单级三相大升压比电流型逆变器制造技术

本发明专利技术涉及一种单级三相大升压比电流型逆变器，属电力电子技术。该逆变器是由带中心抽头的储能电感、三相逆变桥和三相滤波器依序级联构成，并且在储能电感的中心抽头与输入直流供电电源之间连接有储能开关，所述的输入直流供电电源、储能电感和储能开关构成充磁回路；所述的三相逆变桥是由承受双向电压应力和单向电流应力的两象限功率开关构成。所述逆变器能够将不稳定的直流电变换成稳定、优质的三相正弦交流电，具有单级功率变换、功率密度高、变换效率高、升压比大、输出波形失真度低、过载和短路时可靠性高、成本低等优点，适用于升压、中大容量三相无源和并网逆变场合；随着双向可阻断IGBT等新型器件的出现，其更加显示出独特的优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术所涉及的一种单级三相大升压比电流型逆变器，属电力电子技术。
技术介绍
逆变器是应用功率半导体器件将直流电变换成交流电的一种静止变流装置，供交流负载使用或与公共电网并网发电。由于石油、煤和天然气等化石能源(不可再生能源)日益紧张、环境污染严重、全球变暖、核能生产会产生核废料和污染环境等原因，能源和环境已成为21世纪人类所面临的重大问题。太阳能、风能、潮汐能和地热能等可再生能源(绿色能源)，具有清洁无污染、廉价、可靠、丰富等优点，开发和利用可再生能源越来越受到人们的重视，这对世界各国经济的持续发展具有相当重要的意义。太阳能、风能、氢能、潮汐能、地热能等可再生能源转化的直流电能通常是不稳定的，需要采用逆变器将其变换成交流电能供给负载使用或与公共电网并网发电。在以直流发电机、蓄电池、太阳能电池、燃料电池、风力机等为主直流电源的逆变场合，逆变器具有广泛的应用前景。目前在中大容量的逆变场合，通常采用单级三相电压型(Buck型)逆变器电路结构。这类逆变器正常工作时必须满足直流侧电压大于交流侧线电压的峰值，故存在一个明显的缺陷当直流侧电压(如光伏电池输出能力)降低时，如阴雨天或夜晚，整个发电系统将停止运行，系统的利用率下降。对此，常采用如下两种方法来解决这一问题(1)前级加 Boost型直流变换器，从而构成两级功率变换的电路结构，增加了电路的复杂性、损耗和成本；(2)输出加三相工频变压器，从而大大增加了系统的体积、重量和成本，特别难以适应铜铁原材料价格急剧上涨的今天。因此，寻求一种具有单级电路结构的三相大升压比电流型(Boost型)逆变器已迫在眉睫。这对于有效克服单级三相电压型(Buck型)逆变器无法直接应用于三相升压逆变场合的缺陷、提高逆变系统的过载和短路能力及寿命、降低输入直流侧电磁干扰、拓宽电力电子学逆变技术和可再生能源发电技术理论、推动新能源发电产业的发展、发展节能型与节约型社会均具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术目的是要提供一种具有大升压比、单级功率变换、变换效率高、成本低、过载和短路时可靠性高、输出容量大、应用前景广泛等等优点的单级三相大升压比电流型 (Boost型)逆变器。本专利技术的技术方案在于一种单级三相大升压比电流型(Boost型)逆变器，是由带中心抽头的储能电感、三相逆变桥和三相滤波器依序级联构成，并且在储能电感的中心抽头与输入直流供电电源之间连接有储能开关，所述的输入直流供电电源、储能电感和储能开关构成充磁回路；所述的三相逆变桥是由承受双向电压应力和单向电流应力的两象限功率开关构成。本专利技术将“由三相逆变桥和三相LC滤波器依序级联构成的传统单级三相电压型 (Buck型)逆变器电路结构”构建为“由带中心抽头的储能电感、三相逆变桥和三相滤波器依序级联构成、并且在储能电感的中心抽头与输入直流供电电源之间连接有储能开关的单级电路结构”，首次提出了单级三相大升压比电流型(Boost型)逆变器新概念与电路结构， 即通过提供电感L1 (对应绕组N1)的储能回路和电感L (对应绕组N1+^)的释能回路，利用储能回路电感L1 (对应绕组N1)小于释能回路电感L (对应绕组N1+队)来提高逆变器的升压比。通过调节储能电感的中心抽头位置(即可调节绕组匝数N1和队的大小)和逆变器的占空比，可实现升压比的调节。本专利技术的优点在于本专利技术能够将不稳定、低幅值、劣质的直流电变换成稳定、高幅值、高质量的三相输出正弦交流电，具有单级功率变换、功率密度高、变换效率高、升压比大、输出波形失真度低、过载和短路时可靠性高、系统寿命长、成本低等优点，适用于升压、 中大容量三相无源逆变和并网逆变场合，特别适用于光伏发电系统全程光能利用和最大功率点跟踪控制；随着双向可阻断IGBT等新型器件的出现，这种逆变器不再必需串联二极管，解决了串联二极管的损耗问题，更加显示出其独特的优势。附图说明图1.单级三相大升压比电流型逆变器在储能电感位于输入直流母线正端时的电路结构。图2.单级三相大升压比电流型逆变器在储能电感位于输入直流母线负端时的电路结构。图3.单级三相大升压比电流型逆变器原理波形。图4.三相输出电压在一个低频输出周期内的六个60°区间。图5.单级三相大升压比电流型逆变器储能电感在区间I dTs/2期间的充磁等效电路。图6.单级三相大升压比电流型逆变器储能电感在区间I (l_d)Ts/2期间通过a、 b相的祛磁等效电路。图7.单级三相大升压比电流型逆变器储能电感在区间I (l_d)Ts/2期间通过C、 b相的祛磁等效电路。图8.单级三相大升压比电流型逆变器拓扑实例一——三相电容滤波式电路原理图。图9.单级三相大升压比电流型逆变器拓扑实例二——三相电容电感波式电路原理图。图10.单级三相大升压比电流型逆变器的SPWM控制原理框图。图11.单级三相大升压比电流型逆变器的SPWM控制原理波形。图12. —个低频输出周期内区间I (0-60° )功率开关控制信号生成原理波形。图13.单级三相大升压比电流型逆变器的模态I-I和摸态1-3等效电路——S,Sb2导通，Sa2、Sbl λ Sc2、Sal、Scl 截止。图14.单级三相大升压比电流型逆变器的模态1-2等效电路——^1Ab2导通，Sa2、Sbl、Sc2、S λ Sci ^^ jJll ο图15.单级三相大升压比电流型逆变器的模态1-4等效电路——Sel Jb2导通，Sa2、 Sbl、Sc2、S、S^i .丨卜-ο图16.单级三相大升压比电流型逆变器的模态II-I和摸态II-3等效电路——S、Sal 导通，Sa2、Sbl、Scl、Sb2λ Sc2 截止。图17.单级三相大升压比电流型逆变器的模态ΙΙ-2等效电路——Sb2, Sal导通， Sa2、Sbi、Sci、S、Sc2 截止。图18.单级三相大升压比电流型逆变器的模态II-4等效电路——Sc2, Sal导通， Sa2、Sbi、Sci、S、Sb2 截止。图19.单级三相大升压比电流型逆变器的模态III-I和摸态III-3等效电路——S、Sc2 导通，Sa2、Sb2λ Scl、Sal、Sbl 截止。图20.单级三相大升压比电流型逆变器的模态ΙΙΙ-2等效电路——Sal, Sc2导通， Sa2、Sb2、Scl、S、Sbl 截止。图21.单级三相大升压比电流型逆变器的模态III-4等效电路——Sbl, Sc2导通， Sa2、Sb2、Scl、S、Sal 截止。图22.单级三相大升压比电流型逆变器的模态IV-I和摸态IV-3等效电路——S、Sbi 导通，Sal、Sb2λ Scl、Sa2、Sc2 截止。图23.单级三相大升压比电流型逆变器的模态IV-2等效电路——Sa2, Sbl导通， Sai、Sb2、Scl、S、Sc2 截止。图24.单级三相大升压比电流型逆变器的模态IV-4等效电路——S。2、Sbl导通， Sai、Sb2、Scl、S、Sa2 截止。图25.单级三相大升压比电流型逆变器的模态V-I和摸态V-3等效电路——S,Sa2 导通，Sai、Sb2、Sc2、Sm、Scl 截止。图26.单级三相大升压比电流型逆变器的模态V-2等效电路——Sbl,Sa2导通，Sal, S|-,2 Λ Sc2 Λ S、ScI ^^ jjn O图27.单级三相大本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种单级三相大升压比电流型逆变器，其特征在于：这种逆变器是由带中心抽头的储能电感、三相逆变桥和三相滤波器依序级联构成，并且在储能电感的中心抽头与输入直流供电电源之间连接有储能开关，所述的输入直流供电电源、储能电感和储能开关构成充磁回路；所述的三相逆变桥是由承受双向电压应力和单向电流应力的两象限功率开关构成。

【技术特征摘要】
1. 一种单级三相大升压比电流型逆变器，其特征在于这种逆变器是由带中心抽头的储能电感、三相逆变桥和三相滤波器依序级联构成，并且在储能电感的中心抽头与输入直流...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈道炼，陈亦文，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：35