一种改进的三相四桥臂逆变器的制作方法

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种改进的三相四桥臂逆变器。

背景技术：

动态电压恢复器是对配电网末端电压进行动态补偿的有效装置。而逆变器是动态电压恢复器的核心被控对象，是动态电压恢复器优越补偿性能的重要保证，是分布式能源和电网间能量交换的媒介；传统的三相电压型逆变器输出电压幅值有限，且畸变率较高；为实现动态电压恢复器的宽范围补偿，提高动态电压恢复器的补偿性能，传统的动态电压恢复器逆变单元采取提高直流电压源电压等级，这必然带来mosfet功率开关管的耐压问题，造成设计难度增加且提高了经济成本。

技术实现要素：

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种改进的三相四桥臂逆变器，能够提高逆变器输出电压值，降低谐波电压畸变率和直流侧电压源电压等级，提高整个逆变器的电压波形输出质量，同时降低了整个逆变器的设计成本。

为解决上述技术问题，本发明的实施例采用如下技术方案：

为了全面提升传统逆变器性能，将低直流侧电压源电压等级与逆变器输出宽电压范围的能力结合起来，在传统三相逆变器基础上，采用开放式绕组的理论，将三相负载中性点打开并接至三相逆变器的输出端。将开放式绕组的理论应用到传统的三相四桥臂逆变器中，在三相负载两端分别各接一个完全对称的三相四桥臂逆变器，通过一个dsp控制芯片控制左右两路逆变器输出电压的幅值、相位和频率，最终达到降低直流侧电压源电压等级和逆变器输出谐波电压畸变率，并提高逆变器输出电压的峰值，达到输出宽电压范围的目的。

一种改进的三相四桥臂逆变器，包括直流电压源、集中控制板、驱动电路、三相四桥臂逆变主电路和lc滤波电路，其特征在于：包括由功率开关管mosfet组成左右两路三相四桥臂逆变电路、左右两路路lc滤波电路和稳压二极管；其中所述左右两路三相四桥臂逆变电路包括左侧三相四桥臂逆变桥电路和右侧三相四桥臂逆变桥电路，所述左侧三相四桥臂逆变桥电路包括桥臂qa1-q’a1、qa2-q’a2、qa3-q’a3和qa4-q’a4，所述右侧4l逆变桥电路同理；所述左路lc滤波电路包括2mh电感l1、l2、l3和40uf电容c1、c2、c3，所述右路lc滤波电路同理。

本发明与现有技术相比的主要优点是：与传统电压源三相逆变器相比，本三相四桥臂逆变器在直流电压源不变情况下使输出电压幅值增加一倍；不需要增大开关频率，能够有效降低逆变器输出电压波形畸变率；三相四桥臂逆变器通过增加两个功率开关管（qa4-q’a4或qb4-q’b4），通过对第四桥臂两个开关管的控制，不仅减小了直流侧所需的电压，而且抑制了直流侧电压不平衡及零序电流的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍：

图1为传统三相逆变器框图；

图2为改进的三相四桥臂逆变器框图；

图3为改进的三相四桥臂逆变器电路图。

具体实施方式

以下结合附图1对本发明高增益z源逆变器主电路做详细介绍：

本发明提出的改进的三相四桥臂逆变器，，包括直流电压源、集中控制板、驱动电路、三相四桥臂逆变主电路和lc滤波电路，其特征在于：包括由功率开关管mosfet组成左右两路三相四桥臂逆变电路、左右两路路lc滤波电路和稳压二极管；其中所述左右两路三相四桥臂逆变电路包括左侧三相四桥臂逆变桥电路和右侧三相四桥臂逆变桥电路，所述左侧三相四桥臂逆变桥电路包括桥臂qa1-q’a1、qa2-q’a2、qa3-q’a3和qa4-q’a4，所述右侧4l逆变桥电路同理；所述左路lc滤波电路包括2mh电感l1、l2、l3和40uf电容c1、c2、c3，所述右路lc滤波电路同理。

进一步的，所述改进的三相四桥臂逆变器，其特征在于：左路三相四桥臂逆变器的直流电压源（ua）正极连于mosfet管qa1、qa2、qa3和qa4的漏极；mosfet管qa1、qa2、qa3和qa4的源极分别连接至mosfet管q’a1、q’a2、q’a3和q’a4的漏极，mosfet管q’a1、q’a2、q’a3和q’a4的源极都接至直流电压源（ua）的负极（gnd），所有mosfet管的栅极都接控制信号，lc滤波器电感l1、l2、l3一侧分别接至qa1、qa2、qa3源极，另一端接负载z1、z2、z3和电容c1、c2、c3；右路三相四桥臂逆变器连接同理。

进一步的，所述改进的三相四桥臂逆变器，其特征在于：所述三相四桥臂逆变主电路由两个完全对称的三相四桥臂逆变器，三相四桥臂逆变器通过增加两个功率开关管（qa4-q’a4或qb4-q’b4），通过对第四桥臂两个开关管的控制，减小了直流侧所需的电压，抑制了直流侧电压不平衡及零序电流的问题。

本发明提出一种改进的三相四桥臂逆变器，其特征在于：所述三相四桥臂逆变主电路由两个完全对称的三相四桥臂逆变器，使得逆变器输出电压值范围提高一倍，电压谐波畸变率降低。

改进的三相四桥臂逆变器电路图如图3所示，设定左路逆变器与右路逆变器极点电压分别为点uqak0a（设点qak为mosfet的漏极，即点qak与点0a之间的电势差，其中k=1,2,3,4）和uqbk0b（设点qbk为mosfet的漏极，即点qbk与点0b之间的电势差，其中k=1,2,3,4），则

uqak0a=ua(2sqak-1)/2（1）

uqbk0b=ua(2sqbk-1)/2（2）

式中：sqak，sqak表示功率开关管的状态（“0”代表开关管断开，“1”代表开关管闭合）。逆变器输出电压为uzj，则

uzj=urj-ur4（3）

式中j=1，2，3，分别代表a、b、c三相电压；

urj=uqaj0a-uqbj0b（4）

ur4=uqa40a-uqb40b（5）

式中：ur4是点0a与点0b之间的电势差。

公式（1）-（5）证明逆变器直流侧的电压幅值与开关管的状态共同决定逆变器输出电压值；显然，新型dvr拓扑有效降低了直流侧电压等级。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
针对在电网需要补偿很高电压时，传统三相逆变器输出电压无法做到完全补偿且谐波电压畸变率高，对电网产生严重污染等问题，本发明提出了一种改进的三相四桥臂逆变器，一种改进的三相四桥臂逆变器包括集中控制板、驱动电路、直流电压源、四桥臂组成的三相逆变主电路和滤波电路，其特点是将负载中性点打开，三相负载两端分别接至完全对称的三相四桥臂逆变器的输出端；与传统逆变器相比，改进的三相四桥臂逆变器能够提高逆变器输出的电压幅值，减小电压谐波电压畸变率，提高整个逆变器的电压波形输出质量；有效降低直流侧电压等级，从而减小逆变器的设计成本。

技术研发人员：孙佳莹;孔令魁
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：2017.11.14
技术公布日：2018.07.03