一种可变频变压的多电平大功率电压源的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种可变频变压的多电平大功率电压源，其包括：第一PWM逆变器和第二PWM逆变器，以及第一直流电源和第二直流电源，第一、第二PWM逆变器的输入端分别与第一、第二直流电源的输出端连接，第一、第二PWM逆变器的输出端分别经三相滤波器后接变压器原边绕组的首末端。本电压源的电压调节控制灵活，可通过单套逆变器生成较大的电压矢量，然后通过两种电压矢量的夹角控制，生成较低的电压，直至零电压，因此本电压源在低电压输出时电压精度高、谐波小。当两套逆变器频率一致时，通过控制频率，可以输出变频电压；当两套逆变器频率不一致时，可产生叠频电压输出。
【专利说明】一种可变频变压的多电平大功率电压源
[0001]
【技术领域】 本发明涉及一种大功率电压源，具体说，是涉及一种可变频变压的大功率电压源拓扑 结构的改进。
【背景技术】
[0002] 三相可变频变压的逆变电压源已有较广泛的应用，多采用单套逆变器实现，其基 本结构主要包括直流源、PWM逆变器、滤波电路等部分，直接或通过变压器进行输出。
[0003] 逆变电源实现三相交流输出最简单的方案是直接采用三相全桥逆变器实现三相 交流输出，以三相PWM逆变器的三相输出分别作为A、B、C三相，这种拓扑技术较为成熟， 控制简单可靠，但是对于较低电压或者零电压输出，因为逆变器中可控半导体器件（比如 IGBT)死区、最小导通和关断时间等的设置，低电压输出时电压精度很差、谐波大。
[0004]
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的上述缺陷，提供一种可变频变压的多 电平大功率电压源。
[0005] 为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下： 一种可变频变压的多电平大功率电压源，包括：第一 PWM逆变器和第二PWM逆变器，以 及第一直流电源和第二直流电源，所述第一、第二PWM逆变器的输入端分别与第一、第二直 流电源的输出端连接，第一、第二PWM逆变器的输出端分别经三相滤波器后接入变压器原 边绕组的首末端，所述第一直流电源正负极之间连接有第一滤波电容，所述第二直流电源 正负极之间连接有第二滤波电容。
[0006] 本发明还具有如下进一步的改进： 1、所述变压器为三相变压器或三个单相变压器组成的变压器组。
[0007] 2、所述第一直流电源与第二直流电源可并联，或共地，或互相独立。
[0008] 3、所述第一 PWM逆变器、第二PWM逆变器为两电平三相PWM逆变器或三电平三相 PWM逆变器中的一种。
[0009] 4、所述三相滤波器为LC三相滤波器，LC三相滤波器的三相电容呈星形连接或角 形连接。
[0010] 5、所述三相滤波器为LCL三相滤波器，LCL三相滤波器的三相电容呈星形连接或 角形连接。
[0011] 6、本发明还具有PWM控制器，所述PWM控制器具有两组控制信号输出端，分别控制 所述第一、第二PWM逆变器。
[0012] 本发明具有两套逆变器，分别接变压器原边绕组的首末端，其绕组电压即为两逆 变器输出电势差。当两套逆变电源输出电压相位相同，幅值相同时，变压器输入绕组两端电 压相同，电势差为零，则输出电压为零；若电压幅值相同，相位具有较小差别时，可得到较低 电压。通过控制器控制两套逆变电源的电压输出相位和幅值，就可得到需求的电压。当两 路逆变电源的输出频率一致时，通过控制频率，可以产生变频电压；当两者输出频率不一致 时，可产生叠频电压。
[0013] 相对于现有技术，本发明具有如下有益效果： 1、本发明是一种多电平电压源，输出相电压可以为三电平、四电平或五电平(相电压为 三电平时，线电压为五电平：在变压器绕组两端接入对称的两电平逆变器情况下，可以得 至IJ 9种不同的输出电压，设两电平逆变器的直流母线电压为Ud，则这9种输出电压分别是 土Ud、±4Ud/3、±2Ud/3、土Ud/3、0,线电压得到5种不同的输出电平，分别是土Ud、±2Ud、 0)。
[0014] 2、电源的电压调节控制灵活，可以通过两套逆变器产生的电压矢量，用矢量合成 法进行电压调节。比如可通过调节每套逆变器的电压矢量大小来进行电压控制，也可以通 过调节两套逆变器的电压矢量夹角来进行电压控制。
[0015] 3、本电压源可通过单套逆变器生成较大的电压矢量，然后通过两种电压矢量的夹 角控制，生成较低的电压，直至零电压，因此本电压源在低电压输出时电压精度高、谐波小。
[0016] 4、当两台逆变器输出频率不同时，产生叠频电压输出；当两台逆变器的输出频率 一致时，通过同时改变频率进行变频电压输出。
[0017] 5、一套逆变器可做基波输出，另一套做为谐波发生器，扩宽了本电压源的应用领 域。
[0018] 本发明涉及对大功率电压源拓扑结构的改进，该拓扑结构所带来的有益效果不依 赖于软件或逆变器控制方法而实现。
[0019]
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1是本发明的原理框图。
[0021] 图2是两电平三相PWM逆变器电原理图。
[0022] 图3是三电平三相PWM逆变器电原理图。
[0023] 图4是电容呈星形连接的LC三相滤波器电原理图。
[0024] 图5是电容呈角形连接的LC三相滤波器电原理图。
[0025] 图6是电容呈星形连接的LCL三相滤波器电原理图。
[0026] 图7是电容呈角形连接的LCL三相滤波器电原理图。
[0027] 图8-图11变压器原边绕组相电压矢量合成图。
【具体实施方式】
[0028] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明 实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0029] 如图1所示，本实施例提供的一种可变频变压的多电平大功率电压源，包括：第一 PWM逆变器1和第二PWM逆变器2,以及第一直流电源E1和第二直流电源E2,第一 PWM逆变 器1、第二PWM逆变器2的输入端分别与第一直流电源E1、第二直流电源E2的输出端连接， 第一 PWM逆变器1、第二PWM逆变器2的输出端分别经第一三相滤波器3、第二三相滤波器 4后接入变压器5的原边绕组的首末端，第一直流电源E1正负极之间连接有第一滤波电容 C1，第二直流电源E2正负极之间连接有第二滤波电容C2。
[0030] 直流电源输出的直流电经过电容滤波后输入PWM逆变器，PWM逆变器将直流电逆 变成交流电，通过三相滤波器滤波后输出，根据实际所需电压的要求，（通过PWM逆变控制 器）控制逆变器输出频率、幅值和相位一定的交流电压。变压器次边绕组可接成星型或角 型，通过控制两路逆变器输出电压的频率、幅值和相位，输出电压和频率可调节的三相电 压。
[0031] 本实施例第一 PWM逆变器、第二PWM逆变器采用的是如图2所示的两电平三相PWM 逆变器。除此之外，还可以选用如图3所示的三电平三相PWM逆变器。本电压源中的两个 逆变器中，还可以一套采用两电平结构，一套采用三电平结构，结构形式可以任意组合。当 两套逆变电源同时采用两电平结构时，输出电压为三电平；当一套采用两电平结构，另外一 套采用三电平结构时，输出电压为四电平；当两套电源同时采用三电平结构时，输出电压为 五电平。
[0032] 本实施例逆变输出三相滤波器的方案图如图4所示，为LC三相滤波器，该LC三相 滤波器的三相电容呈星形连接形式，除此之外，还可以采用如图5所示的电容呈角形连接 的LC三相滤波器；或者采用如图6所示电容呈星形连接的LCL三相滤波器；或者采用如图 7所示电容呈角形连接的LCL三相滤波器。
[0033] 若两个直流电源的电压相等时，则两个直流电源可以并联使用，或是具有共同地 电位使用，也可以是两个完全独立的直流电源使用；若直流电源的电压不相等时，两路直流 源可以独立，也可以共地电位使用。
[0034] 两套逆变器输出电压，分别接变压器原边绕组的首末端，其绕组电压即为两逆变 器输出电势差，电压矢量合成图参见图8-图11。图中u'为第一支路输出的相电压，u' '为 第二支路输出的相电压，u为变压器原边的相电压。
[0035] 图8中输出的是低电压，图9中输出的是零电压，图10中输出的是较大电压；图11 输出的是最大电压。
[0036] 最后有必要在此说明的是：上述内容只用于对本发明的技术方案作进一步详细说 明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出 的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种可变频变压的多电平大功率电压源，其特征在于，包括：第一 PWM逆变器和第二 PWM逆变器，以及第一直流电源和第二直流电源，所述第一、第二PWM逆变器的输入端分别 与第一、第二直流电源的输出端连接，第一、第二PWM逆变器的输出端分别经三相滤波器后 接入变压器原边绕组的首末端，所述第一直流电源正负极之间连接有第一滤波电容，所述 第二直流电源正负极之间连接有第二滤波电容。
2. 根据权利要求1所述的多电平大功率电压源，其特征在于：所述变压器为三相变压 器或三个单相变压器组成的变压器组。
3. 根据权利要求1所述的多电平大功率电压源，其特征在于：所述第一直流电源与第 二直流电源并联，或共地，或互相独立。
4. 根据权利要求1所述的多电平大功率电压源，其特征在于：所述第一 PWM逆变器、第 二PWM逆变器为两电平三相PWM逆变器或三电平三相PWM逆变器中的一种。
5. 根据权利要求1所述的多电平大功率电压源，其特征在于：所述三相滤波器为LC三 相滤波器，LC三相滤波器的三相电容呈星形连接或角形连接。
6. 根据权利要求1所述的多电平大功率电压源，其特征在于：所述三相滤波器为LCL 三相滤波器，LCL三相滤波器的三相电容呈星形连接或角形连接。
7. 根据权利要求1所述的多电平大功率电压源，其特征在于：还具有PWM控制器，所述 PWM控制器具有两组控制信号输出端，分别控制所述第一、第二PWM逆变器输出。
【文档编号】H02M7/5387GK104124882SQ201410256659
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年6月10日 优先权日:2014年6月10日
【发明者】周细文, 周金博, 刘景芝, 章辉 申请人:周细文, 江苏有能新能源有限公司