專(zhuān)利名稱：一種igbt鉗位的三電平變頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變頻器，尤其是涉及一種IGBT鉗位的三電平變頻器。
背景技術(shù)：
在我國(guó)工業(yè)系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的交-直-交型變頻器，其逆變系統(tǒng)的核心是IGBT。由于電力電子器件技術(shù)的限制，器件耐壓水平有限，比較成熟的高壓IGBT耐壓只能達(dá)到3300V，耐壓6500V的IGBT尚未正式商品化。高壓大電流器件普遍價(jià)格昂貴，往往耐壓上一個(gè)等級(jí)，價(jià)格翻了數(shù)倍，大大增加了裝置成本。在中高壓大功率的應(yīng)用場(chǎng)合。考慮到器件的耐壓，電流和成本，為了獲得高電壓等級(jí)的功率變換，傳統(tǒng)變頻器只能靠器件的串并聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而串并聯(lián)會(huì)帶來(lái)開(kāi)關(guān)器件的靜、動(dòng)態(tài)均壓、均流以及驅(qū)動(dòng)信號(hào)同步等一系列問(wèn)題，大大增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，降低了系統(tǒng)的可靠性。
兩電平變頻器的大功率化還有很多新的問(wèn)題，如較大的du/dt和di/dt對(duì)器件及電機(jī)的沖擊非常大的提高了負(fù)載的絕緣要求。電磁干擾、電磁兼容、軸電壓、軸電流和長(zhǎng)線傳輸問(wèn)題的研究都處于起步階段，這對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性可靠性有極大的影響。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種新的技術(shù)方案，該技術(shù)方案通過(guò)將多個(gè)功率器件按一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成可提供多電平輸出的逆變電路，其主要目的是以三電平輸出來(lái)逼近理想的正弦波形，從而減弱輸出波形中的諧波影響。在獲得高壓輸入輸出特性的同時(shí)，多電平變頻器也減輕了器件上的高壓應(yīng)力，可以使用較低電壓等級(jí)的器件構(gòu)造高壓變流器，解決了器件串并聯(lián)帶來(lái)的問(wèn)題，降低了系統(tǒng)的綜合成本。本發(fā)明的技術(shù)方案通過(guò)以下技術(shù)措施得以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的IGBT鉗位的三電平變頻器，其特征在于該變頻器的主電路為三相六橋臂變頻電路，第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂、第四橋臂、第五橋臂、第六橋臂均包括3個(gè)開(kāi)關(guān)元件，其中，第一橋臂、第二橋臂連接輸出電路W相，第三橋臂、第四橋臂連接輸出電路V相，第五橋臂、第六橋臂連接輸出電路U相，所述W相、V相、U相橋臂均設(shè)置有6個(gè)續(xù)流二極管和兩個(gè)串聯(lián)連接的儲(chǔ)能電容。本發(fā)明IGBT鉗位的三電平變頻器的特別之處還在于所述變頻器為1140V變頻器，變頻器中性點(diǎn)采用IGBT鉗位。本發(fā)明的有益效果通過(guò)上述技術(shù)措施得以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明IGBT鉗位的三電平變頻器，該電路的每一相橋臂有六個(gè)開(kāi)關(guān)元件、6個(gè)續(xù)流二極管，兩個(gè)串聯(lián)器件的中點(diǎn)通過(guò)鉗位IGBT和直流側(cè)電容的中點(diǎn)相連接。鉗位IGBT的作用是在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)提供電流通道防止電容短路。平均每個(gè)主管承受正向阻斷電壓為直流側(cè)母線電壓的一半，與傳統(tǒng)的兩電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比較，中點(diǎn)鉗位式三電平逆變器主要優(yōu)點(diǎn)是器件具有2倍的正向阻斷電壓能力；能減少諧波和有效地降低開(kāi)關(guān)頻率，從而使系統(tǒng)損耗小，如從開(kāi)關(guān)頻率達(dá)到同樣輸出性能指標(biāo)來(lái)衡量，三電平的開(kāi)關(guān)頻率將是兩電平的I / 5;且其電壓上升率(du/dt)比兩電平通用逆變器降低一半，污染電氣性能的電流上升率(di/dt)也隨之減少，能明顯降低損害電機(jī)的絕緣性能而延長(zhǎng)其工作壽命；隨著電平數(shù)增加，
每個(gè)電平幅值相對(duì)降低，電壓變化減少，主電路電流含有的脈動(dòng)成分小，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和電磁噪聲降低；若三電平逆變器接上中點(diǎn)懸空的三相對(duì)稱的星形負(fù)載，則負(fù)載中將不會(huì)有3的倍數(shù)次諧波電流流過(guò)。由此可見(jiàn)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明IGBT鉗位的三電平變頻器具有以下優(yōu)點(diǎn)
(O每個(gè)開(kāi)關(guān)器件承受的直流側(cè)電壓值降低為直流側(cè)電壓值的一半；波形質(zhì)量得到改
善的同時(shí)降低了開(kāi)關(guān)頻率；
(2)電壓上升率du / dt降低為兩電平變流器的一半；
(3 )輸出電壓電平數(shù)的增多，每個(gè)電平相對(duì)幅值降低，電壓變化減小，電流脈動(dòng)降低，降低了電磁干擾；
(4)通過(guò)鉗位IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷，消除了三相輸出電壓中某相輸出電壓為零時(shí)有電流流入或流出直流側(cè)電容中點(diǎn)，當(dāng)流入與流出電流不相等時(shí)造成上下電容電壓不等，中點(diǎn)電位漂移，影響輸出電壓波形質(zhì)量的問(wèn)題；
(5)同一橋臂上同一只IGBT內(nèi)兩只管子通斷頻率相同。因此，本發(fā)明具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的技術(shù)進(jìn)步，其實(shí)施的有益效果也是顯而易見(jiàn)的。
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步說(shuō)明。圖I為本發(fā)明IGBT鉗位的三電平變頻器電路示意圖。圖2為圖I的W相P狀態(tài)示意圖。圖3為圖I的W相O狀態(tài)示意圖。圖4為圖I的W相N狀態(tài)示意圖。
具體實(shí)施例方式為能清楚說(shuō)明本方案的技術(shù)特點(diǎn)，下面通過(guò)一個(gè)具體實(shí)施方式
，并結(jié)合其附圖，對(duì)本方案進(jìn)行闡述。通過(guò)附圖I可以看出，本發(fā)明的IGBT鉗位的三電平變頻器主電路為三相六橋臂變頻電路，第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂、第四橋臂、第五橋臂、第六橋臂均包括3個(gè)開(kāi)關(guān)元件，其中，第一橋臂、第二橋臂連接輸出電路W相，第三橋臂、第四橋臂連接輸出電路V相，第五橋臂、第六橋臂連接輸出電路U相，所述W相、V相、U相橋臂均設(shè)置有6個(gè)續(xù)流二極管和兩個(gè)串聯(lián)連接的儲(chǔ)能電容。本發(fā)明IGBT鉗位的三電平變頻器，工作狀態(tài)分析如下IGBT中點(diǎn)鉗位三電平變頻器的每一個(gè)橋臂有6個(gè)開(kāi)關(guān)兀件，以W相為例，為U1 U6。有三正常的開(kāi)關(guān)模式，當(dāng)U1、U5導(dǎo)通時(shí)，W相輸出為正電平3U2、U5或U3、U6導(dǎo)通時(shí)，W相輸出為零電平；當(dāng)U4、U6導(dǎo)通時(shí)，W相輸出為負(fù)電平。以W相為例，其余V相、U相工作情況與W相完全相同，可以分以下三種工作狀態(tài)
開(kāi)關(guān)狀態(tài) |ui |U2 |U3 |U4 |U5 |U6I—ON~OFF OFF ~ OFF ON ~0FF
o 一offonToff- OFF/ON~ OFF 0N/0F~ OFF/ON-IIOFF I OFF I OFF |θΝ |oFF |θΝ
(I)P狀態(tài)，即U1、U5導(dǎo)通，而其余IGBT關(guān)斷。數(shù)學(xué)運(yùn)算時(shí)以“I”表示。即P極與W相
接通，如圖2所示。(2)0狀態(tài)，目卩似、邯導(dǎo)通(或者仍、詘導(dǎo)通)，而其余1681'關(guān)斷。數(shù)學(xué)運(yùn)算時(shí)以“O”表示。將O極與W相連接，如圖3所示。 (3) N狀態(tài)，U4/U6導(dǎo)通，而其余IGBT關(guān)斷。數(shù)學(xué)運(yùn)算時(shí)以“_1”表示。將N極與W相相連，如圖4所示。相鄰狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換時(shí)有一定的時(shí)間間隔，稱之為死區(qū)時(shí)間(Dead Time)，即從P狀態(tài)到O狀態(tài)的過(guò)程是先關(guān)斷U1，當(dāng)一段死區(qū)時(shí)間后Ul截止，然后再開(kāi)通U2 ;從O狀態(tài)到N狀態(tài)的過(guò)程是先關(guān)斷U3，當(dāng)一段死區(qū)時(shí)間后U3截止，再開(kāi)通U4。N狀態(tài)到O狀態(tài)、O狀態(tài)與P狀態(tài)的轉(zhuǎn)換與上述類(lèi)似。如果在Ul沒(méi)有完全被關(guān)斷時(shí)就開(kāi)通U2，則U1、U2串聯(lián)直通，P極與O極通過(guò)Ul、U2直接短路，造成IGBT損壞。所以在開(kāi)關(guān)器件的觸發(fā)控制上，一定的死區(qū)時(shí)間間隔是必要的。同時(shí)需要注意的是，這三種狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換只能在P狀態(tài)與O狀態(tài)、O狀態(tài)與N狀態(tài)之間進(jìn)行。決不允許在P狀態(tài)與N狀態(tài)之間直接轉(zhuǎn)換，否則在死區(qū)時(shí)間里，一相四個(gè)開(kāi)關(guān)容易同時(shí)連通，從而將直流母線短接，其后果將不堪設(shè)想。同時(shí)，這樣操作也會(huì)增加開(kāi)關(guān)次數(shù)，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)損耗的增加。所以，P狀態(tài)和N狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換必須以O(shè)為過(guò)渡。
權(quán)利要求
1.一種IGBT鉗位的三電平變頻器，其特征在于該變頻器的主電路為三相六橋臂變頻電路，第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂、第四橋臂、第五橋臂、第六橋臂均包括3個(gè)開(kāi)關(guān)元件(IGBT)，其中，第一橋臂、第二橋臂連接輸出電路W相，第三橋臂、第四橋臂連接輸出電路V相，第五橋臂、第六橋臂連接輸出電路U相，所述W相、V相、U相橋臂均設(shè)置有6個(gè)續(xù)流二極管和兩個(gè)串聯(lián)連接的儲(chǔ)能電容。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種IGBT鉗位的三電平變頻器，其特征在于所述變頻器為1140V三電平變頻器，變頻器中性點(diǎn)采用IGBT鉗位。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種IGBT鉗位的三電平變頻器，屬于變頻器領(lǐng)域。本發(fā)明的IGBT鉗位的三電平變頻器主電路為三相六橋臂變頻電路，第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂、第四橋臂、第五橋臂、第六橋臂均包括3個(gè)開(kāi)關(guān)元件，其中，第一橋臂、第二橋臂連接輸出電路W相，第三橋臂、第四橋臂連接輸出電路V相，第五橋臂、第六橋臂連接輸出電路U相，所述W相、V相、U相橋臂均設(shè)置有6個(gè)續(xù)流二極管和兩個(gè)串聯(lián)連接的儲(chǔ)能電容。本發(fā)明通過(guò)鉗位IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷，消除了三相輸出電壓中某相輸出電壓為零時(shí)有電流流入或流出直流側(cè)電容中點(diǎn)，當(dāng)流入與流出電流不相等時(shí)造成上下電容電壓不等，中點(diǎn)電位漂移，影響輸出電壓波形質(zhì)量的問(wèn)題。
文檔編號(hào)H02M7/487GK102857120SQ20121040022
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月21日
發(fā)明者郁清林, 李鋒 申請(qǐng)人:山東博誠(chéng)機(jī)電有限公司