具有减小的最小中间电路电压的三相逆变器制造技术

本实用新型专利技术提供一种三相无变压器逆变器（100），其具有用于连接至直流电压源（10）的直流电压输入（101）。该逆变器包括三相桥电路（110）和分割中间电路，并被构造为馈送至通过交流输出（160）连接的三相电网（150）。中间电路的中心点（104）与电网（150）的中性导线分离，并且逆变器（100）仅通过三相交流输出（160）连接至电网（150）。这种构造允许即使在直流电压源（10）的电压低于导线-中性导线电压幅值的两倍的情况下也能够馈送至电网（150）。从而能够提高逆变器的效率。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术提供一种三相无变压器逆变器（100），其具有用于连接至直流电压源（10）的直流电压输入（101）。该逆变器包括三相桥电路（110）和分割中间电路，并被构造为馈送至通过交流输出（160）连接的三相电网（150）。中间电路的中心点（104）与电网（150）的中性导线分离，并且逆变器（100）仅通过三相交流输出（160）连接至电网（150）。这种构造允许即使在直流电压源（10）的电压低于导线-中性导线电压幅值的两倍的情况下也能够馈送至电网（150）。从而能够提高逆变器的效率。【专利说明】具有减小的最小中间电路电压的三相逆变器
本技术涉及三相逆变器，其具有用于至少一个直流电压源的直流电压输入以及用于馈送到三相电网的三相交流电压输出。以前的用于通过具有电压中间电路的无变压器逆变器来将电能馈送到三相电网中的技术方案使用四导线连接，其中全部三相以及中性导线均与逆变器连接。通过这种互连，中间电路电压对应于中性导线-导线电压幅值的至少两倍，从而加入了控制裕量(reserve)。逆变器中半导体元件以及滤波扼流器的电压负荷的增大会导致效率降低。
技术介绍
已知通过使用将转换后的电力在数个半导体开关上分布的多级拓扑可以提升逆变器的效率。此外，利用这些拓扑，由于逆变器桥的端AC电压中的基波分量增大了该开关方案中所使用的数个电压级别，因此在两级拓扑上电网侧的电感式平滑滤波器的负荷及整体尺寸得到减小。为了馈送至电网中，三级拓扑构成了常用且经济的方法。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种实现高效率的三相逆变器。所述逆变器包括具有三个桥分支的电路布置，每一个桥分支具有串联连接的开关和针对每个桥分支的有源恢复路径，该有源恢复路径用于对桥分支提供额外的电压电平，该逆变器通过三导线端子连接到低电压干线(mains )，其中中间电路的中心点与所连接电网的中性导线分离。本技术的其他优选实现方式在从属权利要求中引述。该逆变器能够利用中间电路将对应于导线-导线幅值的电压馈送至电网，而不包括控制裕量，从而实现了高效率。这种电路拓扑对应于具有有源开关恢复分支的多级电路。恢复分支可以包括双向半导体开关器件。可替换地，桥分支也可以被构造为标准NPC(中点钳位)桥。本技术的基本思想是将中间电路的中心(central)点与干线的中性导线去耦，并利用三导线端子代替四导线端子。通过本技术的电路，在上述无变压器干线馈送操作中仅需要最低的中间电路电压。这种逆变器中的损耗低于四导线系统。DC电源处的高频电势会跳变，因此，原则上可以避免发电机处的寄生电容电流。另夕卜，可以避免功率半导体以及滤波扼流器的高电压负荷降低效率。电网滤波器可以连接在逆变器的交流输出端与电网之间，所述电网滤波器针对每个桥分支包括两个串联的滤波扼流器以及连接至这两个滤波扼流器之间的中点的滤波电容器。所有分支的滤波电容器可以一起连接至中间电路的中心点，同时干线的中性导线仍保持与中间电路的中心点分离。通过使用在其中点处连接至滤波电容器的两个串联电容器所构成的中间电路，可以连接单个发电机。该发电机电压在各个电容器上分压(优选为均分)以提供三个电压级另Ij，并可以使用三级拓扑。优选地，所述双向半导体电路布置包括具有相反极性的两个串联的开关，每一个具有反并联二极管。通过这些有源恢复路径，可以实现高效率。也可以使用其他的双向半导体开关布置。不包括控制裕量的中间电路电压可以对应于三相干线的导线-导线电压的幅值。控制裕量可以是例如导线-导线电压的大约O到15%，具体可以是10%。在一个简单的示例中，导线-导线电压的有效值为300V，中间电路电压是444V，S卩(300V*Srqt (2))加上作为控制裕量的20V。该多级电路还可以具有多于三个电压级别。不过，对于三级拓扑来说，仅需要两个缓冲电容器以及一或两个发电机。不需要导致额外损耗的另外的升压变换器。原则上，诸如燃料电池、干电池或直流发电机的直流电源可以连接至逆变器。不过，优选将光伏发电机连接至逆变器的直流电压输入。可以避免其他拓扑中已知的由于开关脉冲而导致的光伏发电机处的高频电势跳变。于是，可以使用脉宽调制法。【专利附图】【附图说明】下面将参照附图对本技术进行更详细的说明。图1示出了本技术的逆变器的优选实施例的电路图，以及图2a和图2b示出了包括半导体开关的双向开关布置的两种不同的实现方式。【具体实施方式】图1所示的逆变器100包括多级电路布置，其具有用于至少一个直流电压源(特别是用于光伏发电机10)的直流电压输入端101。不过也可以串联和/或并联几个光伏发电机。分割中间电路由两个缓冲电容器102、103形成。针对每相具有两个串联的开关元件VI1、V14、V21、V24、V31、V34以及对应的有源恢复分支121、122、123 (各自形成具有双向开关布置的恢复路径120)的桥分支111、112、113连接在中间电路的端子之间。逆变器100具有针对每相的相输出130，用于通过AC输出160馈送到电网150。每个开关V11、V14、V21、V24、V31、V34 具有反并联恢复二极管 Dll、D14、D21、D24、D31、D34。逆变器 100 被配置为无变压器。发电机10提供中间电路电压U_IC，其近似分割成在每个缓冲电容器102、103上具有一半。因此，可以在电容器端子处提供三个电压级别，如0V、150V和300V。该电路布置被构造为二级电路。根据本技术，逆变器100在作为三导线端子的交流输出160处连接至电网150，如图1所示，中间电路的中心点104与三相电网的中性导线151 (如果存在的话)分离。三条导线对应于三相L1、L2和L3。图1还示出了在相输出130和三相电网150的对应交流输出160之间设置了干线滤波器140。干线滤波器140包括一共六个扼流器和三个电容器，即针对桥分支111、112、113中的每一个包括两个串联的扼流器141、142和连接至扼流器141、142之间的中点145的一个电容器143。每个电容器143连接至中间电路的中心点104。于是，干线的中性导线151 (如果存在的话)与中间电路的中心点104相分离。因此，滤波电容器143在其一端连接至扼流器141、142的中点145，并在其另一端连接至中间电路的中心点104.干线滤波器140用作电网频率的正弦滤波器。也可以使用单个扼流器来代替两个扼流器141、142。同时还应注意，可以使用桥分支111、112、113的标准NPC拓扑来代替BSNPC(双极开关NPC)。在这种情况下，每个桥分支包括两个上部和两个下部的串联开关对，其中各个二极管将每个上部和下部开关对的中点连接至中间电路的中心点104.如图2a所详细例示的，有源开关恢复分支121可以被构造为双向开关布置，其包括以相反极性串联的两个开关124、125，每个开关具有反并联的二极管126、127。开关124、125被主动控制以避免高频电压。由此也降低了开关损耗以及扼流器141、142的磁极翻转损耗和波纹电流。有源开关恢复分支121还可以被构造为这样的双向开关布置，其包括连接至二极管129的整流器布置的中点上的单个开关128，如图2b所示。也可以使用其他已知的包括二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：艾思玛太阳能技术股份公司，
类型：实用新型
国别省市：