一种T型交-直-交九电平变换器

一种t型交
‑
直
‑
交九电平变换器
技术领域
1.本发明涉及电力电子变换器领域，具体为一种t型交
‑
直
‑
交九电平变换器。


背景技术：

2.单相交
‑
直
‑
交变换器已在许多应用中使用，在一些频率恒定的应用场合如不间断电源，统一电能质量调节器，交流调压器中，(high
‑
performance online ups using three
‑
leg
‑
type converter[j].ieee transactions on industrial electronics,2005,52(3):889
‑
897.)公开了一种桥臂共用的三桥臂拓扑，相比于传统的双h桥拓扑不仅节省了成本，损耗也更低。在传统的两平或三电平交直交变换器中，输出电压和网侧电流包含的谐波分量较多，网侧电流和电网电压存在相位差，难以实现网侧单位功率因数运行。(design and implementation of a highly efficient three
‑
level t
‑
type converter for low
‑
voltage applications[j].ieee transactions on power electronics,2013,28(2):899
‑
907.)与传统的npc型三电平结构相比，t型三电平每个桥臂减少两个钳位二极管，多数电平状态下电流流经桥臂的开关管数量为1个，因此具有更低的导通损耗。然而对开关管耐压能力的提高，使其具有更高的开关损耗，因此t型三电平只适用于中低压场合。


技术实现要素：

[0003]
针对上述现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种t型交
‑
直
‑
交九电平变换器，本发明的目的是在不使用工频变压器的情况下，实现交流
‑
交流电能的变换，使其具有输入电流和输出电压总谐波失真低，输出电压可控的能力。
[0004]
实现本发明目的的技术解决方案为：一种t型交
‑
直
‑
交九电平变换器，其特征在于，包括电网电压源e
g
，滤波电感l
s
，t型变换器a，t型变换器b，滤波电感l
f
，滤波电容c
l
和负载电阻r。
[0005]
所述交流电源的正极与滤波电感l
s
的一端连接，所述滤波电感l
s
的另一端与t型变换器a的整流端口连接，所述t型变换器a的逆变端口与滤波电感l
f
的一端连接，所述滤波电感l
f
的另一端与负载电阻r的一端连接，所述负载电阻r的另一端与t型变换器b的逆变端口连接，所述滤波电容c
l
与负载电阻r并联，所述t型变换器b的整流端口与交流电源的负极连接，所述t型变换器a的公共桥臂与t型变换器a的公共桥臂中点连接。
[0006]
优选地，所述t型变换器a与t型变换器b结构完全相同，所述t型变换器a包括开关管s
a1
～s
a8
，开关管s
1a
，开关管s
2a
，电容c
a1
和电容c
a2
。
[0007]
所述开关管s
a1
的源极分别和开关管s
a2
的漏极、开关管s
a3
的漏极连接，所述开关管s
a1
的漏极分别和开电容c
a1
的正极、开关管s
1a
的漏极，开关管s
a5
的漏极连接，所述开关管s
a2
的源极和开关s
a4
的漏极连接，所述开关管s
a4
的源极分别和和电容c
a1
的负极、电容c
a2
的负极、开关管s
a8
的的漏极连接，所述开关管s
a3
的源极分别和电容c
a2
的负极、开关管s
2a
的源极、开关管s
a7
的源极连接，所述开关管s
1a
的源极和开关管s
2a
的漏极连接，所述开关管s
a5
的源极分别和开关管s
a7
的漏极、开关管s
a6
的漏极连接，所述开关管s
a6
的源极和开关管s
a8
的源极连
接，所述t型变换器a的开关管s
1a
的源极和开关管s
2a
的漏极连接点与t型变换器b的开关管s
1a
的源极和开关管s
2a
的漏极连接点连接。
[0008]
优选地，所述t型变换器a的开关管s
a1
的源极和开关管s
a2
的漏极、开关管s
a3
的漏极连接点作为t型变换器a的整流端口，所述t型变换器a的开关管s
1a
的源极和开关管s
2a
的漏极连接点作为t型变换器a的公共桥臂中点。
[0009]
本发明与现有技术相比，其有益效果为：本发明t型交
‑
直
‑
交九电平变换器能为各类交流负载提供高品质电压源。本发明t型交
‑
直
‑
交九电平变换器能实现高电平的输出，并且通过级联进一步减小了开关管的应力。无需工频变压器即可接入中压配电网、使用较小的滤波电感就能保证并网电流的质量。本发明可以适用于更高电压等级、更大功率的场合。
附图说明
[0010]
图1为一种t型交
‑
直
‑
交九电平变换器拓扑结构。
[0011]
图2为t型变换器a的整流电路。
[0012]
图3为t型变换器b的整流电路。
[0013]
图4是t型变换器a的逆变电路。
[0014]
图5为t型变换器b的逆变电路。
[0015]
图6为一种t型交
‑
直
‑
交九电平变换器拓扑结构的控制方法。
具体实施方式
[0016]
为了更加清楚地描述本发明的思想，技术方案和优点，具体实施方式通过实施例和附图来表明。显然地，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在未付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0017]
如图1所示，一种t型交
‑
直
‑
交九电平变换器，包括电网电压源e
g
，滤波电感l
s
，t型变换器a，t型变换器b，滤波电感l
f
，滤波电容c
l
和负载电阻r；
[0018]
所述交流电源的正极与滤波电感l
s
的一端连接，所述滤波电感l
s
的另一端与t型变换器a的整流端口连接，所述t型变换器a的逆变端口与滤波电感l
f
的一端连接，所述滤波电感l
f
的另一端与负载电阻r的一端连接，所述负载电阻r的另一端与t型变换器b的逆变端口连接，所述滤波电容c
l
与负载电阻r并联，所述t型变换器b的整流端口与交流电源的负极连接，所述t型变换器a的公共桥臂与t型变换器a的公共桥臂中点连接。
[0019]
如图1所示，所述t型变换器a与t型变换器b结构完全相同，所述t型变换器a与t型变换器b结构完全相同，所述t型变换器a包括开关管s
a1
～s
a8
，开关管s
1a
，开关管s
2a
，电容c
a1
和电容c
a2
。
[0020]
所述开关管s
a1
的源极分别和开关管s
a2
的漏极、开关管s
a3
的漏极连接，所述开关管s
a1
的漏极分别和电容c
a1
的正极、开关管s
1a
的漏极，开关管s
a5
的漏极连接，所述开关管s
a2
的源极和开关s
a4
的漏极连接，所述开关管s
a4
的源极分别和电容c
a1
的负极、电容c
a2
的负极、开关管s
a8
的的漏极连接，所述开关管s
a3
的源极分别和电容c
a2
的负极、开关管s
2a
的源极、开关管s
a7
的源极连接，所述开关管s
1a
的源极和开关管s
2a
的漏极连接，所述开关管s
a5
的源极分别和开关管s
a7
的漏极、开关管s
a6
的漏极连接，所述开关管s
a6
的源极和开关管s
a8
的源极连接，
所述t型变换器a的开关管s
1a
的源极和开关管s
2a
的漏极连接点与t型变换器b的开关管s
1a
的源极和开关管s
2a
的漏极连接点连接。
[0021]
如图1所示，所述t型变换器a、的开关管s
a1
的源极和开关管s
a2
的漏极、开关管s
a3
的漏极连接点作为t型变换器a的整流端口，所述t型变换器a的开关管s
1a
的源极和开关管s
2a
的漏极连接点作为t型变换器a的公共桥臂中点。
[0022]
本发明的工作过程，具体为：
[0023]
如图2所示，取t型变换器a中开关管s
a1
，s
a2
，s
a3
，s
a4
，s
1a
，s
2a
包含的电路部分为t型变换器a的整流电路，如图3所示，取t型变换器b中开关管s
b1
，s
b2
，s
b3
，s
b4
，s
1b
，s
2b
包含的电路部分为t型变换器b的整流电路，如图4所示，取t型变换器a中开关管s
a5
，s
a6
，s
a7
，s
a8
，包含的电路部分为t型变换器a的逆变电路，如图5所示，取t型变换器b中开关管s
b5
，s
b6
，s
b7
，s
b8
包含的电路部分为t型变换器b的逆变电路。
[0024]
如图6所示，检测电网电压源e
g
的电压v
g
，检测电网电流i
g
，检测t型变换器a和t型变换器b的电容c
a1
、c
a2
、c
b1
和c
b2
的电压v
ca1
、v
ca2
、v
cb1
和v
cb2
求和，将电压v
ca1
、v
ca2
、v
cb1
和v
cb2
求平均值为直流电压平均值v
avg
,将直流电压平均值v
avg
与直流电压平均值的参考值v
avg*
求差，其差值经过pi算法得到电网电流的参考值i
g*
,将电网电流参考值i
g*
与实际值i
g
求差，其差值经过pi算法得到整流侧调制信号v
in*
，将整流侧调制信号v
in*
经过pwm调制后得t型变换器a和t型变换器b整流电路开关管的脉冲信号。检测电阻r的电压v
o
，将电阻r电压的指令值v
o*
与实际值v
o
求差，其差值经过pi算法得到逆变侧调制信号v
l*
的幅值v
l*
,用锁相环检测整流侧调制信号v
in*
的相位，将整流侧调制信号v
in*
的相位经过正弦化后与逆变侧调制信号的幅值v
l*
相乘的逆变侧的调制信号v
l*
，将逆变侧调制信号v
l*
经过pwm调制后得t型变换器a和t型变换器b逆变电路开关管的脉冲信号。
[0025]
实施例：
[0026]
一种t型交
‑
直
‑
交九电平变换器，包括电网电压源e
g
，滤波电感l
s
，t型变换器a，t型变换器b，滤波电感l
f
，滤波电容c
l
和负载电阻r。
[0027]
所述交流电源的正极与滤波电感l
s
的一端连接，所述滤波电感l
s
的另一端与t型变换器a的整流端口连接，所述t型变换器a的逆变端口与滤波电感l
f
的一端连接，所述滤波电感l
f
的另一端与负载电阻r的一端连接，所述负载电阻r的另一端与t型变换器b的逆变端口连接，所述滤波电容c
l
与负载电阻r并联，所述t型变换器b的整流端口与交流电源的负极连接，所述t型变换器a的公共桥臂与t型变换器a的公共桥臂中点连接。
[0028]
所述t型变换器a与t型变换器b结构完全相同，所述t型变换器a包括开关管s
a1
～s
a8
，开关管s
1a
，开关管s
2a
，电容c
a1
，电容c
a2
。
[0029]
所述开关管s
a1
的源极分别和开关管s
a2
的漏极、开关管s
a3
的漏极连接，所述开关管s
a1
的漏极分别和开电容c
a1
的正极、开关管s
1a
的漏极，开关管s
a5
的漏极连接，所述开关管s
a2
的源极和开关s
a4
的漏极连接，所述开关管s
a4
的源极分别和和电容c
a1
的负极、电容c
a2
的负极、开关管s
a8
的的漏极连接，所述开关管s
a3
的源极分别和电容c
a2
的负极，开关管s
2a
的源极、开关管s
a7
的源极连接，所述开关管s
1a
的源极和开关管s
2a
的漏极连接，所述开关管s
a5
的源极分别和开关管s
a7
的漏极、开关管s
a6
的漏极连接，所述开关管s
a6
的源极和开关管s
a8
的源极连接，所述t型变换器a的开关管s
1a
的源极和开关管s
2a
的漏极连接点与t型变换器b的开关管s
1b
的源极和开关管s
2b
的漏极连接点连接。
[0030]
所述t型变换器b包括开关管s
b1
～s
b8
，开关管s
1b
，开关管s
2b
，电容c
b1
，电容c
b2
。所述开关管s
b1
的源极分别和开关管s
b2
的漏极、开关管s
b3
的漏极连接，所述开关管s
b1
的漏极分别和开电容c
b1
的正极、开关管s
1b
的漏极，开关管s
b5
的漏极连接，所述开关管s
b2
的源极和开关s
b4
的漏极连接，所述开关管s
b4
的源极分别和和电容c
b1
的负极、电容c
b2
的负极、开关管s
b8
的的漏极连接，所述开关管s
b3
的源极分别和电容c
b2
的负极、开关管s
2b
的源极、开关管s
b7
的源极连接，所述开关管s
1b
的源极和开关管s
2b
的漏极连接，所述开关管s
b5
的源极分别和开关管s
b7
的漏极、开关管s
b6
的漏极连接，所述开关管s
b6
的源极和开关管s
b8
的源极连接，所述t型变换器a的开关管s
1a
的源极和开关管s
2a
的漏极连接点与t型变换器b的开关管s
1b
的源极和开关管s
2b
的漏极连接点连接。
[0031]
所述t型变换器a的开关管s
a1
的源极和开关管s
a2
的漏极、开关管s
a3
的漏极连接点作为t型变换器a的整流端口，所述t型变换器a的开关管s
1a
的源极和开关管s
2a
的漏极连接点作为t型变换器a的公共桥臂中点。
[0032]
所述t型变换器b的开关管s
b1
的源极和开关管s
b2
的漏极、开关管s
b3
的漏极连接点作为t型变换器b的整流端口，所述t型变换器b的开关管s
1b
的源极和开关管s
2b
的漏极连接点作为t型变换器b的公共桥臂中点。
[0033]
以上实施方式仅为说明本发明的技术思想，并不用于限制本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本发明技术方案基础上所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。