專利名稱：一種新型雙頻控制大功率逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型專利涉及一種新型雙頻控制大功率逆變器。
背景技術(shù)：
大功率逆變器在電力電子技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用很廣，如大功率的變頻器、電力有源濾波 器、靜止無(wú)功補(bǔ)償器等，而對(duì)于大功率逆變器場(chǎng)合，由于大功率開關(guān)器件的開關(guān)頻率與開關(guān) 容量之間存在矛盾，而且開關(guān)頻率的限制難以應(yīng)用SPWM技術(shù)來(lái)改善傳統(tǒng)大容量逆變器的 性能，因此人們?cè)陔娐吠負(fù)浜涂刂撇呗缘确矫孀隽撕芏喙ぷ?，力圖在提高逆變器容量的同 時(shí)改善其性能。傳統(tǒng)的兩電平逆變器，為了獲得大功率一般依靠開關(guān)器件串并聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但這將 帶來(lái)靜態(tài)均壓、動(dòng)態(tài)均壓以及均流等一系列問題，技術(shù)上的不確定因素很多，可靠性不高; 并且由于輸出只有兩電平，輸出電壓諧波較大。早期提高大容量的方法是采用多重化技術(shù)。在電壓型逆變器中，輸出的交流電壓 為矩形波，為了減小諧波，常常把幾個(gè)矩形波輸出組合成正弦波。多重化系統(tǒng)具有輸出功率 大、運(yùn)行效率高、可改善單臺(tái)裝置輸出諧波等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)存在以下不足控制采用脈幅調(diào) 制，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)差，必須使用特殊設(shè)計(jì)的變壓器，這將會(huì)使系統(tǒng)成本和損耗大大增加，且 由于磁飽和以及沖擊電流等原因增加了控制的難度。上述傳統(tǒng)的逆變器在實(shí)現(xiàn)大功率的同時(shí)，在性能上并未有太多突破，且以系統(tǒng)的 復(fù)雜性和高成本為代價(jià)。近年來(lái)，多電平逆變器越來(lái)越多受到關(guān)注。它一般是由幾個(gè)電平 臺(tái)階典型情況是電容電壓合成階梯波以逼近正弦輸出電壓。這種變換器的輸出波形具有更 好的諧波頻譜，每個(gè)開關(guān)器件所承受的電壓應(yīng)力較小，開關(guān)器件工作在輸出電壓基頻以下， 開關(guān)損耗小，因而這種變換器已成為研究的熱點(diǎn)。但是多電平逆變器存在這樣的缺點(diǎn)需要 大量的箝位二極管或箝位電容，存在中點(diǎn)電壓不平衡問題，輸出波形在五電平以上則控制 上非常復(fù)雜，級(jí)聯(lián)式多電平逆變器需要較多的獨(dú)立電源。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型專利克服了以上技術(shù)的不足，提供了一種損耗低、控制簡(jiǎn)單、系統(tǒng)響應(yīng) 快、可靠性高的新型組合式雙頻控制的大功率逆變器。本實(shí)用新型為解決上述問題，采用如下技術(shù)方案一種新型雙頻控制大功率逆變器，其特征在于由三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的逆變器輸出電路 組成，每個(gè)逆變器輸出電路包括有將交流高壓輸入變?yōu)閮蓚€(gè)隔離的次級(jí)高壓的第一移相隔離二重變壓器電路1 ；將第一移相隔離二重變壓器電路1的一個(gè)次級(jí)產(chǎn)生的電壓整流成高壓直流電壓 的第一高壓整流器電路2;將第一移相隔離二重變壓器電路1的另一個(gè)次級(jí)產(chǎn)生的電壓整流成高壓直流電 壓的第二高壓整流器電路3;[0012]將第一高壓整流器電路2產(chǎn)生的直流電壓進(jìn)行穩(wěn)壓和濾波的第一電容穩(wěn)壓濾波 電路4 ；將第二高壓整流器電路3產(chǎn)生的直流電壓進(jìn)行穩(wěn)壓和濾波的第二電容穩(wěn)壓濾波 電路5 ；將高壓直流電壓逆變成五電平工頻階梯電壓波形的五電平二極管箝位式高壓低 頻逆變器級(jí)聯(lián)單元電路6;產(chǎn)生五電平二極管箝位式高壓低頻逆變器級(jí)聯(lián)單元電路6的開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)的 第一隔離驅(qū)動(dòng)電路7;給第一隔離驅(qū)動(dòng)電路7提供控制信號(hào)，且根據(jù)五電平二極管箝位式高壓低頻逆變 器級(jí)聯(lián)單元電路6輸出的反饋信號(hào)給第二隔離驅(qū)動(dòng)電路15提供控制信號(hào)的控制部分電路 8 ；將交流輸入高壓變?yōu)閮蓚€(gè)隔離的次級(jí)低壓的第二移相隔離二重變壓器電路9 ；將第二移相隔離二重變壓器電路9的一個(gè)次級(jí)產(chǎn)生的電壓整流成高壓直流電壓 的第一低壓整流器電路10 ；將第二移相隔離二重變壓器電路9的另一個(gè)次級(jí)產(chǎn)生的電壓整流成高壓直流電 壓的第二低壓整流器電路11;將第一低壓整流器電路10產(chǎn)生的直流電壓進(jìn)行穩(wěn)壓和濾波的第三電容穩(wěn)壓濾波 電路12 ；將第二低壓整流器電路11產(chǎn)生的直流電壓進(jìn)行穩(wěn)壓和濾波的第四電容穩(wěn)壓濾波 電路13 ；將低壓直流電壓逆變成五電平高頻PWM電壓的五電平二極管箝位式低壓高頻逆 變器級(jí)聯(lián)單元電路14 ；產(chǎn)生五電平二極管箝位式低壓高頻逆變器級(jí)聯(lián)單元電路14的開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)的 第二隔離驅(qū)動(dòng)電路15;與五電平二極管箝位式低壓高頻逆變器級(jí)聯(lián)單元電路14和五電平二極管箝位式 高壓低頻逆變器級(jí)聯(lián)單元電路6的級(jí)聯(lián)輸出相連接的輸出濾波電路16。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是1、該組合式雙頻控制逆變器拓?fù)溆梢粋€(gè)五電平二極管箝位式低頻大功率逆變器 和一個(gè)五電平二極管箝位式高頻小功率逆變器級(jí)聯(lián)組合而成，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，避免了傳統(tǒng) 的大功率逆變器使用大量的嵌位二極管和獨(dú)立電容。低頻逆變器主要用于輸出功率，可以 采用GTO等低頻開關(guān)器件，這樣就可以提高功率等級(jí)；而高頻逆變器不主要承擔(dān)處理功率 的任務(wù)，采用IGBT等高頻開關(guān)器件，主要用于提高波形質(zhì)量和改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)應(yīng)性能， 這樣可以充分利用高低頻開關(guān)器件的優(yōu)點(diǎn)在提高整個(gè)系統(tǒng)容量的同時(shí)，改善系統(tǒng)響應(yīng)速度 和提高系統(tǒng)的效率。2、該組合式逆變器控制較簡(jiǎn)單。五電平二極管箝位式低頻大功率逆變器采用固定 脈寬的階梯波控制方式，整個(gè)逆變器開關(guān)管工作在工頻狀態(tài)，這樣大功率逆變器的開關(guān)損 耗較低；五電平二極管箝位式高頻小功率逆變器的調(diào)制信號(hào)為理想輸出正弦波信號(hào)與低頻 大功率逆變器輸出信號(hào)的差值，該調(diào)制信號(hào)與四個(gè)相位相同的三角載波所有載波相位相同 信號(hào)相比較實(shí)現(xiàn)高頻PWM調(diào)制，因此輸出可以控制的HVM波形，從而改善組合式逆變器的輸出波形。3、為防止大功率高頻逆變器和小功率低頻逆變器之間出現(xiàn)電流倒灌現(xiàn)象，本實(shí)用 新型專利針對(duì)五電平二極管箝位式低頻大功率逆變器采用一種特殊的固定脈寬調(diào)制方式， 在該方式中低頻大功率逆變器輸出階梯波的電平為+2E/3、E/3、0、-E/3、-2E/3其中E為理 想輸出正弦波的最大值，使任意時(shí)刻理想輸出正弦波的絕對(duì)值都大于工頻階梯波輸出的絕 對(duì)值，這樣高頻小功率逆變器的誤差調(diào)制信號(hào)在半個(gè)工頻周期內(nèi)就始終為單極性的，避免 了高低頻逆變器之間出現(xiàn)環(huán)流倒灌現(xiàn)象。4、由于小功率逆變器不主要提供功率，控制上采用基于四載波的高頻PWM調(diào)制方 式，因此組合逆變器的輸出波形的總諧波畸變很小。

圖1是雙頻控制逆變器A相輸出單元電路；圖2是雙頻控制逆變器三相輸出示意圖；圖3為五電平二極管箝位式高壓低頻逆變器輸出波形示意圖；圖4為五電平二極管箝位式低壓高頻逆變器輸出波形示意圖圖5為單相逆變電路級(jí)聯(lián)輸出波形示意圖圖6為輸出波形頻譜圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與本實(shí)用新型的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述—種新型雙頻控制大功率逆變器，包含A、B、C三相電路結(jié)構(gòu)相同的逆變器輸出電路。參見圖1，下面以A相逆變電路單元為例說明其實(shí)現(xiàn)方式逆變器輸出電路包括有第一移相隔離二重變壓器電路1、第一、第二高壓整流器電 路2和3、第一、第二電容穩(wěn)壓濾波電路4和5、五電平二極管箝位式高壓低頻逆變器電路6、 第一隔離驅(qū)動(dòng)電路7、控制部分電路8、第二移相隔離二重變壓器電路9、第一、第二低壓整 流器電路10和11、第三電容穩(wěn)壓濾波電路12和第四電容穩(wěn)壓濾波電路13、五電平二極管 箝位式低壓高頻逆變器電路14、第二隔離驅(qū)動(dòng)電路15、輸出濾波電路16。第一移相隔離二重變壓器電路1將A相交流高壓輸入變?yōu)閮蓚€(gè)隔離的次級(jí)高壓；第一高壓整流器電路2將第一移相隔離二重變壓器電路1的一個(gè)次級(jí)產(chǎn)生的電壓 整流成高壓直流電壓；第二高壓整流器電路3將第一移相隔離二重變壓器電路1的另一個(gè)次級(jí)產(chǎn)生的電 壓整流成高壓直流電壓；第一電容穩(wěn)壓濾波電路4將第一高壓整流器電路2產(chǎn)生的直流電壓進(jìn)行穩(wěn)壓和濾 波；第二電容穩(wěn)壓濾波電路5將第二高壓整流器電路3產(chǎn)生的直流電壓進(jìn)行穩(wěn)壓和濾 波；五電平二極管箝位式高壓低頻逆變器級(jí)聯(lián)單元電路6將高壓直流電壓逆變成五 電平工頻階梯電壓波形；[0046]第一隔離驅(qū)動(dòng)電路7產(chǎn)生五電平二極管箝位式高壓低頻逆變器級(jí)聯(lián)單元電路6的 開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)；控制部分電路8給第一隔離驅(qū)動(dòng)電路7提供控制信號(hào)，且根據(jù)五電平二極管箝位 式高壓低頻逆變器級(jí)聯(lián)單元電路6輸出的反饋信號(hào)給第二隔離驅(qū)動(dòng)電路15提供控制信 號(hào)；第二移相隔離二重變壓器電路9將A相交流輸入高壓變?yōu)閮蓚€(gè)隔離的次級(jí)低壓；第一低壓整流器電路10將第二移相隔離二重變壓器電路9的一個(gè)次級(jí)產(chǎn)生的電 壓整流成高壓直流電壓；第二低壓整流器電路11將第二移相隔離二重變壓器電路9的另一個(gè)次級(jí)產(chǎn)生的 電壓整流成高壓直流電壓；第三電容穩(wěn)壓濾波電路12將第一低壓整流器電路10產(chǎn)生的直流電壓進(jìn)行穩(wěn)壓和 濾波；第四電容穩(wěn)壓濾波電路13將第二低壓整流器電路11產(chǎn)生的直流電壓進(jìn)行穩(wěn)壓和 濾波；五電平二極管箝位式低壓高頻逆變器級(jí)聯(lián)單元電路14將低壓直流電壓逆變成五 電平高頻P麗電壓；第二隔離驅(qū)動(dòng)電路15產(chǎn)生五電平二極管箝位式低壓高頻逆變器級(jí)聯(lián)單元電路14 的開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)；輸出濾波電路16與五電平二極管箝位式低壓高頻逆變器級(jí)聯(lián)單元電路14和五電 平二極管箝位式高壓低頻逆變器級(jí)聯(lián)單元電路6的級(jí)聯(lián)輸出相連接，對(duì)A相級(jí)聯(lián)輸出波形 進(jìn)行濾波。所述的控制部分電路8為DSP芯片或者CPLD芯片。DSP芯片型號(hào)為 TMS320LF2407A。CPLD 芯片型號(hào)為 EPM1270T144C5。本實(shí)用新型中，所述五電平二極管箝位式高壓低頻逆變器電路6的開關(guān)器件采用 GT0/IGCT等開關(guān)頻率較低的大功率開關(guān)器件，五電平二極管箝位式低壓高頻逆變器電路采 用IGBT等開關(guān)頻率較低的小功率開關(guān)器件。五電平二極管箝位式高壓低頻逆變器采用固 定脈寬控制方式輸出波形(見圖3)，采用這種方式，開關(guān)器件可以工作在很低的開關(guān)頻率， 因而使得大功率逆變器的開關(guān)損耗就很低。五電平二極管箝位式低壓高頻逆變器電路采用 基于四個(gè)具有相同相位三角載波的高頻PWM調(diào)制方法輸出波形(見圖4)，調(diào)制信號(hào)為理想 參考輸出正弦信號(hào)與低頻大功率逆變器輸出信號(hào)的差值。通過這樣級(jí)聯(lián)組合輸出的電壓波 形諧波含量就非常低(見圖5和圖6)。由于主電路中的開關(guān)器件多達(dá)48個(gè)，所以需要48路控制脈沖輸出，只用DSP來(lái)實(shí) 現(xiàn)具有相當(dāng)?shù)碾y度，如果采用CPLD來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制，又會(huì)被CPLD的內(nèi)部資源和成本所限 制，因此如果把兩者結(jié)合起來(lái)，采用DSP+CPLD的控制系統(tǒng)，利用可編程邏輯器件速度快、I/ 0 口多的特點(diǎn)，可以很容易的輸出多路固定脈寬波形以及多路高頻PWM波形，并且可以保證 同步性，同時(shí)節(jié)省DSP的資源，這樣就可以利用DSP來(lái)實(shí)現(xiàn)控制和運(yùn)算功能。
權(quán)利要求一種新型雙頻控制大功率逆變器，其特征在于由三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的逆變器輸出電路組成，每個(gè)逆變器輸出電路包括有將交流高壓輸入變?yōu)閮蓚€(gè)隔離的次級(jí)高壓的第一移相隔離二重變壓器電路(1)；將第一移相隔離二重變壓器電路(1)的一個(gè)次級(jí)產(chǎn)生的電壓整流成高壓直流電壓的第一高壓整流器電路(2)；將第一移相隔離二重變壓器電路(1)的另一個(gè)次級(jí)產(chǎn)生的電壓整流成高壓直流電壓的第二高壓整流器電路(3)；將第一高壓整流器電路(2)產(chǎn)生的直流電壓進(jìn)行穩(wěn)壓和濾波的第一電容穩(wěn)壓濾波電路(4)；將第二高壓整流器電路(3)產(chǎn)生的直流電壓進(jìn)行穩(wěn)壓和濾波的第二電容穩(wěn)壓濾波電路(5)；將高壓直流電壓逆變成五電平工頻階梯電壓波形的五電平二極管箝位式高壓低頻逆變器級(jí)聯(lián)單元電路(6)；產(chǎn)生五電平二極管箝位式高壓低頻逆變器級(jí)聯(lián)單元電路(6)的開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)的第一隔離驅(qū)動(dòng)電路(7)；給第一隔離驅(qū)動(dòng)電路(7)提供控制信號(hào)，且根據(jù)五電平二極管箝位式高壓低頻逆變器級(jí)聯(lián)單元電路(6)輸出的反饋信號(hào)給第二隔離驅(qū)動(dòng)電路(15)提供控制信號(hào)的控制部分電路(8)；將交流輸入高壓變?yōu)閮蓚€(gè)隔離的次級(jí)低壓的第二移相隔離二重變壓器電路(9)；將第二移相隔離二重變壓器電路(9)的一個(gè)次級(jí)產(chǎn)生的電壓整流成高壓直流電壓的第一低壓整流器電路(10)；將第二移相隔離二重變壓器電路(9)的另一個(gè)次級(jí)產(chǎn)生的電壓整流成高壓直流電壓的第二低壓整流器電路(11)；將第一低壓整流器電路(10)產(chǎn)生的直流電壓進(jìn)行穩(wěn)壓和濾波的第三電容穩(wěn)壓濾波電路(12)；將第二低壓整流器電路(11)產(chǎn)生的直流電壓進(jìn)行穩(wěn)壓和濾波的第四電容穩(wěn)壓濾波電路(13)；將低壓直流電壓逆變成五電平高頻PWM電壓的五電平二極管箝位式低壓高頻逆變器級(jí)聯(lián)單元電路(14)；產(chǎn)生五電平二極管箝位式低壓高頻逆變器級(jí)聯(lián)單元電路(14)的開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)的第二隔離驅(qū)動(dòng)電路(15)；與五電平二極管箝位式低壓高頻逆變器級(jí)聯(lián)單元電路(14)和五電平二極管箝位式高壓低頻逆變器級(jí)聯(lián)單元電路(6)的級(jí)聯(lián)輸出相連接的輸出濾波電路(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型雙頻控制大功率逆變器，其特征在于所述的控制部 分電路⑶為DSP芯片或者CPLD芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型雙頻控制大功率逆變器，其特征在于所述DSP芯片 型號(hào)為 TMS320LF2407A。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型雙頻控制大功率逆變器，其特征在于所述CPLD芯片 型號(hào)為 EPM1270T144C5。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種新型雙頻控制大功率逆變器，其包括有移相隔離二重變壓器電路、高壓整流器電路、電容穩(wěn)壓濾波電路、五電平二極管箝位式高壓低頻逆變電路、五電平二極管箝位式低壓高頻逆變電路、輸出濾波電路，以及與逆變電路連接的隔離驅(qū)動(dòng)電路、與隔離驅(qū)動(dòng)電路連接的控制電路。本實(shí)用新型目的在于提供一種工作效率高、控制簡(jiǎn)單、輸出諧波含量小、系統(tǒng)響應(yīng)快的新型雙頻控制大功率逆變器。
文檔編號(hào)H02M7/48GK201726332SQ20102024072
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月21日
發(fā)明者徐園, 熊宇, 葛中海 申請(qǐng)人:中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院