專利名稱：可主動平衡中性點鉗位電壓的三電平三相電源變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可變速驅(qū)動電動機的逆變器、伺服驅(qū)動器等電力轉(zhuǎn)換裝置、作為連接系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換裝置之一的三電平中性點鉗位式PWM (脈寬調(diào)制)逆變器裝置、以及在該三電平中性點鉗位式PWM逆變器裝置中使用的、控制正母線和負(fù)母線之間串聯(lián)連接的兩個電容器間中性點電壓(電流)平衡裝置。
背景技術(shù)：
如圖I是表示三電平中性點鉗位式PWM逆變器裝置的主電路結(jié)構(gòu)的電路圖。三電平中性點鉗位式PWM逆變器裝置由2個電容器7、3相的輸出端子UVW、12個開關(guān)元件以及18個二極管9構(gòu)成。在這種三電平中性點鉗位式PWM逆變器裝置中，使開關(guān)元件8p82導(dǎo)通時，各相的輸出端子和與P點連接的正母線連接，各相的輸出電壓變?yōu)楦唠娖健Ｊ归_關(guān)元件82、83導(dǎo)通時，各相的輸出端子與中性點C點連接，各相的輸出相電壓變成高電平和低電平中間的中間電平(中性點電壓)。使開關(guān)元件83、84導(dǎo)通時，各相的輸出端子和與N點連接的負(fù)母線連接，各相的輸出相電壓變成低電平。在三電平中性點鉗位式PWM逆變器裝置中，一般以上的3種模式為基本切換各開關(guān)元件8，驅(qū)動3相負(fù)載。在這種三電平中性點鉗位式PWM逆變器裝置中，利用電容器7的分壓得到中性點電壓，但是該中性點電壓隨著供給給負(fù)載的電流而變動。中性點電壓變動時，過電壓作用于電容器7，可能會導(dǎo)致電容器7的壽命降低或損壞。因此，在三電平中性點鉗位式PWM的逆變器裝置中，需要進行用于抑制中性點電壓的變動的中性點電位的控制。以往，在如上述構(gòu)成的中性點鉗位式PWM逆變器裝置的中性點電壓控制中，作為PWM脈沖產(chǎn)生方法使用雙極性調(diào)制、單極性調(diào)制，通過電壓指令的增減，控制流向中性線的電流。中國專利公開號CN 100334801C,
公開日2007年8月29日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為中性點鉗位式脈寬調(diào)制逆變器裝置，該申請案公開了根據(jù)正母線、負(fù)母線以及中性線分別與3相的相輸出端子連接的3相輸出電壓的時間的計算值和在該狀態(tài)下的所述的中性點預(yù)測電流值之積的第一個計算值、處于3相的相輸出端子中的2個與正母線或中性線連接而剩下的I個與所述中性線或負(fù)母線連接點狀態(tài)I及相反的狀態(tài)2的3相輸出電壓的時間的計算值與在該狀態(tài)I及2的所述中性線預(yù)測電流值之積的第二及第三計算值，決定PWM周期中的狀態(tài)I和2的時間比率，使得流向中性線的電流接近零，或使3相輸出電壓的中性線的電位接近正母線電壓和負(fù)母線電壓的正中間的電壓。其不足之處在于在控制中性線電流時，采用改變電壓矢量的比率的方法，將造成輸出的線電壓和部分共模電壓部分退化為與二電平PWM逆變器的輸出的線電壓和共模電壓相同，不僅帶來了控制上的復(fù)雜性，而且會產(chǎn)生較多的諧波和較強的電磁干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種三相中性點鉗位式PWM逆變器裝置，可以高效率地抑制中性點電壓的變動，并且三相中性點鉗位式PWM逆變器裝置可以按照正常開關(guān)信號模式控制，無需為抑制中性點電壓波動而改變電壓矢量比率。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種三相中性點鉗位式PWM逆變器裝置，該三相中性點鉗位式PWM逆變器裝置由二部分裝置構(gòu)成，第一部分裝置為三相中性點鉗位式PWM逆變器裝置，第二部分裝置為抑制中性點電壓偏移的裝置，所述的第二部分裝置通過串聯(lián)電感與所述的第一部分裝置的中性點連接。其中所述的三相中性點鉗位式PWM逆變器裝置具有正母線、負(fù)母線以及中性線，分為3相設(shè)有中性點鉗位式PWM逆變器，各中性點鉗位式PWM逆變器在正母線和相輸出端子及負(fù)母線和相輸出端子之間分別串聯(lián)連接第一個和第二個開關(guān)元件及第三和第四開關(guān)元件，而且所述第一和所述第二開關(guān)元件的連接點及所述的第三和所述的第四開關(guān)元件的連接點分別經(jīng)由鉗位元件與所述中性點連接，在所述的正母線和所述的中性點之間及所述的負(fù)母線和所述的中性點之間分別串聯(lián)連接第一個電容器及第二個電容器，其中所述的抑制中性點電壓偏移的裝置具有正母線、負(fù)母線以及中性線，在所述的正母線和所述的中性點之間及所述的負(fù)母線和所述的中性點之 間分別串聯(lián)第五個開關(guān)元件和第六個開關(guān)元件，所述的第五個開關(guān)元件和第六個開關(guān)元件分別并聯(lián)續(xù)流二極管，且所述的第五個開關(guān)元件與所述的第六個開關(guān)元件中間點與所述的三相中性點鉗位式PWM逆變器裝置通過一個電感器串聯(lián)連接。本裝置可以在所述的三相中性點鉗位式PWM逆變器裝置的中性點電壓小于所述的正母線電位和所述負(fù)母線電位之間的正中間的電位時，可以開通所述的第五個開關(guān)元件，關(guān)閉所述的第六個開關(guān)元件，使所述的中性點電壓升高，使所述的中性線的電位接近所述正母線電位和所述負(fù)母線電位之間的正中間的電位；當(dāng)所述的三相中性點鉗位式PWM逆變器裝置的中性點電壓大于所述的正母線電位和所述負(fù)母線電位之間的正中間的電位時，可以關(guān)閉所述的第五個開關(guān)元件，開通所述的第六個開關(guān)元件，使所述的中性點電壓降低，使所述的中性線的電位接近所述正母線電位和所述負(fù)母線電位之間的正中間的電位。本裝置還可以在電流流入所述的三相中性點鉗位式PWM逆變器裝置的中性點時可以開通所述的第六個開關(guān)元件，關(guān)閉所述的第五個開關(guān)元件，向所述的中性點抽取電流，當(dāng)電流流出所述的三相中性點鉗位式PWM逆變器裝置的中性點時時，可以開通所述的第五個開關(guān)元件，關(guān)閉所述的第六個開關(guān)元件，向所述的中性點注入電流。本裝置還可以在三相中性點鉗位式三電平PWM逆變器裝置的電源為整流輸入時，在所述的抑制中性點電壓偏移裝置的所述的正母線和所述的三相中性點鉗位式PWM逆變器所述的正母線之間串聯(lián)連接一個二極管，在所述的抑制中性點電壓偏移裝置的所述的正母線和外接電源正電位之間串聯(lián)連接一個電感。通過上述辦法，可以在保證PWM逆變器在正常的開關(guān)信號模式控制下，使中性點電位變動盡量接近零，或通過使中性線的電位接近正母線和負(fù)母線電壓之間的正中間的電位，可以高效抑制中性點電位變動，因此可以提高安全性，提高輸出電壓的質(zhì)量。


圖I是表示三電平逆變器裝置的主電路結(jié)構(gòu)的電路圖。圖2是表示帶有抑制中性點電流偏移裝置的三電平逆變器裝置的主電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖3是三相中性點鉗位式PWM變換裝置的輸出電壓空間向量圖。圖4是表示三相中性點鉗位式逆變器的開關(guān)狀態(tài)組中小矢量輸出示例圖。圖5是表示三相中性點鉗位式逆變器的開關(guān)狀態(tài)組中中矢量輸出示例圖。圖6是表示帶有三個橋臂的抑制中性點電流偏移裝置的三電平逆變器裝置的主電路結(jié)構(gòu)的電路圖。 圖7是表示電源為整流輸入時可主動平衡中性點鉗位電壓的三電平三相電源變換裝置的主電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細(xì)描述。實施例1，如圖2是表示本實施例的帶有抑制中性點電流偏移裝置的三電平逆變器裝置的主電路結(jié)構(gòu)的電路圖。如圖2所示，本實例由二部分裝置組成，第一部分裝置為三相中性點鉗位式三電平PWM逆變器裝置，第二部分裝置為主動平衡中性點鉗位電壓的裝置，主動平衡中性點鉗位電壓的裝置在正母線和中性線之間串聯(lián)高頻開關(guān)元件1，在中性線和負(fù)母線之間串聯(lián)高頻開關(guān)元件2，并且2個高頻開關(guān)元件并聯(lián)續(xù)流二極管3，在2個高頻開關(guān)元件和三相中性點鉗位式三電平PWM逆變器裝置的中性點c之間串聯(lián)電感4。圖3為三相中性點鉗位式PWM變換裝置的輸出電壓空間向量圖，其中包括27個輸出電壓矢量，按照矢量的模長可以分成小矢量(ap，an和bp，bn)，中矢量(c)，大矢量(a和b)和零矢量(op、OO和on)，將空間矢量圖分成A F 6個大區(qū),每個大區(qū)又可以分為4個小三角形區(qū)域。當(dāng)PWM變換裝置的輸出電壓處于圖3所示的24個區(qū)域中的某一個時，可以用組成該區(qū)域的電壓矢量替代。當(dāng)三相中性點鉗位式三電平PWM逆變器裝置輸出電壓矢量位于AfFl區(qū)域時，輸出電壓矢量可以由電壓矢量ap、an、bp、bn、op、oo和on來代替。由圖4可見兩對冗余矢量ap和an與bp和bn對中性點電壓影響是相反的,在一個載波周期內(nèi)，選取相同寬度的ap與an，相同寬度的bp與bn。其中零矢量op、oo和on對中性點電位沒有影響。當(dāng)三相中性點鉗位式三電平PWM逆變器裝置輸出電壓矢量位于A2>2區(qū)域時，輸出電壓矢量可以由電壓矢量ap、an、a和c來代替。由圖4冗余矢量ap和an對中性點電壓影響是相反的，在一個載波周期內(nèi)選取相同寬度的ap與an ;對于c矢量，如圖5所示，沒有冗余的矢量，若c矢量使中性點電位小于正母線電位和負(fù)母線電位之間的正中間的電位VO時，可以開通圖2所示的主動平衡中性點鉗位電壓的裝置的開關(guān)元件1，關(guān)斷主動平衡中性點鉗位電壓的裝置開關(guān)元件2，使中性點電位升高；若中性點電位大于VO時，可以關(guān)斷主動平衡中性點鉗位電壓的裝置的開關(guān)元件1，開通主動平衡中性點鉗位電壓的裝置的開關(guān)元件2 ;其中大矢量a對中性點電位沒有影響。當(dāng)三相中性點鉗位式三電平PWM逆變器裝置輸出電壓矢量位于A4>4區(qū)域時，輸出電壓矢量可以由電壓矢量bp、bn、b和c來代替。由圖4冗余矢量bp和bn對中性點電壓影響是相反的，在一個載波周期內(nèi)選取相同寬度的bp與bn ;對于c矢量，如圖5所示，沒有冗余的矢量，若c矢量使中性點電位小于VO時，可以開通圖2所示的主動平衡中性點鉗位電壓的裝置的開關(guān)元件1，關(guān)斷主動平衡中性點鉗位電壓的裝置的開關(guān)元件2，使中性點電位升高；若中性點電位大于VO時，可以關(guān)斷主動平衡中性點鉗位電壓的裝置的開關(guān)元件1，開通主動平衡中性點鉗位電壓的裝置的開關(guān)元件2 ;其中大矢量b對中性點電位沒有影響。當(dāng)三相中性點鉗位式三電平PWM逆變器裝置輸出電壓矢量位于A3>3區(qū)域時，輸出電壓矢量可以由電壓矢量ap、an、bp、bn和c來代替。由圖4可見兩對冗余矢量ap和an與bp和bn對中性點電壓影響是相反的,在一個載波周期內(nèi)，選取相同寬度的ap與an,相同寬度的bp與bn ;對于c矢量,如圖5所示,沒有冗余矢量,若c矢量使中性點電位小于V0，可以開通圖2所示的主動平衡中性點鉗位電壓的裝置的開關(guān)元件1，關(guān)斷主動平衡中性點鉗位電壓的裝置的開關(guān)元件2，使中性點電位升高；若中性點電位大于VO時，可以關(guān)斷主動平衡中性點鉗位電壓的裝置的開關(guān)元件1，開通主動平衡中性點鉗位電壓的裝置的開關(guān)元件2 ;其中大矢量a對中性點電位沒有影響。實施例2，其次，參照圖6說明本發(fā)明的實施例2的可主動平衡中性點鉗位電壓的三電平三相電源變換裝置。圖6是表示本發(fā)明的實施例2的可主動平衡中性點鉗位電壓的三電平三相電源變換裝置的主電路結(jié)構(gòu)的電路圖。本實施例可主動平衡中性點鉗位電壓的三電平三相電源變換裝置與上述實施例的可主動平衡中性點鉗位電壓的三電平三相電源 變換裝置不同點在于在正母線和負(fù)母線之間連接了 3個上例所述的主動平衡中性點鉗位電壓的裝置，并且每一個主動平衡中性點鉗位電壓的裝置在2個高頻開關(guān)元件和三相中性點鉗位式三電平PWM逆變器裝置的中性點c之間分別通過串聯(lián)電感4連接。當(dāng)替代三相中性點鉗位式三電平PWM逆變器裝置的輸出電壓矢量包括c矢量時，控制中性點電位升高或者降低是由所述的三個主動平衡中性點鉗位電壓的裝置完成。實施例3，說明本發(fā)明的另外一個可主動平衡中性點鉗位電壓的三電平三相電源變換裝置。圖7是表示本實施例的可主動平衡中性點鉗位電壓的三電平三相電源變換裝置的主電路結(jié)構(gòu)的電路圖。本實施例可主動平衡中性點鉗位電壓的三電平三相電源變換裝置與上述實施例的可主動平衡中性點鉗位電壓的三電平三相電源變換裝置不同點在于在三相中性點鉗位式三電平PWM逆變器裝置的電源為整流輸入時，主動平衡中性點鉗位電壓的裝置的正母線和三相中性點鉗位式三電平PWM逆變器裝置的正母線之間串聯(lián)連接一個二極管；主動平衡中性點鉗位電壓的裝置的正母線電源正電位之間串聯(lián)連接一個電感。當(dāng)替代三相中性點鉗位式三電平PWM逆變器裝置的輸出電壓矢量包括c矢量時，主動平衡中性點鉗位電壓的裝置控制中性點電位升高或者降低，開關(guān)元件I和2至少有一個導(dǎo)通，此時電源向電感充電；當(dāng)替代三相中性點鉗位式三電平PWM逆變器裝置的輸出電壓矢量不包括c矢量時，根據(jù)整流器輸出電壓的瞬時值同時開通或關(guān)斷，為電感儲能或者向2個電容充電，保持直流側(cè)電壓基本恒定。
權(quán)利要求
1.一種可主動平衡中性點鉗位電壓的三電平三相電源變換裝置，其特征在于所述的三相中性點鉗位式PWM逆變器裝置由二部分裝置構(gòu)成，第一部分裝置為三相中性點鉗位式PWM逆變器裝置，第二部分裝置為抑制中性點電壓偏移的裝置，所述的第二部分裝置通過串聯(lián)電感與所述的第一部分裝置的中性點連接。
2.如權(quán)利要求書I所述的一種可主動平衡中性點鉗位電壓的三電平三相電源變換裝置，其特征在于，所述的三相中性點鉗位式PWM逆變器裝置具有正母線、負(fù)母線以及中性線，分為3相設(shè)有中性點鉗位式PWM逆變器，各中性點鉗位式PWM逆變器在正母線和相輸出端子及負(fù)母線和相輸出端子之間分別串聯(lián)連接第一個和第二個開關(guān)元件及第三和第四開關(guān)元件，而且所述第一和所述第二開關(guān)元件的連接點及所述的第三和所述的第四開關(guān)元件的連接點分別經(jīng)由鉗位元件與所述中性點連接，在所述的正母線和所述的中性點之間及所述的負(fù)母線和所述的中性點之間分別串聯(lián)連接第一個電容器及第二個電容器。
3.如權(quán)利要求書I所述的一種可主動平衡中性點鉗位電壓的三電平三相電源變換裝置，其特征在于，所述的抑制中性點電壓偏移的裝置具有正母線、負(fù)母線以及中性線，在所述的正母線和所述的中性點之間及所述的負(fù)母線和所述的中性點之間分別串聯(lián)第五個開關(guān)元件和第六個開關(guān)元件，所述的第五個開關(guān)元件和第六個開關(guān)元件分別并聯(lián)續(xù)流二極管，并且所述的第五個開關(guān)元件與所述的第六個開關(guān)元件的中間點與所述的三相中性點鉗位式PWM逆變器裝置通過一個電感器串聯(lián)連接。
4.如權(quán)利要求I所述的一種可主動平衡中性點鉗位電壓的三電平三相電源變換裝置，其特征在于，當(dāng)所述的三相中性點鉗位式PWM逆變器裝置的中性點電壓小于所述的正母線電位和所述負(fù)母線電位之間的正中間的電位時，可以開通所述的第五個開關(guān)元件，關(guān)閉所述的第六個開關(guān)元件，使所述的中性點電壓升高，使所述的中性線的電位接近所述正母線電位和所述負(fù)母線電位之間的正中間的電位；當(dāng)所述的三相中性點鉗位式PWM逆變器裝置的中性點電壓大于所述的正母線電位和所述負(fù)母線電位之間的正中間的電位時，可以關(guān)閉所述的第五個開關(guān)元件，開通所述的第六個開關(guān)元件，使所述的中性點電壓降低，使所述的中性線的電位接近所述正母線電位和所述負(fù)母線電位之間的正中間的電位。
5.如權(quán)利要求I所述的一種可主動平衡中性點鉗位電壓的三電平三相電源變換裝置，其特征在于，當(dāng)電流流入所述的三相中性點鉗位式PWM逆變器裝置的中性點時可以開通所述的第六個開關(guān)元件，關(guān)閉所述的第五個開關(guān)元件，向所述的中性點抽取電流，當(dāng)電流流出所述的三相中性點鉗位式PWM逆變器裝置的中性點時時，可以開通所述的第五個開關(guān)元件，關(guān)閉所述的第六個開關(guān)元件，向所述的中性點注入電流。
6.如權(quán)利要求I所述的一種可主動平衡中性點鉗位電壓的三電平三相電源變換裝置，其特征在于當(dāng)三相中性點鉗位式三電平PWM逆變器裝置的電源為整流輸入時，在所述的抑制中性點電壓偏移裝置的所述的正母線和所述的三相中性點鉗位式PWM逆變器所述的正母線之間串聯(lián)連接一個二極管，在所述的抑制中性點電壓偏移裝置的所述的正母線和外接電源正電位之間串聯(lián)連接一個電感。
全文摘要
一種可主動平衡中性點鉗位電壓的三電平三相電源變換裝置，涉及作為連接系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換裝置之一的三電平中性點鉗位式PWM(脈寬調(diào)制)逆變器裝置、以及在該三電平中性點鉗位式PWM逆變器裝置中使用的、控制正母線和負(fù)母線之間串聯(lián)連接的兩個電容器間中性點電壓(電流)控制(平衡)裝置，該裝置由二部分裝置構(gòu)成，第一部分裝置為三相中性點鉗位式PWM逆變器裝置，第二部分裝置為抑制中性點電壓偏移的裝置，第二部分裝置通過串聯(lián)電感與第一部分裝置的中性點連接，抑制中性點電壓偏移的裝置可以高效的抑制三相中性點鉗位式PWM逆變器裝置的中性點電位變動，因此可以提高安全性，提高輸出電壓的質(zhì)量。
文檔編號H02P27/08GK102761285SQ20121023365
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月8日
發(fā)明者張翔 申請人:張翔