一種三相逆變電路的軟開關及方法
2023-05-31 12:43:11 2
專利名稱：一種三相逆變電路的軟開關及方法
技術領域：
本發明涉及逆變開關技術領域，尤其涉及電力變換的一種三相逆變電路的軟開關及方法。
背景技術：
電力變換技術中實現低耐壓開關元件對高壓電能的變換，傳統方法採用開關器件的串聯，典型應用是兩電平硬開關結構。其輸入電流諧波嚴重，功率因數低，急劇變化的電壓和電流給周圍的電氣設備造成電磁幹擾，也使功率開關器件承受很大的電壓應力。
發明內容
為解決傳統開關器件的硬開關結構，存在輸入電流嚴重畸變，諧波含量嚴重，功率因數低，急劇變化的電壓和電流給周圍的電氣設備造成電磁幹擾，也使功率開關器件承受很大的電壓應力。本發明的目的在於提供一種三相逆變電路的軟開關及方法。適應於高壓大功率逆變的應用，能夠有效防止電機繞組絕緣擊穿，改善變換器裝置的EMI特性，提高開關器件使用壽命，增加了設備可靠性，節能效率高。為實現上述發明目的，本發明採用如下所述的技術方案
一種三相逆變電路的軟開關方法，採用微處理器控制的三相逆變器A、B、C輸出的三電平，分別通過三相濾波器4、Lb、Lc為交流電動機M提供三相對稱的正弦波電源；所述三相逆變器的單相逆變器具有將母線直流電壓通過通過電容器(^和(2分壓變換為三電平；所述三電平利用諧振電容C12和C13和諧振電感Zn、Z12與主功率開關器件SpS2, S3>S4和輔助功率開關器件的通斷工作狀態形成振蕩條件，所述輔助功率開關器件Sal、Sa2、Sa3Aa4為開關器件，提供零電壓開通(ZVS)和零電流關斷(ZCS)條件的三種開關狀態，實現每相逆變器輸出三種電平。三組相同單相電路可組成三相對稱正弦波電源，驅動交流電動機M ； 所述單相逆變器的三電平狀態
1)、當主開關器件S1A2導通，主開關器件&工4關斷所述電流夂無論為正或負方向， a點為電源輸出端點，輸出電壓^。為分壓電容C1上電壓，即輸出電壓ι。= Ed /2 ；
2)、當主開關器件S2A3導通，主開關器件S1A4關斷所述電流夂無論為正或負方向， a點在鉗位二極體Dn、仏2作用下均與中點0聯通，輸出電壓為Izao=O ；
3)、當主開關器件S3、S4導通，主開關器件SpS2關斷所述電流iA無論為正或負方向， a點為電源輸出端點，輸出電壓~。為分壓電容C2上電壓，即輸出電壓~。= -Ed/2 ；
所述單相逆變器的整個工作周期分為5個時段循環進行，包括預備階段、諧振階段、 穩定階段、諧振階段、恢復階段，即開關器件IGCT門極換流電晶體S1與、之間的工作過程
表現為 , 不同時段，形成一個完整周期，其中
所述預備階段為 i時段當上橋臂主功率器件S1S2導通，下橋臂主功率器件 Si、S 4關斷，逆變電路輸出電壓值『=-Ed/2 ；所述諧振階段為G 」時段當上橋臂主功率器件S1零電壓關斷、-S ,零電流開通，C11, C12與L11發生諧振，C13, C14與L12發生諧振；
所述穩定階段為 2 h時段當下橋臂主功率器件、零電壓開通，主功率器件S」S3 關斷，此階段的輸出電壓"a。=0;
所述諧振階段為 ； +時段當下橋臂主功率器件S 4零電壓關斷，SalAa3零電流開通，C11, C12與L11發生諧振，C13、C14與L12發生諧振；
所述恢復階段為t % τ時段上橋臂主功率器件S^S2導通，在t= t4時刻，零電
壓開通的主開關器件S Ji使電路進入與 _ t 階段相同的S :、S 2穩定導通階段。一種三相逆變電路的軟開關方法，所述三相逆變器A、B、C電路相同，分別通過微處理器控制，輸出三相交流電壓，相位互差120° ；所述三相逆變器A、B、C的每相開關器件為單獨運行，驅動信號必須滿足S1和\互鎖，S2和、互鎖的條件，所述輸出相電壓分別產生三種電平輸出+Ed/2，0，一4/2。一種三相逆變電路的軟開關方法，所述驅動逆變橋臂電路外側功率器件IGCT和內側功率器件IGCT形成互補開關狀態，利用二極體的鉗位作用，在輸出端形成三電平波形的輸出電壓。—種三相逆變電路的軟開關方法，所述輔助諧振開關器件IGBT與諧振電容Cn、C12 、C13、C14和諧振電感Ln、L12構成諧振電路，所述電容C11充電，電容C12放電或電容C13充電， 電容C14放電形成振蕩條件，為逆變過程的功率開關器件提供零電壓開通(ZVS)和零電流關
斷(ZCQ條件，諧振迴路的諧振頻率為Jr= L7^。
Z^LnCn實施上述方法的一種三相逆變電路的軟開關，包括三相逆變器A、B、C，三相濾波器Z3、Lb、Ze，直流電源4 ；所述三相逆變器A、B、C分別與三相濾波器Z3、Lb、Lc串聯連接構成，所述三相逆變器A、B、C的每相逆變器電路為三電平逆變電路諧振軟開關迴路，包括三電平分壓電路、諧振電路、鉗位電路、橋臂逆變電路，所述橋臂逆變電路包括主橋臂逆變電路和輔助橋臂逆變電路，所述輔助橋臂逆變電路一端通過三電平分壓電路與直流電源&連接，所述輔助橋臂逆變電路另一端通過諧振電路、鉗位電路與主橋臂逆變電路連接構成諧振開關；諧振開關的主橋臂逆變電路另一端與負載電路的連接點A電連接。一種三相逆變電路的軟開關，所述每相逆變器的三電平分壓電路採用多電平變換由電容CpC2串聯，將直流輸入電壓&用兩隻同值電容器CpC2串聯均勻分壓，電容CpC2串聯連接節點O將母線電壓直流電源&分別產生正、負以及零三種電平+Ed/2，0，- Ed/2。一種三相逆變電路的軟開關，鉗位電路由兩個鉗位二極體與輔助橋臂逆變電路的兩個內側開關管並聯，兩個鉗位二極體的中心點與第三電平連接形成中點鉗位，輔助橋臂逆變電路的功率開關器件承受直流母線電壓的一半，實現利用低耐壓的功率開關器件組合實現高壓大功率輸出。一種三相逆變電路的軟開關，所述主橋臂逆變電路或輔助橋臂逆變電路由四個開關管串聯連接構成，每個開關管的CE端與二極體並聯；上兩個開關管串聯連接構成上橋臂，下兩個開關管串聯連接構成下橋臂，上橋臂和下橋臂的兩個開關管串聯的連接點連接諧振電路；所述主橋臂逆變電路的上橋臂和下橋臂的連接點與負載電路的連接點A電連接；所述輔助橋臂逆變電路的上橋臂和下橋臂的連接點與三電平分壓電路的連接點0電連接。一種三相逆變電路的軟開關，所述諧振電路包括上橋臂諧振電路和下橋臂諧振電路，所述上橋臂諧振電路能夠使主逆變開關器件S1零電壓開通，由諧振電感L11與串聯的諧振電容Cn、C 12和輔助開關器件i5al、Sa2電連接組成；所述下橋臂諧振電路能夠使主逆變開關器件、零電壓開通，由諧振電感L12與串聯的諧振電容C13、C14和輔助開關器件Sa3、Sa4 電連接組成。一種三相逆變電路的軟開關，主橋臂逆變電路的主開關器件S1-S為集成門極換流電晶體IGCT ；輔助橋臂逆變電路的輔助開關器件Sal 、為絕緣柵電晶體IGBT ；三電平分壓電路的電容Cp C2為高頻低阻ZLJ電解電容器；鉗位二極體Dn、D12為超快恢復Hiper FRED功率二極體；C11, C 12，C 13，C 14為MKPZL高頻精密電容；L n，L 12為無阻電感。由於採用如上所述技術方案，本發明具有如下優越性
一種三相逆變電路的軟開關及方法，採用直流電源通過逆變向交流電動機提供正弦波電源，是在三電平條件下，通過輔助的諧振電感和諧振電容，與逆變電路開關器件構成諧振開關，為三相逆變電路開關器件提供零電壓開通(ZVS)和零電流關斷(ZCS)條件，減少功率器件的開關損耗。實現為交流電動機提供三相對稱正弦波電源。本發明的輸出電壓電平數的增加，降低了輸出電壓波形的畸變程度，du/dt應力減小，特別適應於高壓大功率應用領域。在中高壓大電機驅動中可有效防止電機繞組絕緣擊穿，並改善變換器裝置的EMI特性。若開關器件處於硬開關狀態，仍存在有較大的功率器件開關應力和開關損耗，可靠性低，為此設計的諧振電路與功率器件構成諧振開關取代變換器中原有的開關器件，實現零電壓開通(ZVS)和零電流關斷(ZCS)，減少開關損耗，提高開關器件使用壽命，增加了設備可靠性。1.三相逆變電路各相之間相互獨立，不存在軟開關運行與逆變開關方式同步問題，可以採用任何一種PWM調製方法對輸出電壓實現控制。2.不增加開關管的電壓應力，無需額外啟動操作，易於實施；
3.實現三相三電平逆變器中的主開關器件IGCT門極換流電晶體Si、S 4工作，在零電壓軟開關狀態，主開關器件IGCT門極換流電晶體S2、S5和輔助諧振開關器件IGBT絕緣柵
電晶體S d S β4工作在零電流軟開關狀態；
4.電路中電感Ln、L12的剩餘能量可以反饋回直流電源，節能效率高，特別適合於高壓大功率逆變電路。
圖1三相三電平逆變器主電路；其中M為三相電動機，4、Lb、Lc為三相濾波器；Ed 為直流電源；A、B、C為三相逆變器；
圖2三相三電平A相逆變器電路；其中&——為直流電源，由交流電源整流或電池組提供K1，C2——為等耐壓等容量的高頻低阻ZLJ電解電容；S1 、——門極換流電晶體IGCT ；Sal 、——絕緣柵電晶體IGBT ；D11,D12——超快恢復Hiper FRED功率二極體； C11 C 14——MKPZL高頻電容。0點——電源中點，電位為Ed/2。圖3三電平逆變器PWM控制波形；
圖4 IGCT門極換流電晶體S1與、的一個工作周期原理，其中
(a)「 時段，預備階段；
(b)Q i 2時段，諧振階段；
(c) 2 i時段，穩定階段；
(d)G時段諧振階段；
(e)i4 i s時段，恢復階段。
0 5(a)Cn、C12 與 L11圖 5(b)C11、C12 與 L10 6(a)Cl3、C14 與 L1圖 6(b)Cl3、Ci4 與 L]
1具體實施例方式如圖1所示，一種三相逆變電路的軟開關及方法，採用微處理器控制的三相逆變器A、B、C輸出的三電平，分別通過三相濾波器La、Lb、Lc為交流電動機M提供三相對稱的正弦波電源；所述三相逆變器的單相逆變器具有將母線直流電壓通過通過電容器C1和C2分壓變換為三電平；所述三電平利用諧振電容C12和C13和諧振電感Ln、L12與主功率開關器件S」S2、S3^S4和輔助功率開關器件的通斷工作狀態形成振蕩條件，所述輔助功率開關器件 Sal> Sa2,、^4為開關器件，提供零電壓開通(ZVS)和零電流關斷(ZCS)條件的三種開關狀態，實現每相逆變器輸出三種電平。三組相同單相電路可組成三相對稱正弦波電源，驅動交流電動機M。所述單相逆變器的三種電平產生過程
1)、當主開關器件S1A2導通，主開關器件&工4關斷所述電流夂無論為正或負方向， a點為電源輸出端點，輸出電壓『為分壓電容C1上電壓，即輸出電壓^z3ij= Ed /2 ；
2)、當主開關器件S2A3導通，主開關器件S1A4關斷所述電流夂無論為正或負方向， a點在鉗位二極體Dn、仏2作用下均與中點0聯通，輸出電壓為Uao=Q ；
3)、當主開關器件S3、S4導通，主開關器件SpS2關斷所述電流iA無論為正或負方向， a點為電源輸出端點，輸出電壓U為分壓電容C2上電壓，即輸出電壓i/3￡)= -Ed/2。所述單相逆變器的整個工作周期分為5個時段循環進行，包括預備階段、諧振階段、穩定階段、諧振階段、恢復階段，即開關器件IGCT門極換流電晶體S1與、之間的工作過
程表現為「 t 不同時段，形成一個完整周期，其中
所述預備階段為 i時段當上橋臂主功率器件S^S2導通，下橋臂主功率器件 Si、S 4關斷，逆變電路輸出電壓值『=-Ed/2 ；
所述諧振階段為 2時段當上橋臂主功率器件S 零電壓關斷；S 、S a4零電流開通，C11, C12與L11發生諧振，C13, C14與L12發生諧振；
所述穩定階段為。
S時段當下橋臂主功率器件、零電壓開通，主功率器件S」S3 關斷，此階段的輸出電壓"=0；
所述諧振階段為 j i 4時段:當下橋臂主功率器件S 4零電壓關斷，SalAa3零電流開通，C11, C12與L11發生諧振，C13、C14與L12發生諧振；
所述恢復階段為 4 i時段上橋臂主功率器件S^S2導通，在t= t4時刻，零電
壓開通的主開關器件S i使電路進入與 · i階段相同的S i、S 2穩定導通階段。所述三相逆變器A、B、C電路相同，分別通過微處理器控制，輸出三相交流電壓，相位互差120° ；所述三相逆變器A、B、C的每相開關器件為單獨運行，驅動信號必須滿足S1和 S3互鎖，S2和、互鎖的條件，所述輸出相電壓分別產生三種電平輸出+Ed/2，0，- Ed/2。所述驅動逆變橋臂電路外側功率器件IGCT和內側功率器件IGCT形成互補開關狀態，利用二極體的鉗位作用，在輸出端形成三電平波形的輸出電壓。所述輔助諧振開關器件IGBT與諧振電容Cn、C12、C13、C14和諧振電感Ln、L12構成諧振電路，所述電容C11充電，電容C12放電或電容C13充電，電容C14放電形成振蕩條件，為逆變過程的功率開關器件提供零電壓開通(ZVS)和零電流關斷(ZCS)條件，諧振迴路的諧實施上述方法的一種三相逆變電路的軟開關，包括三相逆變器A、B、C，三相濾波器La、Lb、Lc,直流電源4 ；所述三相逆變器A、B、C分別與三相濾波器La、Lb、Lc串聯連接構成，所述三相逆變器A、B、C的每相逆變器電路為三電平逆變電路諧振軟開關迴路，包括三電平分壓電路、諧振電路、鉗位電路、橋臂逆變電路，所述橋臂逆變電路包括主橋臂逆變電路和輔助橋臂逆變電路，所述輔助橋臂逆變電路一端通過三電平分壓電路與直流電源&連接，所述輔助橋臂逆變電路另一端通過諧振電路、鉗位電路與主橋臂逆變電路連接構成諧振開關；諧振開關的主橋臂逆變電路另一端與負載電路的連接點A電連接。所述每相逆變器的三電平分壓電路採用多電平變換由電容C」 C2串聯，將直流輸入電壓&用兩隻同值電容器CpC2串聯均勻分壓，電容CpC2串聯連接節點0將母線電壓直流電源&分別產生正、負以及零三種電平+Ed/2，0，- Ed/2。所述鉗位電路由兩個鉗位二極體與輔助橋臂逆變電路的兩個內側開關管並聯，兩個鉗位二極體的中心點與第三電平連接形成中點鉗位，輔助橋臂逆變電路的功率開關器件承受直流母線電壓的一半，實現利用低耐壓的功率開關器件組合實現高壓大功率輸出。
所述主橋臂逆變電路或輔助橋臂逆變電路由四個開關管串聯連接構成，每個開關管的CE結與二極體並聯；上兩個開關管串聯連接構成上橋臂，下兩個開關管串聯連接構成下橋臂，上橋臂和下橋臂的兩個開關管串聯的連接點連接諧振電路；所述主橋臂逆變電路的上橋臂和下橋臂的連接點與負載電路的連接點A電連接；所述輔助橋臂逆變電路的上橋臂和下橋臂的連接點與三電平分壓電路的連接點0電連接。 所述諧振電路包括上橋臂諧振電路和下橋臂諧振電路，所述上橋臂諧振電路能夠使主逆變開關器件S1零電壓開通，由諧振電感L11與串聯的諧振電容Cn、C 12和輔助開關器件&i、Sa2電連接組成；所述下橋臂諧振電路能夠使主逆變開關器件、零電壓開通，由諧振電感L12與串聯的諧振電容C13、C14和輔助開關器件&3、Sa4電連接組成。主橋臂逆變電路的主開關器件S1 、為集成門極換流電晶體IGCT ；輔助橋臂逆變電路的輔助開關器件Sal 、為絕緣柵電晶體IGBT ；三電平分壓電路的電容C」 C2為高頻低阻ZLJ電解電容器；鉗位二極體D11, D12為超快恢復Hiper FRED功率二極體；C11, C 12， C13，C14為MKPZL高頻精密電容；L n，L 12為無阻電感。工作時，一種三相逆變電路的軟開關，由輸入、逆變和輸出三部分組成。所述輸入的直流電源為逆變系統的輸入電源由整流電路、電池組或其它直流電源組成；所述逆變部分為由三個完全相同的單相三電平逆變器單元組成，每個逆變器單元提供單相正弦交流電壓，三個逆變器電源的輸出電壓相位互差120°，構成標準三相正弦交流電源；輸出部分由三相濾波電感和三相交流電動機組成，為三相電源的負載。以單相逆變器為例，工作過程如下(參照電路圖2)。三電平的實現
(1)開關器件S1A2導通，s3、、關斷
電流、為正值時(定義電流流向負載的方向為正值，流出負載的方向為負值)，電流由電源正極通過開關管Si、S2,到負載a點；電流iA為負值時，電流從a點通過Dp D2到電源正極。無論、為何方向，a點都接至電源正極，輸出電壓『為分壓電容C1上電壓，即^z3ij= Ed /2 ；
(2)開關&、4導通，S1J4關斷
電流厶無論何方向，a點在鉗位二極體Dn、I^2作用下均與中點0聯通，輸出電壓為 ^30=O ；
(3)開關S3J4導通，S^S關斷
電流夂為正值時，電流由電源負極通過D3、D4到負載a點，電流夂為負值時從a點通過開關S3、、至電源負極。無論、為何方向，a點都接至電源負極，輸出電壓『為分壓電容C2上電壓，即^= — Ed/2。逆變器每相開關器件的驅動信號必須滿足S1和&互鎖，S2和、互鎖的條件，輸出相電壓呈現為3種電平，即+Ed/2，0，一 Ed/2，形成三電平輸出。2.具體的工作過程分為 β i 5個時段說明(參照圖4)
a. · 時段預備階段。主逆變開關Si、S2穩定導通，對應電路由圖4 (a)所示。主逆變開關器件、，S2在控制脈衝作用下導通，S3、S 4在控制脈衝作用下關斷，逆變電路通過、S輸出負載電流，逆變電路輸出電壓值Uf = Ed/2，，諧振電容C11、C13電壓為 wCii= wCis=O' C12> C14 電壓為 Ucii=Uci2= Ed/2。b. Γ i 2時段諧振階段。其電路由圖4 (b)所示。在t= t ！時刻，關斷主逆
變開關器件S1，由於的電壓 =0，所以s 零電壓關斷。同時開通輔助諧振開
關器件Sa2、Sa4，由於L 、L 的存在sa2、Sa4是零電流開通。Cn、C12與L11發生諧振，C11充電，C12放電；C13、C14與L12發生諧振，C13充電，C14放電。
c.t 2 t時段穩定階段。其電路由圖4 (C)所示。在 = ^2時刻，主開關器
件S ,零電壓開通，輔助開關器件Sa2、Sa4零電流關斷，由於主開關器件S i、S J處於關斷狀
態，所以逆變電路此階段的輸出電壓「擬=0。此階段諧振電容C11、C13電壓為^zci3= Ed/2，諧振電容 C12、C14 電壓為 Uci2= 0。d. $ 4時段諧振階段。其電路由圖4 (d)所示。在t= t 時刻，關斷主開關
器件S4，由於C14上的電壓 α4= 0，S 4為零電壓關斷，同時開通輔助諧振開關器件Sal、sa3， 由於Ln、L12的存在\i、Sa3為零電流開通，Cn、C12與L11發生諧振，C11放電、C12充電；C13、C14
與L12發生諧振，C13放電、Cw充電。當時 14= 0, ^ci4= Ed/2,此時導致主開關器
1 ψ 件、零電壓幵通；(K = 為諧振周期)當〗= 二時 此時導致輔助幵關器件Si、 IJr2
JrTrrjf
Sa3零電流關斷；由於在I-h二區間仍然保持&H=OJI^S的開通時間推遲至t=
4 2ι
t4時刻；當主功率開關器件IGCT門極換流電晶體S1關斷，經二極體D3, D4續流；由C 14、L 12、Sa4構成輔助諧振迴路使C 14放電，使C 14上的電壓 14=0。e. t 時段恢復階段。其電路由圖4 (e)所示。主開關器件、i S穩定導通。在 = &時刻，零電壓開通的主開關器件S1使電路進入與 , h階段相同的、i 、S 2穩定導通階段；在控制脈衝作用下，諧振過程在t0 5個時段連續運行，為一連續動作。3.逆變器PWM工作波形(參照圖3 )
(a)三角波與正弦波調製過程；
(b)形成的SPWM波；
(c)主開關器件&、S3控制波形；
(d)輔助功率開關器件i5al、Sa2,Sa3, Sa4控制波形；
(e)主功率開關器件SpS2, S3> S4工作波形
主開關器件在開通及關斷時，主開關器件S1 A均處於關斷狀態，負載電流為零。
主開關器件是在零電流條件下開通和關斷的。4.諧振頻率的確定
Cn、C12與L11諧振迴路在C11充電C12放電時的原理電路與波形由圖5所示。C13、C14與L12
諧振迴路在C13充電C14放電時的原理電路與波形由圖6所示。諧振頻率為Λ
權利要求
1.一種三相逆變電路的軟開關方法，其特徵在於採用微處理器控制的三相逆變器A、 B、C輸出的三電平，分別通過三相濾波器Z3、Lb、Lc為交流電動機M提供三相對稱的正弦波電源；所述三相逆變器的單相逆變器具有將母線直流電壓通過通過電容器C1和C2分壓變換為三電平；所述三電平利用諧振電容C12和C13和諧振電感ZipZ12與主功率開關器件S1A2, S3、S4和輔助功率開關器件的通斷工作狀態形成振蕩條件，所述輔助功率開關器件i5al、Sa2, 、、Sa4*開關器件，提供零電壓開通(ZVS)和零電流關斷(ZCQ條件的三種開關狀態，實現每相逆變器輸出三種電平；三組相同單相電路可組成三相對稱正弦波電源，驅動交流電動機M ；所述單相逆變器的三電平狀態1)、當主開關器件S1A2導通，主開關器件&工4關斷所述電流夂無論為正或負方向， a點為電源輸出端點，輸出電壓^。為分壓電容C1上電壓，即輸出電壓ι。= Ed /2 ；2)、當主開關器件S2A3導通，主開關器件S1A4關斷所述電流夂無論為正或負方向， a點在鉗位二極體Dn、仏2作用下均與中點0聯通，輸出電壓為Izao=O ；3)、當主開關器件S3、S4導通，主開關器件SpS2關斷所述電流iA無論為正或負方向， a點為電源輸出端點，輸出電壓~。為分壓電容C2上電壓，即輸出電壓~。= -Ed/2 ；所述單相逆變器的整個工作周期分為5個時段循環進行，包括預備階段、諧振階段、 穩定階段、諧振階段、恢復階段，即開關器件IGCT門極換流電晶體S1與、之間的工作過程表現為t、 t i.不同時段，形成一個完整周期，其中所述預備階段為 i時段當上橋臂主功率器件S^S2導通，下橋臂主功率器件 Sj、S 4關斷，逆變電路輸出電壓值『=-Ed/2 ；所述諧振階段為G r時段當上橋臂主功率器件S1零電壓關斷S ,零電流開通，C11, C12與L11發生諧振，C13、C14與L12發生諧振；所述穩定階段為「 ι時段當下橋臂主功率器件、零電壓開通，主功率器件S」S3 關斷，此階段的輸出電壓"a。=0;所述諧振階段為 3 +時段當下橋臂主功率器件S ,零電壓關斷，SalAa3零電流開通，C11, C12與L11發生諧振，C13、C14與L12發生諧振；所述恢復階段為「時段上橋臂主功率器件S^S2導通，在t= t4時刻，零電壓開通的主開關器件S ！使電路進入與 _ t 階段相同的S :、S 2穩定導通階段。
2.如權利要求1所述的一種三相逆變電路的軟開關方法，其特徵在於所述三相逆變器A、B、C電路相同，分別通過微處理器控制，輸出三相交流電壓，相位互差120° ；所述三相逆變器A、B、C的每相開關器件為單獨運行，驅動信號必須滿足S1和\互鎖，S2和、互鎖的條件，所述輸出相電壓分別產生三種電平輸出+Ed/2，0，一 V^。
3.如權利要求1所述的一種三相逆變電路的軟開關方法，其特徵在於所述驅動逆變橋臂電路外側功率器件IGCT和內側功率器件IGCT形成互補開關狀態，利用二極體的鉗位作用，在輸出端形成三電平波形的輸出電壓。
4.如權利要求1所述的一種三相逆變電路的軟開關方法，其特徵在於所述輔助諧振開關器件IGBT與諧振電容C11、C12、C13、C14和諧振電感L11、L12構成諧振電路，所述電容C11充電，電容C12放電或電容C13充電，電容C14放電形成振蕩條件，為逆變過程的功率開關器件提 供零電壓開通(ZVS)和零電流關斷(ZCS)條件，諧振迴路的諧振頻率為Jr =。
5.一種如權利要求1所述方法的三相逆變電路的軟開關，其特徵在於包括三相逆變器A、B、C，三相濾波器Ζ3、ΖΑ、4，直流電源& ；所述三相逆變器A、B、C分別與三相濾波器4、 Lb,Lc串聯連接構成，所述三相逆變器A、B、C的每相逆變器電路為三電平逆變電路諧振軟開關迴路，包括三電平分壓電路、諧振電路、鉗位電路、橋臂逆變電路，所述橋臂逆變電路包括主橋臂逆變電路和輔助橋臂逆變電路，所述輔助橋臂逆變電路一端通過三電平分壓電路與直流電源Ed連接，所述輔助橋臂逆變電路另一端通過諧振電路、鉗位電路與主橋臂逆變電路連接構成諧振開關；諧振開關的主橋臂逆變電路另一端與負載電路的連接點A電連接。
6.如權利要求5所述的三相逆變電路的軟開關，其特徵在於所述每相逆變器的三電平分壓電路採用多電平變換由電容C1、C2串聯，將直流輸入電壓4用兩隻同值電容器C1、C2 串聯均勻分壓，電容CpC2串聯連接節點0將母線電壓直流電源4分別產生正、負以及零三種電平 +Ed/2，0，一 4/2。
7.如權利要求5所述的三相逆變電路的軟開關，其特徵在於鉗位電路由兩個鉗位二極體與輔助橋臂逆變電路的兩個內側開關管並聯，兩個鉗位二極體的中心點與第三電平連接形成中點鉗位，輔助橋臂逆變電路的功率開關器件承受直流母線電壓的一半，實現利用低耐壓的功率開關器件組合實現高壓大功率輸出。
8.如權利要求5所述的三相逆變電路的軟開關，其特徵在於所述主橋臂逆變電路或輔助橋臂逆變電路由四個開關管串聯連接構成，每個開關管的CE端與二極體並聯；上兩個開關管串聯連接構成上橋臂，下兩個開關管串聯連接構成下橋臂，上橋臂和下橋臂的兩個開關管串聯的連接點連接諧振電路；所述主橋臂逆變電路的上橋臂和下橋臂的連接點與負載電路的連接點A電連接；所述輔助橋臂逆變電路的上橋臂和下橋臂的連接點與三電平分壓電路的連接點0電連接。
9.如權利要求5所述的三相逆變電路的軟開關，其特徵在於所述諧振電路包括上橋臂諧振電路和下橋臂諧振電路，所述上橋臂諧振電路能夠使主逆變開關器件S1零電壓開通，由諧振電感L11與串聯的諧振電容Cn、C 12和輔助開關器件i5al、Sa2電連接組成；所述下橋臂諧振電路能夠使主逆變開關器件、零電壓開通，由諧振電感L12與串聯的諧振電容C13、 C14和輔助開關器件\3、Sa4電連接組成。
10.如權利要求5所述的三相逆變電路的軟開關，其特徵在於主橋臂逆變電路的主開關器件S1 、為集成門極換流電晶體IGCT ；輔助橋臂逆變電路的輔助開關器件Sal 、 為絕緣柵電晶體IGBT ；三電平分壓電路的電容C1W2為高頻低阻ZLJ電解電容器；鉗位二極體Dn、D12為超快恢復Hiper FRED功率二極體；Cn，C 12，C 13，C 14為MKPZL高頻精密電容；L n，L 12為無阻電感。
全文摘要
本發明涉及逆變開關技術領域，公開一種三相逆變電路的軟開關及方法。採用微處理器控制的三相逆變器輸出三電平，通過三相濾波器為電動機M提供三相對稱的正弦波電源；所述三相逆變器的單相逆變器具有將母線直流電壓通過通過電容器C1和C2分壓變換為三電平；所述三電平利用諧振電容C12和C13和諧振電感與主功率開關器件和輔助功率開關器件的通斷工作狀態形成振蕩條件，所述輔助功率開關器件為開關器件，提供零電壓開通和零電流關斷條件的三種開關狀態，實現每相逆變器輸出三種電平。本發明適應於高壓大功率逆變的應用，能夠有效防止電機繞組絕緣擊穿，改善變換器裝置的EMI特性，提高開關器件使用壽命，增加了設備可靠性，節能效率高。
文檔編號H02P27/08GK102201783SQ20111007777
公開日2011年9月28日 申請日期2011年3月30日 優先權日2011年3月30日
發明者姬宣德, 張旦聞, 章鐵鐘, 蔣健虎, 薛亞賓, 辛伊波, 陳文清, 韋英群 申請人:洛陽理工學院