[实用新型]电流型阻抗源交流/交流变频器

说明书

技术领域

本实用新型涉及交流/交流变频器，特别涉及一种电流型阻抗源交流/交流变频器。

背景技术

目前的变频器大多数是间接式变频器，即交-直-交式变频器，其缺点是需要经过整流和逆变两级功率变换，具有中间直流环节，效率较低，体积和重量较大。

传统的交流/交流变频器是基于晶闸管的，采用相控式控制方式，其缺点是控制电路复杂，容易产生失控，输入侧功率因数较低，输出电压频率只能低于输入电压频率。

传统的交流/交流矩阵式变频器通常采用由4个或9个双向电力电子开关组成的开关矩阵，将交流电源和负载耦合在一起，同时通过复杂的控制算法来实现直接变压、变频的功能，输入侧功率因数可以达到接近于1，功率流可以双向流动，但是存在以下缺点：

●输出电压调节范围小，电压增益小于1；

●由于电力电子器件的开关时间或电磁干扰的影响，接于负载同一相的电力电子开关若共态导通则会造成交流电源的短路，若共态关断会导致电感性负载情况下的开路，从而造成电力电子器件发生损坏；

●电力电子开关的换流困难；

●用于电机传动时无法提供电源断电时的电机渡越能力；

●电路的EMI问题严重。

近年来人们对传统交流/交流矩阵式变频器的电路拓扑进行了大量研究、优化，出现了稀疏型、特别稀疏型矩阵式变频器，但是它们在减少了开关数目的同时，带来了控制的更加复杂化，而前述缺点并没有得到根本性的克服，有的方案甚至还牺牲了电路的双向功率传输特性。由单相逆变器模块作为双向开关的矩阵式变换器拓扑，虽然可以实现输出电压的二电平、三电平，可以实现升/降压功能，但是控制更为复杂，所用开关器件数目增加了一倍，并且每个模块分别需要一个电容器，结构也更加庞大。

近年来，国内外提出过基于阻抗源思想的矩阵式变频器，但是它们都是电压型电路，未见有电流型阻抗源变频器的报道。

本案实用新型者于2009年国际会议IEEE ASEMD2009发表了论文，其中有关于三相电流型阻抗源矩阵变换器的描述，但是仅仅给出了其主电路拓扑和分析，并未对其控制装置进行描述，也未给出其控制电路。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服上述缺陷，提供一种基于阻抗源变换器与传统矩阵变流器相结合，电流型阻抗源交流/交流变频器，可以无级调节输出电压幅值和频率，同时避免双向电力电子开关共态关断时受到损坏，电路结构简单，体积小、重量轻、可靠性高。

为达到上述目的，本实用新型提供的一种单相电流型阻抗源交流/交流变频器，包括构成主回路的单相交流电压源、交流电力电子开关、交流电力电子开关矩阵和交流负载，以及构成控制回路的电流型逆变器控制器DSP或FPGA，所述电流型逆变器控制器DSP或FPGA用于将输出的零状态信号接至所述交流电力电子开关的驱动电路输入端，以控制所述交流电力电子开关的导通，所述主回路还包括一阻抗源网络，控制回路还包括与所述电流型逆变器控制器DSP或FPGA相连的逻辑电路，其中：

所述阻抗源网络为由两个电感和两个电容器构成的对称性X型网络，所述交流电力电子开关并联于所述阻抗源网络与所述交流电压源之间，所述交流电力电子开关矩阵连接于所述阻抗源网络与所述交流负载之间，所述交流电力电子开关矩阵由第一交流电力电子开关至第四交流电力电子开关阵列而成；

所述逻辑电路包括一交流电力电子开关控制电路和一交流电力电子开关矩阵控制电路，所述交流电力电子开关控制电路包括第一与门、第二与门和第一或门，电流型逆变器控制器DSP或FPGA的第一输出端和第二输出端接至第一与门的输入端，所述电流型逆变器控制器DSP或FPGA的第三输出端和第四输出端接至第二与门的输入端，第一与门和第二与门的输出端接至第一或门的输入端，第一或门输出零状态信号；交流电力电子开关矩阵控制电路包括第一非门和第三与门至第六与门，所述零状态信号接至第一非门的输入端，第一非门的输出端分别接至第三与门至第六与门的输入端，所述电流型逆变器控制器DSP或FPGA的第一输出端至第四输出端分别接至第三与门至第六与门的另一输入端，第三与门至第六与门的输出端在电源电流的每个正、负半周里，将输出信号分别轮流接至所述第一交流电力电子开关至第四交流电力电子开关各自的驱动电路输入端，以控制所述交流电力电子开关矩阵的导通。

本实用新型单相电流型阻抗源交流/交流变频器，其中所述交流电力电子开关为由4个功率二极管桥构成的双向开关。

本实用新型单相电流型阻抗源交流/交流变频器，其中所述交流电力电子开关为一共集电极绝缘栅双极晶体管IGBT双向开关。