[发明专利]一种二极管箝位式三电平变频器

说明书

技术领域

本发明技术涉及中压电机控制领域，具体涉及一种二极管箝位式三电平变频器。

背景技术

目前，中点箝位式的中压三电平变频器由于其结构简单、控制方便、输出谐波小等特点而得到了广泛的应用。大多数的二极管箝位式三电平变频器多采用如图1所示的电路结构。其中C1、C2为直流滤波电容，并将直流电压分成P、0、N三个电位。以A相为例，S1、S2、S3、S4为4个串联的功率开关管，多采用IGBT，d1、d2、d3、d4分别为它们的体二极管。D1、D2为中点箝位的快恢复二极管。S1、S2和S3、S4分别为两个双单元的IGBT模块。D1和D2为两个外接的快恢复二极管模块。由于在三电平变频器的工作过程中，D1、D2和S1、S2、S3、S4以及它们的体二极管d1、d2、d3、d4都参与开关动作，为了保证良好的开关特性以得到较好的输出波形和较少的开关损耗，要求各二极管的电压、电流特性及反向恢复特性等应保持一致。但在实际应用中，很难找到与IGBT及其体二极管特性一致的快恢复二极管，因此影响输出波形的质量。另外，由于IGBT与各快恢复二极管之间的接线较多，导致杂散电感和分布电容等的值较大，使得开关管的损耗增加，且输出波形含有较大的谐波等，影响了二极管箝位式三电平变频器的整体性能。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明旨在提供一种利用新型功率器件模块实现的二极管箝位式三电平变频器，解决了开关管损耗过大，输出波形含有较大的谐波等影响二极管箝位式三电平变频器整体性能的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：主要由12脉波整流环节、三相H桥功率逆变单元组成，其特征在于所述的12脉波整流环节由移相变压器和两个二极管全桥整流单元共同构成；所述的移相变压器有两个二次绕组，分别为星形联结和三角形联结，其相位相差30°，二次侧绕组的线电压是一次绕组线电压的一半。两个整流单元的直流输出端串联起来，并将串联点引出作为中点。12脉波整流有利于消除谐波，提高电网利用率。三相H桥功率逆变单元主要由功率开关管IGBT和快恢复二极管组成，该变频器的三相逆变单元采用三种功率器件模块，第一种模块为一个IGBT串接一个快恢复二极管，用来代替图1中的S1、d1、和D1；第二种模块为两个IGBT串联，如，用来代替图1中的S2、S3、d2和d3；第三种模块为一个快恢复二极管串接一个IGBT，用来代替图1中的D2、S4和d4。

将IGBT和快恢复二极管集成到一起的模块，解决了快恢复二极管与IGBT之间的配对问题。快恢复二极管的电压电流特性与IGBT及其体二极管相互匹配，因此开关过程产生的开关损耗较小。且由于快恢复二极管与IGBT之间没有外部引线，使得杂散电感和分布电容较小，输出波形中的谐波含量较小，波形质量较好。

本发明的有益效果在于IGBT与负责箝位的快恢复二极管具有匹配的电压电流特性，同时减少了外部接线带来的分布参数的变化，减少了开关管的开关损耗，提高了输出波形的质量和整机的效率。

附图说明

图1为传统的二极管箝位式三电平变频器原理图。

图2本发明的三电平变频器原理图。

图3为三种功率模块示意图。

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步的说明：

结合图2、图3，一种二极管箝位式三电平变频器，主要由12脉波整流环节、三相H桥功率逆变单元组成，其特征在于所述的12脉波整流环节由移相变压器1和两个二极管全桥整流单元共同构成；所述的移相变压器1有两个二次绕组，分别为星形联结和三角形联结，其相位相差30°，二次侧绕组的线电压是一次绕组线电压的一半；两个整流器2和整流器3的直流输出端串联起来，并将串联点引出作为中点；12脉波整流有利于消除谐波，提高电网利用率。4、5、6分别为A、B、C三相H桥功率逆变单元，主要由功率开关管IGBT和快恢复二极管组成。本实施方式中的变频器三相逆变单元采用三种功率器件模块，第一种模块为一个IGBT串接一个快恢复二极管，如图3(a)所示，用来代替图1中的S1、d1、和D1；第二种模块为两个IGBT串联，如图3(b)所示，用来代替图1中的S2、S3、d2和d3；第三种模块为一个快恢复二极管串接一个IGBT，如图3(c)所示，用来代替图1中的D2、S4和d4。