新型三相两电平逆变装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种新型的三相两电平逆变装置，包括与电网连接的电抗器、浪涌防护电路、三相不控整流器、限流电路、滤波电容、母线电压检测电路、三相逆变电路、三相电流检测电路、驱动电路、控制电路、RL负载依次连接组成。本系统用晶闸管代替IGBT，能够在满足传统三相两电平逆变器全部性能、功能的前提下，节约成本；同时，本实用新型提出的新型拓扑结构，易于用在三电平逆变器、五电平逆变器、单元串联多电平逆变器，模块化多电平变换器及相应的可控整流器中，在提高电力电子装置容量的同时，降低了成本。
【专利说明】
新型三相两电平逆变装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及电力电子领域，特别涉及一种新型的三相两电平逆变装置用以电气工程领域各类需要调压、调频、调速、谐波抑制及无功补偿等负载中。
【背景技术】
[0002]近年来，交流变频调速系统以其卓越的调速性能，显著的节电效果以及在世界经济各个领域的广泛适用性，在逐步取代直流调速系统的同时，成为最有前途的调速方式。在工业、交通运输、电力系统、电力电子装置用电源及家用电器等领域得到了广泛的应用。
[0003]电力电子器件的发展，对电力电子装置的发展起着决定性的作用。1904年出现的电子管、晶体管为电力电子变流技术奠定了基础。70年代出现的晶闸管使整流、逆变技术逐渐进入了电力电子变频时代，并逐步取代了以往的旋转变流机组。80年代出现的自关断大功率双极性晶体管(GTR)其性能远远超过半控型器件晶闸管，使其在变频领域迅速占领主导地位。但是，无论是GTR还是GTO都是电流型器件，都有驱动电流大，开关频率低的缺点。80年代初期出现的电力场效应管(MOSFET)属于电压型器件，驱动功率小，安全工作区大，开关频率高，但是这种器件耐电压、电流能力低，限制了它的应用范围。在80年代后期，以绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为代表的复合型器件异军突起。IGBT是MOSFET和BJT的复合，将MOSFET的驱动功率小、开关速度快的优点和BJT通态压降小、载流能力大的优点集于一体，性能非常优越。使之成为现代电力电子技术的主导器件。进入90年代，为了使电力电子装置的结构紧凑、体积减小，出现了将检测、驱动、保护等功能集成在一起的功率集成器件(IPM)。后来又在IPM的基础上，将逻辑、控制等功能集成在一起，构成功率集成电路(PIC)。目前，电力电子器件制造技术正向着高压大功率、高开关频率、高度集成、低驱动功率的方向发展。
[0004]电力电子器件的不断革新，使其应用技术得到了迅速发展，在二电平逆变器的基础上，出现了大量的新型拓扑结构。如中性点箝位三电平PWM逆变器、五电平PWM逆变器，单元串联多电平PWM逆变器，变压器耦合输出逆变器，模块化多电平变换器等。
[0005]新型功率器件的出现及新型拓扑结构的发展，在一定程度上提高了电力电子装置的性能及容量。但大量电力电子元件的使用，势必会降低电力电子装置的安全稳定性，提高电力电子装置的成本。
[0006]因此，亟待研发出在满足传统三相两电平逆变器的全部性能、功能的前提下节约成本的电力电子装置。
【发明内容】
[0007]发明目的
[0008]本实用新型提供一种电力电子装置，用于实现三相电源的变压、变频，将此功能用于三相两电平逆变装置中，目的在于调节负载电压、频率调节及转速等，可大幅降低系统成本。
[0009]技术方案
[0010]本实用新型是通过以下技术方案来实现的:
[0011]—种新型三相两电平逆变装置，其特征在于:包括与电网连接的电抗器、浪涌防护电路、三相不控整流器、限流电路、滤波电容、母线电压检测电路、三相逆变电路、三相电流检测电路、驱动电路、控制电路和RL负载；电抗器连接浪涌防护电路，浪涌防护电路连接三相不控整流器，三相不控整流器通过限流电路连接滤波电容，滤波电容连接母线电压检测电路，母线电压检测电路连接三相逆变电路，三相逆变电路连接三相电流检测电路和驱动电路，驱动电路连接控制电路，三相电流检测电路连接RL负载。
[0012]三相逆变电路是由第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管、第四晶闸管、第五晶闸管、第六晶闸管、第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管、第四续流二极管、第五续流二极管、第六续流二极管、第一吸收电容、第二吸收电容、第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT、第一正向二极管、第二正向二极管、第三正向二极管、第一反向二极管、第二反向二极管、第三反向二极管构成的三相九开关桥式连接组成;其中，第一晶闸管与第一续流二极管及第一吸收电容并联后与第一 IGBT串联，第一 IGBT与第一反向二极管及第一正向二极管串联并与第二吸收电容并联后与第四晶闸管串联，第四晶闸管与第四续流二极管及吸收电容并联;第二晶闸管与第二续流二极管及吸收电容并联后与第二 IGBT串联，第二IGBT与第二反向二极管及第二正向二极管串联并与吸收电容并联后与第五晶闸管串联，第五晶闸管与第五续流二极管及吸收电容并联;第三晶闸管与第三续流二极管及吸收电容并联后与第三IGBT串联，第三IGBT与第三反向二极管及第三正向二极管串联并与吸收电容并联后与第六晶闸管串联，第六晶闸管与第六续流二极管及吸收电容并联;第一晶闸管与第二晶闸管及第三晶闸管并联，第四晶闸管与第五晶闸管及第六晶闸管并联。
[0013]第一IGBT分频后通过第一正向二极管连接RL负载，RL负载连接第二反向二极管，第二反向二极管连接第二 IGBT，第二 IGBT连接第五晶闸管，第五晶闸管连回到三相不控整流器阳极;第二晶闸管连接第二 IGBT，第二 IGBT连接第二正向二极管，第二正向二极管连接RL负载，RL负载连接第三反向二极管，第三反向二极管连接第三IGBT，第三IGBT连接第六晶闸管，第六晶闸管连回到三相不控整流器阳极;第三晶闸管连接第三IGBT，第三IGBT连接第三正向二极管，第三正向二极管连接RL负载，RL负载连接第一反向二极管，第一反向二极管连接第一 IGBT，第一 IGBT连接第四晶闸管，第四晶闸管连回到三相不控整流器阳极。
[0014]优点及效果
[0015]本实用新型具有如下优点及有益效果:
[0016]本实用新型提出的一种新型的三相两电平逆变装置，用晶闸管代替IGBT，能够在满足传统三相两电平逆变器全部性能、功能的前提下，节约成本；同时，本实用新型提出的新型拓扑结构，易于用在三电平逆变器、五电平逆变器、单元串联多电平逆变器，模块化多电平变换器中，在提高电力电子装置容量的同时，降低成本。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型的结构不意图。
[0018]附图标记说明:
[0019]1、电网2、电抗器3、浪涌防护电路4、三相不控整流器5、限流电路6、滤波电容7、母线电压检测电路8、三相逆变电路9、三相电流检测电路10、驱动电路11、控制电路12、第一晶闸管13、第二晶闸管14、第三晶闸管15、第四晶闸管16、第五晶闸管17、第六晶闸管18、第一续流二极管19、第二续流二极管20、第三续流二极管21、第四续流二极管22、第五续流二极管23、第六续流二极管24、第一吸收电容25、第二吸收电容26、第一IGBT 27、第二IGBT 28、第三IGBT 29、第一正向二极管30、第二正向二极管31、第三正向二极管32、第一反向二极管33、第二反向二极管34、第三反向二极管35、RL负载。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本实用新型做进一步的说明:
[0021]本实用新型提出的一种新型的三相两电平逆变装置，用晶闸管代替IGBT，能够在满足传统三相两电平逆变器的全部性能、功能的前提下，节约成本；同时，本实用新型提出的新型拓扑结构，易于用在三电平逆变器、五电平逆变器、单元串联多电平逆变器，模块化多电平变换器及相应的可控整流器中，可在提高电力电子装置容量的同时，降低成本。
[0022]图1为本实用新型这种新型三相两电平逆变装置的结构示意图，如图所示，该装置包括与电网I连接的电抗器2、浪涌防护电路3、三相不控整流器4、限流电路5、滤波电容6、母线电压检测电路7、三相逆变电路8、三相电流检测电路9、驱动电路1、控制电路11和RL负载35ο
[0023]电抗器2连接浪涌防护电路3，浪涌防护电路3连接三相不控整流器4，三相不控整流器4通过限流电路5连接滤波电容6，滤波电容6连接母线电压检测电路7，母线电压检测电路7连接三相逆变电路8，三相逆变电路8连接三相电流检测电路9和驱动电路1，驱动电路1连接控制电路11，三相电流检测电路9连接RL负载35。
[0024]该逆变装置的三相逆变电路8只用第一IGBT 26、第二IGBT 27、第三IGBT 28、第一晶闸管12、第二晶闸管13、第三晶闸管14、第四晶闸管15、第五晶闸管16、第六晶闸管17、第一正向二极管29、第二正向二极管30、第三正向二极管31、第一反向二极管32、第二反向二极管33、第三反向二极管34即可实现传统两电平逆变器的全部功能，节约成本显著。
[0025]三相逆变电路8是由第一晶闸管12、第二晶闸管13、第三晶闸管14、第四晶闸管15、第五晶闸管16、第六晶闸管17、第一续流二极管18、第二续流二极管19、第三续流二极管20、第四续流二极管21、第五续流二极管22、第六续流二极管23、第一吸收电容24、第二吸收电容25、第一IGBT 26、第二IGBT 27、第三IGBT 28、第一正向二极管29、第二正向二极管30、第三正向二极管31、第一反向二极管32、第二反向二极管33、第三反向二极管34构成的三相九开关桥式连接组成;其中，第一晶闸管12与第一续流二极管18及第一吸收电容24并联后与第一IGBT 26串联，第一IGBT 26与第一反向二极管32及第一正向二极管29串联并与第二吸收电容25并联后与第四晶闸管15串联，第四晶闸管15与第四续流二极管21及吸收电容并联;第二晶闸管13与第二续流二极管19及吸收电容并联后与第二IGBT 27串联，第二IGBT27与第二反向二极管33及第二正向二极管30串联并与吸收电容并联后与第五晶闸管16串联，第五晶闸管16与第五续流二极管22及吸收电容并联;第三晶闸管14与第三续流二极管20及吸收电容并联后与第三IGBT 28串联，第三IGBT 28与第三反向二极管34及第三正向二极管31串联并与吸收电容并联后与第六晶闸管17串联，第六晶闸管17与第六续流二极管23及吸收电容并联;第一晶闸管12与第二晶闸管13及第三晶闸管14并联，第四晶闸管15与第五晶闸管16及第六晶闸管17并联。
[0026]第一IGBT 26分频后通过第一正向二极管29连接RL负载35，RL负载35连接第二反向二极管33，第二反向二极管33连接第二IGBT 27，第二IGBT 27连接第五晶闸管16，第五晶闸管16连回到三相不控整流器4阳极;第二晶闸管13连接第二IGBT 27，第二IGBT 27连接第二正向二极管30，第二正向二极管30连接RL负载35，RL负载35连接第三反向二极管34，第三反向二极管34连接第三IGBT 28，第三IGBT 28连接第六晶闸管17，第六晶闸管17连回到三相不控整流器4阳极；第三晶闸管14连接第三IGBT 28，第三IGBT 28连接第三正向二极管31，第三正向二极管31连接RL负载35，RL负载35连接第一反向二极管32，第一反向二极管32连接第一 IGBT 26，第一IGBT 26连接第四晶闸管15，第四晶闸管15连回到三相不控整流器4阳极。
[0027]新型三相两电平逆变装置用六个晶闸管代替传统三相两电平中的IGBT，可以满足传统三相两电平逆变器全部性能的同时，成本降低显著。
[0028]本实用新型工作过程如下:
[0029]本实用新型这种新型的三相两电平逆变装置应用于RL负载35系统中时，直流电流经过第一晶闸管12，流入第一IGBT 26进行分频，经过第一正向二极管29，经过RL负载35，经过第二反向二极管33，经过第二IGBT 27，经过第五晶闸管16，回到三相不控整流器4阳极，完成第一相工作过程；同时，第二晶闸管13连接第二IGBT 27，第二IGBT 27连接第二正向二极管30，第二正向二极管30连接RL负载35，RL负载35连接第三反向二极管34，第三反向二极管34连接第三IGBT 28，第三IGBT 28连接第六晶闸管17回到三相不控整流器4阳极；并且，第三晶闸管14连接第三IGBT 28，第三IGBT 28连接第三正向二极管31，第三正向二极管31连接RL负载35，RL负载35连接第一反向二极管32，第一反向二极管32连接第一IGBT 26，第一IGBT 26连接第四晶闸管15回到三相不控整流器4阳极。
【主权项】
1.一种新型三相两电平逆变装置，其特征在于:包括与电网(I)连接的电抗器(2)、浪涌防护电路(3)、三相不控整流器(4)、限流电路(5)、滤波电容(6)、母线电压检测电路(7)、三相逆变电路(8)、三相电流检测电路(9)、驱动电路(10)、控制电路(11)和RL负载(35);电抗器(2)连接浪涌防护电路(3)，浪涌防护电路(3)连接三相不控整流器(4)，三相不控整流器(4)通过限流电路(5)连接滤波电容(6)，滤波电容(6)连接母线电压检测电路(7)，母线电压检测电路(7 )连接三相逆变电路(8 )，三相逆变电路(8)连接三相电流检测电路(9)和驱动电路(10)，驱动电路(10)连接控制电路(11)，三相电流检测电路(9)连接RL负载(35)。2.根据权利要求1所述的新型三相两电平逆变装置，其特征在于:三相逆变电路(8)是由第一晶闸管(12)、第二晶闸管(13)、第三晶闸管(14)、第四晶闸管(15)、第五晶闸管(16)、第六晶闸管(17)、第一续流二极管(18)、第二续流二极管(19)、第三续流二极管(20)、第四续流二极管(21)、第五续流二极管(22)、第六续流二极管(23)、第一吸收电容(24)、第二吸收电容(25)、第一 IGBT(26)、第二 IGBT(27)、第三IGBT(28)、第一正向二极管(29)、第二正向二极管(30)、第三正向二极管(31)、第一反向二极管(32)、第二反向二极管(33)、第三反向二极管(34)构成的三相九开关桥式连接组成；其中，第一晶闸管(12)与第一续流二极管(18)及第一吸收电容(24)并联后与第一IGBT(26)串联，第一 IGBT(26)与第一反向二极管(32)及第一正向二极管(29)串联并与第二吸收电容(25)并联后与第四晶闸管(15)串联，第四晶闸管(15)与第四续流二极管(21)及吸收电容并联;第二晶闸管(13)与第二续流二极管(19)及吸收电容并联后与第二IGBT(27)串联，第二 IGBT(27)与第二反向二极管(33)及第二正向二极管(30)串联并与吸收电容并联后与第五晶闸管(16)串联，第五晶闸管(16)与第五续流二极管(22)及吸收电容并联;第三晶闸管(14)与第三续流二极管(20)及吸收电容并联后与第三IGBT(28)串联，第三IGBT(28)与第三反向二极管(34)及第三正向二极管(31)串联并与吸收电容并联后与第六晶闸管(17)串联，第六晶闸管(17)与第六续流二极管(23)及吸收电容并联;第一晶闸管(12)与第二晶闸管(13)及第三晶闸管(14)并联，第四晶闸管(15)与第五晶闸管(16)及第六晶闸管(17)并联。3.根据权利要求2所述的新型三相两电平逆变装置，其特征在于:第一IGBT(26)分频后通过第一正向二极管(29)连接RL负载(35)，RL负载(35)连接第二反向二极管(33)，第二反向二极管(33)连接第二 IGBT(27)，第二 IGBT(27)连接第五晶闸管(16)，第五晶闸管(16)连回到三相不控整流器(4)阳极;第二晶闸管(13)连接第二 IGBT(27)，第二 IGBT(27)连接第二正向二极管(30)，第二正向二极管(30)连接RL负载(35)，RL负载(35)连接第三反向二极管(34)，第三反向二极管(34)连接第三IGBT(28)，第三IGBT(28)连接第六晶闸管(17)，第六晶闸管(17 )连回到三相不控整流器(4 )阳极；第三晶闸管(14 )连接第三IGBT (28 )，第三IGBT(28)连接第三正向二极管(31)，第三正向二极管(31)连接RL负载(35)，RL负载(35)连接第一反向二极管(32)，第一反向二极管(32)连接第一 IGBT(26)，第一 IGBT(26)连接第四晶闸管(15)，第四晶闸管(15)连回到三相不控整流器(4)阳极。
【文档编号】H02M7/515GK205610500SQ201620026999
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年1月13日
【发明人】陈德志, 柴文萍, 赵文良, 白保东, 托马斯·李普, 权柄, 权柄一
【申请人】沈阳工业大学