[发明专利]较小电容的多电平变速驱动器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多电平变速驱动器及其控制方法，更具体地说，涉及一种利用较小电容(C-less)驱动器应用的“飞跨电容”的多电平变速驱动器及其控制方法。

背景技术

由于变速驱动器的开关特性构成了一个非线性负载，所带来的谐波干扰越来越不容忽视，尤其是在大功率的调速系统中。变速驱动器干扰主要有：变速驱动器中普遍采用的诸如整流二极管的非线性整流器件，将会对电源产生谐波干扰，引起电源电流畸变(总电流畸变率用THDi表示)，影响供电质量；其次，变速驱动器输出部分的高频开关器件在换向时将在输出端产生较强高频电磁辐射干扰。谐波会使挂在同一电源的电机、变压器和电容等用电设备损耗增大，严重时会过热或烧毁设备。

在图1中示出了现有技术的变速驱动器的标准驱动器电路图。它包括由整流器构成的输入级、包含大型扼流线圈(Big choke)L和滤波电容器C的直流链路部分、以及由逆变器构成的输出级。其中大型扼流线圈(Big choke)L保护驱动器的输入桥，用于减少驱动器的输入电流的谐波，以降低THDi，使之大约为45％。但无附加输出滤波器的2-电平逆变器不适用于长距离应用。

图2示出了现有技术的C-less驱动器电路图，其具有2-电平逆变器。这种方案可以减少输入电流的THDi。

图2的变速驱动器包括由整流器构成的输入级、包含直流链路电容器C的直流链路部分、以及由逆变器构成的输出级。其中，直流链路电容器值比图1所示的标准AC驱动电容器值小2％-3％。在直流链路部分中，线路电感器(Line inductor)和小直流链路电容器形成具有高截止频率的低通滤波器。由于逆变器的开关频率导致的直流电流被电容器C过滤，但是低输入电流谐波未被过滤。因此，输入电流波形为方波并且THDi大约为30％。

无附加输出滤波器的2-电平逆变器不适用于长距离应用。

图2中的直流链路电容器C的电容值受到逆变器停止时的直流链路过压以及谐波生成量的限制。通常，直流链路电容器的电容值C通过如下公式1得到：

C′≥2×LS×iS2+23×(L1+M)×iM02VdcPEAK2-2×VAC2]]>公式1

其中：

C’：直流链路电容器的电容

L_s：电源电感

L₁：电动机的初级线圈电感

M：电动机的励磁电感

i_s：线路电流

V直流_PEAK：直流链路部分中电路元件的最小额定电压

i_M0：励磁电流

V_AC：电源电压

根据上述公式1可知，直流链路电容器C的电容值较大，因而，导致直流链路电容器体积也较大，价格较高，封装难。

图3示出了已知的飞跨电容逆变器拓朴结构，其中电容器Cb跨接在两个IGBT的端子。通常，飞跨电容逆变器中的电容器Cb的电容值如下：