一种抽头电感型Z源逆变器制造技术

本发明专利技术公开了一种抽头电感型Z源逆变器，包括直流电源Udc、三相逆变器和电感抽头Z源网络，直流电源Udc的输出端与电感抽头Z源网络的输入端连接，电感抽头Z源网络的输出端与三相逆变器的输入端连接，三相逆变器的输出端连接至电网或负载；所述电感抽头Z源网络包括抽头电感Lt、二极管Din、二极管D1、二极管D2、电容C1、电容C2和电感L3，抽头电感Lt包括绕组N1和绕组N2。本发明专利技术具有升压比高、电容电压应力小、直流电压利用率高以及启动冲击小等优点，可用于新能源发电与并网及电机拖动等场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种抽头电感型Z源逆变器，属于逆变电路

技术介绍
传统的逆变电路分为电压源和电流源这两类，然而这两类逆变器存在下述共同缺点，它们或是升压型，或是降压型变换器，而不可能是升/降压型变换器；而且它们抗电磁干扰的能力较差，当由于电磁干扰导致桥臂短路或是开路时，容易造成变流器损坏。由此，于2002年美国密西根州立大学的彭方正教授提出了一种新型逆变器，该逆变器则为Z源逆变器。Z源逆变器提供了一种新的思路和理论，可以克服传统电压源和电流源逆变器的不足之处。Z源逆变器自提出以来，以其独特的优点在新能源发电系统等具有输入电压大范围变化特点的场合得到了广泛的应用。但现有的Z源拓扑仍存在诸多缺陷：1、升压能力有限，若要提高升压能力，需增大直通占空比，势必减小调制比，会导致功率器件的应力增大；2、输入电流断续，直流电压利用率低；3、存在启动冲击回路，影响逆变器性能。
技术实现思路
本专利技术为了克服以上技术的不足，提供了一种抽头电感型Z源逆变器，该逆变器具有升压比高、电容电压应力小、直流电压利用率高以及启动冲击小等优点，可用于新能源发电与并网及电机拖动等场合。专利技术概述：本专利技术通过将Z源逆变器的一个电感用包括抽头电感的无源网络代替，利用模态变化时，抽头电感Lt绕组电势的变化及二极管D1、D2通断的改变，将在直通期间存储在抽头电感中的能量输送出去，提升母线电压。本专利技术克服其技术问题所采用的技术方案是：一种抽头电感型Z源逆变器，包括直流电源Udc和三相逆变器，还包括电感抽头Z源网络，直流电源Udc的输出端与电感抽头Z源网络的输入端连接，电感抽头Z源网络的输出端与三相逆变器的输入端连接，三相逆变器的输出端连接至电网或负载；所述电感抽头Z源网络包括抽头电感Lt、二极管Din、二极管D1、二极管D2、电容C1、电容C2和电感L3，抽头电感Lt包括绕组N1和绕组N2；直流电源Udc的正极输出端与二极管Din的阳极连接，二极管Din的阴极分别与绕组N1的一端、电容C1的一端连接，绕组N1的另一端分别与绕组N2的一端、二极管D2的阳极连接，绕组N2的另一端与二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极与二极管D2的阴极、电容C2的一端共同连接至三相逆变器的正极端，电感L3的一端分别与直流电源Udc的负极输出端、电容C2的另一端连接，电感L3的另一端与电容C1的另一端共同连接至三相逆变器的负极端。根据本专利技术优选的，所述三相逆变器为三相逆变桥，三相逆变桥包括6个绝缘栅双极型晶体管，分别为晶体管S1、晶体管S2、晶体管S3、晶体管S4、晶体管S5和晶体管S6，晶体管S1的发射极与晶体管S4的集电极连接后输出至电网或负载，晶体管S2的发射极与晶体管S5的集电极连接后输出至电网或负载，晶体管S3的发射极与晶体管S6的集电极连接后输出至电网或负载，晶体管S1的集电极、晶体管S2的集电极与晶体管S3的集电极共同连接至三相逆变器的正极端，晶体管S4的发射极、晶体管S5的发射极与晶体管S6的发射极连接共同连接至三相逆变器的负极端。根据本专利技术优选的，设电容C1、电容C2的容值大于1000微法时，则在一个开关周期T内，电容电压视为恒定，抽头电感型Z源逆变器在一个开关周期内包括3种开关状态：直通零矢量状态、传统零矢量状态和有效零矢量状态；由于耦合系数不等于1，引入漏感Lk，励磁电感Lm和漏感Lk的表达式分别为Lm＝k2L1 (1)Lk＝(1-k2)L1 (2)式中：k为耦合系数，L1为绕组N1的感值，设匝比N＝N2/N1，则抽头电感两个绕组的电感值可以表达为 L 2 / L 1 = N 2 k 2 L 1 + L 2 = L t - - - ( 3 ) ]]>即， L 1 = 1 1 + N 2 k 2 L t L 2 = N 2 k 2 1 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抽头电感型Z源逆变器，包括直流电源Udc和三相逆变器，其特征在于：还包括电感抽头Z源网络，直流电源Udc的输出端与电感抽头Z源网络的输入端连接，电感抽头Z源网络的输出端与三相逆变器的输入端连接，三相逆变器的输出端连接至电网或负载；所述电感抽头Z源网络包括抽头电感Lt、二极管Din、二极管D1、二极管D2、电容C1、电容C2和电感L3，抽头电感Lt包括绕组N1和绕组N2；直流电源Udc的正极输出端与二极管Din的阳极连接，二极管Din的阴极分别与绕组N1的一端、电容C1的一端连接，绕组N1的另一端分别与绕组N2的一端、二极管D2的阳极连接，绕组N2的另一端与二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极与二极管D2的阴极、电容C2的一端共同连接至三相逆变器的正极端，电感L3的一端分别与直流电源Udc的负极输出端、电容C2的另一端连接，电感L3的另一端与电容C1的另一端共同连接至三相逆变器的负极端。

【技术特征摘要】
1.一种抽头电感型Z源逆变器，包括直流电源Udc和三相逆变器，其特征在于：还包括电感抽头Z源网络，直流电源Udc的输出端与电感抽头Z源网络的输入端连接，电感抽头Z源网络的输出端与三相逆变器的输入端连接，三相逆变器的输出端连接至电网或负载；所述电感抽头Z源网络包括抽头电感Lt、二极管Din、二极管D1、二极管D2、电容C1、电容C2和电感L3，抽头电感Lt包括绕组N1和绕组N2；直流电源Udc的正极输出端与二极管Din的阳极连接，二极管Din的阴极分别与绕组N1的一端、电容C1的一端连接，绕组N1的另一端分别与绕组N2的一端、二极管D2的阳极连接，绕组N2的另一端与二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极与二极管D2的阴极、电容C2的一端共同连接至三相逆变器的正极端，电感L3的一端分别与直流电源Udc的负极输出端、电容C2的另一端连接，电感L3的另一端与电容C1的另一端共同连接至三相逆变器的负极端。2.根据权利要求1所述的抽头电感型Z源逆变器，其特征在于：所述三相逆变器为三相逆变桥，三相逆变桥包括6个绝缘栅双极型晶体管，分别为晶体管S1、晶体管S2、晶体管S3、晶体管S4、晶体管S5和晶体管S6，晶体管S1的发射极与晶体管S4的集电极连接后输出至电网或负载，晶体管S2的发射极与晶体管S5的集电极连接后输出至电网或负载，晶体管S3的发射极与晶体管S6的集电极连接后输出至电网或负载，晶体管S1的集电极、晶体管S2的集电极与晶体管S3的集电极共同连接至三相逆变器的正极端，晶体管S4的发射极、晶体管S5的发射极与晶体管S6的发射极连接共同连接至三相逆变器的负极端。3.根据权利要求1所述的抽头电感型Z源逆变器，其特征在于：设电容C1、电容C2的容值大于1000微法时，则在一个开关周期T内，电容电压视为恒定，抽头电感型Z源逆变器在一个开关周期内包括3种开关状态：直通零矢量状态、传统零矢量状态和有效零矢量状态；由于耦合系数不等于1，引入漏感Lk，励磁电感Lm和漏感Lk的表达式分别为Lm＝k2L1 (1)Lk＝(1-k2)L1 (2)式中：k为耦合系数，L1为绕组N1的感值，设匝比N＝N2/N1，则抽头电感两个绕组的电感值可以表达为 L 2 / L 1 = N 2 k 2 L 1 + L 2 = L t - - - ( 3 ) ]]>即， L 1 = 1 1 + N 2 k 2 L t L 2 = N 2 k 2 1 + N 2 k 2 L t - - - ( 4 ) ]]>式中：L2为绕组N2的感值；(1)状态一、直通零矢量状态(t0～t1)：直通零矢量状态下，母线电压UPN经由三相逆变桥短路，在此期间，电容C1电压加在绕组N1上，绕组N1电流从最小值iL1(0)开始线性增加，当t＝t1时刻iL1达到最大值，为 i L 1 ( m a x ) = u C 1 L 1 T 0 + I L 1 ( 0 ) = u C 1 L 1 D 0 T + I L 1 ( 0 ) - - - ( 5 ) ]]>式中，T0为直通时间，D0为直通占空比，绕组N2的感应电势为左“+”右“-”，且uL2＝Num＝Nk2uC1 (6)式中，um为励磁电感的端电压，其中N>1，因此二极管D1截止；同时，电容C2的电压加在电感L3上，电感L3的电压也从最小值开始线性增加，当t＝t1时刻iL3达到最大值，为 i L 3 ( m a x ) = u C 2 L 3 T 0 + I L 3 ( 0 ) = u C 2 L 3 D 0 T + I L 3 ( 0 ) - - - ( 7 ) ]]>由于uC1+uL3＞Udc，二极管Din截止；(2)状态二、传统零矢量状态(t1～t2)：传统零矢量状态下，三相逆变桥开路，t1时刻，绕组N1和N2电势迅速下降，并到达反向最大值，在此期间，由于漏感能量的存在，绕组N1电流通过电容C2继续流通；定义一个开关周期T中，漏感能量全部释放给电容C2的时间为T1＝D1T，其中D1为电容C2的充电时间与开关周期的比，此时加在绕组N1上的电压为uC2-Udc，iL1迅速线性下降，iL1的减小量为 Δi L 1 ( - ) = u C 2 - U d c L 1 T 1 = u C 2 - U d c L 1 D 1 T - - - ( 8 ) ]]>之后由于uL2>uL1(N>1)，二极管D2电流过零截止，二极管D1导通，输入电压Udc与绕组N1、N2串联给电容C2充电，uC2＝Udc+uL1+uL2，抽头电感Lt电流线性下降，且iL1＝iL2，此时，加在绕组N1上的电压为uL1＝uC2-uL2-Udc＝uC2-Udc-Nk2uL1 (9)根据上式可得 u L 1 = u C 2 - U d c 1 + Nk 2 - - - ( 10 ) ]]>(3)状态三：有效零矢量状态(t2～t3)：有效矢量状态下，三相逆变桥等效为一个电流源，输入电压Udc与绕组N2、N1串联给负载供电，同时继续维持电容C2电压，此时加在绕组L1上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁勇，李长云，谢小丽，
申请(专利权)人：山东舜博信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37