一個IGCT并聯(lián)第一個續(xù)流二極管；第二個IGCT，其陽極連接到第二連接點，其陰極定義為第三連接點，第二個IGCT并聯(lián)第二個續(xù)流二極管；第三個IGCT，其陽極連接到第三連接點，其陰極定義為第四連接點，第三個IGCT并聯(lián)第三個續(xù)流二極管；第四個IGCT，其陽極連接到第四連接點，其陰極定義為第五連接點，第四個IGCT并聯(lián)第四個續(xù)流二極管；第一個鉗位二極管，其陰極連接到第二連接點，其陽極定義為第六連接點；第二個鉗位二極管，其陰極連接到第六連接點，其陽極連接到第四連接點。電源輸入正母線連接到第一連接點；電源輸入零母線連接到第六連接點；電源輸入負母線連接到第五連接點。如圖1為NPC三電平逆變器一相橋臂拓撲結(jié)構(gòu)電路圖。為了方便比較，以下稱該三電平逆變器拓撲結(jié)構(gòu)為NPC三電平逆變器拓撲結(jié)構(gòu)。

NPC三電平逆變器這種拓撲結(jié)構(gòu)存在一個問題，工作時各開關(guān)器件和二極管流過電流的時間長短不同、各開關(guān)器件開關(guān)次數(shù)不同，導(dǎo)致各開關(guān)器件發(fā)熱不均衡，溫升差別大，特別是中壓大功率三電平逆變器采用的中壓開關(guān)器件開關(guān)損耗占開關(guān)器件總損耗比重大，在逆變器輸出較高基波頻率時，開關(guān)器件開關(guān)頻率也相對較高，進一步加劇了開關(guān)器件發(fā)熱不均衡問題，由于整個裝置的輸出功率取決于所有器件中溫升最高的開關(guān)器件，許多開關(guān)器件沒被充分利用。因此改進拓撲結(jié)構(gòu)，十分必要。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是提供一種可以降低開關(guān)器件發(fā)熱不均衡問題，提高逆變器輸出功率的改進NPC三電平逆變器，本發(fā)明稱之為6SNPC(6 Switch Device and NeutralPointClamped)。技術(shù)方案如下：

一種改進的NPC三電平逆變器，每個橋臂包括六個功率開關(guān)器件、四個續(xù)流二極管和兩個鉗位二極管，其中，

第一功率開關(guān)器件，其陽極定義為第一連接點，其陰極定義為第二連接點，第一功率開關(guān)器件并聯(lián)第一續(xù)流二極管；

第二功率開關(guān)器件，其陽極連接到第二連接點，其陰極定義為第三連接點，第二功率開關(guān)器件并聯(lián)第二續(xù)流二極管；

第三功率開關(guān)器件，其陽極連接到第三連接點，其陰極定義為第四連接點，第三功率開關(guān)器件并聯(lián)第三續(xù)流二極管；

第四功率開關(guān)器件，其陽極連接到第四連接點，其陰極定義為第五連接點，第四功率開關(guān)器件并聯(lián)第四續(xù)流二極管；

第五功率開關(guān)器件，其陽極連接到第一連接點，其陰極連接到第二連接點；