[发明专利]七电平逆变电路及其控制方法、多相逆变器及变频器

说明书

技术领域

本发明涉及变频器技术领域，具体而言，涉及一种七电平逆变电路及其控制方法、多相逆变器及变频器。

背景技术

变频器(Variable-frequency Drive，VFD)是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。作为一种基本的电器设备，已经得到了较为广泛的应用。

变频器(含逆变器，下同)分为电压源型和电流源型两类。电压源型的变频器按照每相能够输出的电平数量，分为2电平、3电平、5电平以及更多电平，其中超过2电平的变频器统称为多电平变频器。

在单个电力电子器件耐电压水平受限的情况下，更多的电平意味着更高的电压输出能力，以及输出电压具有更好的波形，更低的谐波，这也是电平数量增加的主要意义。

电压源型多电平变频器分为共直流母线结构和变压器隔离结构两类，前者的每个输出相共用直流母线，结构较为简洁，但需要较为先进的电路拓扑才能够产生较多电平的输出；后者由变压器的相互隔离的绕组提供相互隔离的电源，然后通过不同绕组对应的逆变电路间的电压叠加实现多电平输出，这种变频器需要较为复杂的变压器，成本和体积均较高，且无法实现不同变频器见共用整流电路和/或制动电路，系统成本较高。

相关技术中，在共直流母线结构的变频器里，每相能够输出7个或以上电平数量的逆变器拓扑结构都过于复杂，因而在现实产品中未有实际应用。

例如，如图1示出了一种二极管箝位型七电平逆变电路结构，该种结构最早由德国学者提出，通过控制开关器件的导通关断状态，由二极管实现对开关器件电压的箝位，实现7个电平的输出。该种结构需要过多的二极管，结构复杂，成本和体积较高，且对电容均压的控制极其复杂。

又例如，图2示出了一种电容箝位型七电平逆变电路结构，该种结构最早由法国学者提出，通过对每层电容的电压控制和选通，实现7个电平的输出。该种结构需要过多的电容，且图中每个电容的耐压和容量都不同，体积过大，成本过高。

综上可看出，现有的共直流母线多电平的变频器，达到7个电平的拓扑结构过于复杂，成本和体积过高，实用性较低。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种七电平逆变电路及其控制方法、多相逆变器及变频器，以简化七电平逆变电路的拓扑结构，降低成本。

本发明实施例提供了一种七电平逆变电路，包括：并联于共直流母线正极与共直流母线中性极之间的电容C1；并联于共直流母线中性极与共直流母线负极之间的电容C2；依次串联于共直流母线中性极与输出极之间的电力电子开关S2、电力电子开关S5、电力电子开关S7及电力电子开关S8；依次串联于共直流母线中性极与输出极之间的电力电子开关S3、电力电子开关S6、电力电子开关S9及电力电子开关S10；连接于电力电子开关S2与电力电子开关S5的串联节点与共直流母线正极之间的电力电子开关S1；连接于电力电子开关S3与电力电子开关S6的串联节点与共直流母线负极之间的电力电子开关S4；依次串联于电力电子开关S5与电力电子开关S7的串联节点及电力电子开关S6与电力电子开关S9的串联节点之间的电容C3及电容C4；连接于电力电子开关S7与电力电子开关S8的串联节点及电容C3与电容C4的串联节点之间的电力电子开关S11；连接于电力电子开关S9与电力电子开关S10的串联节点及电容C3与电容C4的串联节点之间的电力电子开关S12。

优选地，所述电力电子开关S1～电力电子开关S10均为逆导型可关断器件；所述电力电子开关S11及所述电力电子开关S12分别为二极管。

优选地，所述电力电子开关S1～电力电子开关S12均为逆导型可关断器件。

优选地，所述逆导型可关断器件包括可关断电力电子器件及二极管；所述可关断电力电子器件包括发射极及集电极；所述发射极与所述二极管的阳极连接，所述集电极与所述二极管的阴极连接；所述可关断电力电子器件为绝缘栅双极型晶体管IGBT、集成门极换流晶闸管IGCT、注入增强栅晶体管IEGT、双极结型晶体管BJT或可关断晶闸管GTO。

优选地，所述电容C1与所述电容C2的耐压值相同；所述电容C3与所述电容C4的耐压值相同；所述电容C1的耐压值为所述电容C3的耐压值的3倍。

优选地，所述电力电子开关S1～所述电力电子开关S4的耐压值相同；所述电力电子开关S5～所述电力电子开关S12的耐压值相同；所述电力电子开关S1的耐压值为所述电力电子开关S5的耐压值的3倍。