[实用新型]一种无变压器的四象限高压变频器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种高压变频器拓扑，特别是一种无变压器的四象限高压变频器，属于电力电子功率变换领域。

背景技术

目前，高压变频器是将高压交流电经过交流到直流，然后再从直流到交流，或者直接由交流到交流变换，输出为电压和频率在一定范围内可调的纯净正弦波。高压变频器可以根据实际需求模拟电网的各种状况、提供可靠、低失真、高稳定的频率和稳压的正弦波电力输出，用于驱动负载等。

现在技术中的高压变频器主要是采用H桥功率单元进行串联，通过隔离移相变压器给各个功率单元提供供电的技术，该种高压变频器存在能耗高、效率低、体积大，笨重等缺点。随着高压变频器的应用领域越来越广，对其性能的要求也越来越高，特别是在四象限运行方面，体积方面要求小型化，高压变频器不仅要求输出稳定的电压，模拟各种工况和故障，同时还需要具有能量回馈的性能。

发明内容

为解决以上技术上的不足，本实用新型提供了一种无变压器的四象限高压变频器，可大幅度减小装置的复杂程度，并且可以以较大程度的降低设备成本。

本实用新型是通过以下措施实现的：

本实用新型的一种无变压器的四象限高压变频器，包括均为三相电路的充电电路、整流模块和逆变模块，所述整流模块和逆变模块中每相电路均连接有上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和下桥臂均有若干个功率单元串联组成；

每个功率单元包括依次串联在闭合回路上的电容C2、 C1以及功率开关器件T1、T2、T3、T4，并且功率开关器件T1、T2、T3、T4串联的方向相同，功率开关器件T1与功率开关器件T2串联的中点连接有二极管D1的阴极，二极管D1的阳极连接有二极管D2的阴极，二极管D2的阳极连接在功率开关器件T3与功率开关器件T4相串联的中点，功率开关器件T2与功率开关器件T3相串联的中点为该功率单元的第一个输出VO1，功率开关T4与电容C2相邻并且功率开关器件T4与电容C2之间为该功率单元的第二个输出VO2，电容C2、 C1相串联的中点与二极管D1、D2相串联的中点之间相连接。

上述充电电路上的三相电路中均串联有开关K2，每相电路上的开关K2均并联有一个串联支路，每个串联支路由开关K1和电阻R串联组成。

本实用新型的有益效果是：采用二极管嵌位三电平电路结构构成功率单元，相对于传统的两电平功率单元，每个功率单元可以产生三种输出电压状态，输出电压等级可以提高一倍，相对于传统的采用两电平功率单元的模式，在实现同样电压等级时，每个整流模块和逆变模块的功率单元数目可以减少一半，这样也可大幅度减小装置的复杂程度，并且可以以较大程度的降低设备成本。

附图说明

图1是本发明无变压器的四象限高压变频器的结构示意图。

图2是本发明无变压器的四象限高压变频器中功率单元的结构示意图。

图3、图4、图5是本发明无变压器的四象限高压变频器中功率单元的三种电压输出状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的描述：

如图1、2所示，本实用新型的目的是提供一种无变压器的四象限高压变频器结构，采用二极管嵌位三电平结构实现无变压器的四象限高压变频器，以简化变频器的结构，降低成本，去掉目前电源输入端的高压隔离变压器，提高了工作效率，同时接线方便，方便拆卸和安装。

本实用新型的一种无变压器的四象限高压变频器，包括均为三相电路的充电电路、整流模块和逆变模块，整流模块和逆变模块中每相电路均连接有上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂均有偶数N个功率单元串联组成；整流模块与逆变模块的各个功率单元结构相同，可以互换使用，功率单元的个数有输入输出的电压等级而设定。

以下结合附图，详细介绍本发明的工作原理和工作过程：

设功率单元上电容C1、C2上的直流电压为E，功率单元的控制方式和电压输出状态如下：

1）当功率开关器件T1开通，功率开关器件T2开通，功率开关器件T3关断，功率开关器件T4关断，如图3所示，功率单元输出端口的输出电压为2E。

2）当功率开关器件T1关断，功率开关器件T2开通，功率开关器件T3关断，功率开关器件T4关断，如图4所示，功率单元通过嵌位二极管D1功率开关器件T2到输出端口的输出电压为E。

3）当功率开关器件T1关断，功率开关器件T2关断，功率开关器件T3开通，功率开关器件T4开通，如图5所示，功率单元输出端口的输出电压为0。