一种单相三电平高频链矩阵式逆变器拓扑及SPWM调制方法技术

本发明专利技术公开了一种单相三电平高频链矩阵式逆变器拓扑及SPWM调制方法，所述单相三电平高频链矩阵式逆变器由高频逆变网络、高频变压器、中点嵌位型矩阵式变换器、LC型滤波器依次连接构成；变压器前级的调制方法是用高频方波与互补的两路工频方波进行逻辑与运算，得到高频逆变网络的驱动信号，使变压器前级输出按工频频率正负切换的高频方波，以实现向输出负载侧传递能量的控制；变压器后级电路的调制方法是在普通三电平双载波SPWM的基础上加上解结耦逻辑，即将变压器后级电路解耦成两个普通三电平逆变器进行控制。本发明专利技术逆变器拓扑即有输出电压波形更逼近理想正弦波的优点，又有矩阵式变换器功率变换等级少、能量双向流动、结构简单可靠等优点。

A single phase three level high frequency link matrix inverter topology and SPWM modulation method

The invention discloses a single-phase three level high-frequency link matrix inverter topology and SPWM modulation method, the single-phase three level inverter with high-frequency link matrix type high frequency inverter, high frequency transformer, network neutral point clamped type matrix converter, LC type filter connected in sequence; method of modulation transformer front stage is logical and operation with two side frequency high frequency square wave and complementary wave, driving signal of high frequency inverter network, the transformer before the output according to the frequency of positive and negative switching frequency of square wave, control transfer energy to the output load side to achieve; modulation method and secondary circuit transformer is coupled with the solution node based on ordinary logic three level dual carrier SPWM on the secondary side of the transformer circuit is decoupled into two general three level inverter control. The inverter topology of the invention has the advantages that the output voltage waveform is closer to the ideal sine wave, and the matrix converter has the advantages of less power transformation grade, bidirectional energy flow, simple and reliable structure, etc..

【技术实现步骤摘要】
一种单相三电平高频链矩阵式逆变器拓扑及SPWM调制方法
本专利技术涉及功率变换器调制领域，尤其是一种单相三电平高频链矩阵式逆变器的解结耦双载波SPWM调制方法。
技术介绍
逆变器是一种把直流电能转换成交流电能的拓扑装置。高频链逆变器采用高频变压器替代工频变压器克服了传统变压器体积大、噪声大、成本高等缺点。高频链矩阵式逆变器的变换过程有DC/HFAC/LFAC三种功率特征。可知此类逆变器中出现了DC/AC即直流/交流逆变环节，该环节位于变压器原边，又出现了AC/AC即交流/交流变换环节，该环节常称为矩阵变换器环节，位于变压器副边。矩阵变换器与传统变频器相比，没有中间储能环节，采用双向开关，可以实现能量的双向流动，结构紧凑、体积小，且输出电压幅值和频率可以独立控制。由于传统的高频链矩阵式逆变器属于两电平逆变电路，其逆变输出波形的谐波含量较大，波形质量还需要进一步的提高。这影响了该类变换器的进一步推广使用。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种输出波形质量好、开关管应力小的单相三电平高频链矩阵式逆变器及SPWM调制方法。为实现上述目的，采用了以下技术方案：本专利技术所述逆变器拓扑由高频逆变网络、高频变压器、中点嵌位型矩阵式变换器、LC型滤波器连接构成；高频逆变网络由直流输入电压Udc、可控开关管S1、可控开关管S2、可控开关管S3、可控开关管S4组成；中点嵌位型矩阵式变换器由可控开关管SP1、可控开关管SN1、可控开关管SP2、可控开关管SN2、可控开关管SP3、可控开关管SN3、可控开关管SP4、可控开关管SN4、可控开关管SP5、可控开关管SN5、可控开关管SP6、可控开关管SN6、可控开关管SP7、可控开关管SN7、可控开关管SP8、可控开关管SN8组成；LC型滤波器由电感Lf、电容Cf和负载R组成；直流输入电压Udc的正极分别与可控开关管S1的漏极、可控开关管S3的漏极相连，直流输入电压Udc的负极分别与可控开关管S2的源极、可控开关管S4的源极相连；可控开关管S1的源极与可控开关管S2的漏极相连后与高频变压器原边一端相连，可控开关管S3的源极与可控开关管S4的漏极相连后与高频变压器原边另一端相连；高频变压器副边的一端分别与可控开关管SP1的集电极、可控开关管SP5的集电极相连，高频变压器副边的另一端分别与可控开关管SN2的集电极、可控开关管SN8的集电极相连；可控开关管SP1的发射极与可控开关管SN1的发射极相连，可控开关管SN2的发射极与可控开关管SP2的发射极相连，可控开关管SN1的集电极与可控开关管SP2的集电极相连；可控开关管SP5的发射极与可控开关管SN5的发射极相连，可控开关管SN5的集电极分别与可控开关管SP3的集电极、可控开关管SP6的集电极相连；可控开关管SP3的发射极与可控开关管SN3的发射极相连，可控开关管SP6的发射极与可控开关管SN6的发射极相连；可控开关管SN8的发射极与可控开关管SP8的发射极相连，可控开关管SP8的集电极分别与可控开关管SN4的集电极、可控开关管SN7的集电极相连；可控开关管SN4的发射极与可控开关管SP4的发射极相连，可控开关管SN7的发射极与可控开关管SP7的发射极相连；可控开关管SN3的集电极与可控开关管SP4的集电极相连后与可控开关管SN1的集电极、可控开关管SP2的集电极、电容Cf的一端、电阻R的一端相连；可控开关管SN6的集电极与可控开关管SP7的集电极相连后与电感Lf的一端相连；电感Lf的另一端分别与电容Cf的另一端、电阻R的另一端相连。一种单相三电平高频链矩阵式逆变器的解结耦双载波SPWM调制方法，可控开关管S1、可控开关管S4组成的桥臂和可控开关管S2、可控开关管S3组成的桥臂分别在半个工频周期内处于高频调制状态，高频变压器前级逆变电路输出按工频频率正负切换的高频方波；高频变压器后级的中点嵌位型矩阵变换器采用解结耦控制，将中点嵌位型矩阵变换器开关管分解成正负两组，即可控开关管SP1～SP8和可控开关管SN1～SN8，正组开关管工作时负组开关管全部开通，而负组开关管工作时正组全部开通，后级可以等效成两组普通逆变器。简要工作过程如下：将中点嵌位型三电平逆变器引入高频链矩阵式逆变器中，采用解结耦双载波SPWM调制方法，使逆变器输出波形质量更好，谐波含量更低的工频交流电。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：1、通过改造中点嵌位型三电平逆变器，使得其控制算法更加灵活，并将其应用到高频链矩阵式逆变器中，输出电压波形更逼近理想正弦波，且功率变换等级少、能量双向流动。2、用可控开关管代替了原来电路中的中点嵌位二极管和直流输入侧嵌位电容，这样使控制方法更灵活，同时消除了嵌位电容的损耗。附图说明图1为本专利技术逆变器电路拓扑图。图2为双载波SPWM方法工作原理波形图。图3为改进中点嵌位型三电平逆变器输出与控制信号关系图。图4为变压器后级中点嵌位型矩阵变换器在解结耦调制方法下电路解耦原理图。图5为单本专利技术逆变器的解结耦双载波SPWM逻辑处理电路图。图6为本专利技术方法控制下的单相三电平高频链矩阵式逆变器一个高频周期内的模态电路图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明：本专利技术所述单相三电平高频链矩阵式逆变器拓扑由高频逆变网络、高频变压器、中点嵌位型矩阵式变换器、LC型滤波器依次连接构成；将中点嵌位型三电平逆变电路引入高频链矩阵式变换器中，变压器前级输出按工频频率正负切换的高频方波，再经中点嵌位型三电平矩阵式变换器输出给LC滤波器，得到工频正弦波。高频逆变网络由直流输入电压Udc、可控开关管S1、可控开关管S2、可控开关管S3、可控开关管S4组成；中点嵌位型矩阵式变换器由可控开关管SP1、可控开关管SN1、可控开关管SP2、可控开关管SN2、可控开关管SP3、可控开关管SN3、可控开关管SP4、可控开关管SN4、可控开关管SP5、可控开关管SN5、可控开关管SP6、可控开关管SN6、可控开关管SP7、可控开关管SN7、可控开关管SP8、可控开关管SN8组成；LC型滤波器由电感Lf、电容Cf和负载R组成；如图1所示，直流输入电压Udc的正极分别与可控开关管S1的漏极、可控开关管S3的漏极相连，直流输入电压Udc的负极分别与可控开关管S2的源极、可控开关管S4的源极相连；可控开关管S1的源极与可控开关管S2的漏极相连，它们都与高频变压器原边的一端相连，可控开关管S3的源极与可控开关管S4的漏极相连，它们都与高频变压器原边的另一端相连；高频变压器副边的一端分别与可控开关管SP1的集电极、可控开关管SP5的集电极相连，高频变压器副边的另一端分别与可控开关管SN2的集电极、可控开关管SN8的集电极相连；可控开关管SP1的发射极与可控开关管SN1的发射极相连，可控开关管SN2的发射极与可控开关管SP2的发射极相连；可控开关管SP5的发射极与可控开关管SN5的发射极相连，可控开关管SN5的集电极分别与可控开关管SP3的集电极、可控开关管SP6的集电极相连，可控开关管SP3的发射极与可控开关管SN3的发射极相连，可控开关管SP6的发射极与可控开关管SN6的发射极相连；可控开关管SN8的发射极与可控开关管SP8的发射极相连，可控开关管SP8的集电极分别与可控开关管SN4的集本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单相三电平高频链矩阵式逆变器拓扑，其特征在于：所述逆变器拓扑由高频逆变网络、高频变压器、中点嵌位型矩阵式变换器、LC型滤波器连接构成；高频逆变网络由直流输入电压Udc、可控开关管S1、可控开关管S2、可控开关管S3、可控开关管S4组成；中点嵌位型矩阵式变换器由可控开关管SP1、可控开关管SN1、可控开关管SP2、可控开关管SN2、可控开关管SP3、可控开关管SN3、可控开关管SP4、可控开关管SN4、可控开关管SP5、可控开关管SN5、可控开关管SP6、可控开关管SN6、可控开关管SP7、可控开关管SN7、可控开关管SP8、可控开关管SN8组成；LC型滤波器由电感Lf、电容Cf和负载R组成；直流输入电压Udc的正极分别与可控开关管S1的漏极、可控开关管S3的漏极相连，直流输入电压Udc的负极分别与可控开关管S2的源极、可控开关管S4的源极相连；可控开关管S1的源极与可控开关管S2的漏极相连后与高频变压器原边一端相连，可控开关管S3的源极与可控开关管S4的漏极相连后与高频变压器原边另一端相连；高频变压器副边的一端分别与可控开关管SP1的集电极、可控开关管SP5的集电极相连，高频变压器副边的另一端分别与可控开关管SN2的集电极、可控开关管SN8的集电极相连；可控开关管SP1的发射极与可控开关管SN1的发射极相连，可控开关管SN2的发射极与可控开关管SP2的发射极相连，可控开关管SN1的集电极与可控开关管SP2的集电极相连；可控开关管SP5的发射极与可控开关管SN5的发射极相连，可控开关管SN5的集电极分别与可控开关管SP3的集电极、可控开关管SP6的集电极相连；可控开关管SP3的发射极与可控开关管SN3的发射极相连，可控开关管SP6的发射极与可控开关管SN6的发射极相连；可控开关管SN8的发射极与可控开关管SP8的发射极相连，可控开关管SP8的集电极分别与可控开关管SN4的集电极、可控开关管SN7的集电极相连；可控开关管SN4的发射极与可控开关管SP4的发射极相连，可控开关管SN7的发射极与可控开关管SP7的发射极相连；可控开关管SN3的集电极与可控开关管SP4的集电极相连后与可控开关管SN1的集电极、可控开关管SP2的集电极、电容Cf的一端、电阻R的一端相连；可控开关管SN6的集电极与可控开关管SP7的集电极相连后与电感Lf的一端相连；电感Lf的另一端分别与电容Cf的另一端、电阻R的另一端相连。...

【技术特征摘要】
1.一种单相三电平高频链矩阵式逆变器拓扑，其特征在于：所述逆变器拓扑由高频逆变网络、高频变压器、中点嵌位型矩阵式变换器、LC型滤波器连接构成；高频逆变网络由直流输入电压Udc、可控开关管S1、可控开关管S2、可控开关管S3、可控开关管S4组成；中点嵌位型矩阵式变换器由可控开关管SP1、可控开关管SN1、可控开关管SP2、可控开关管SN2、可控开关管SP3、可控开关管SN3、可控开关管SP4、可控开关管SN4、可控开关管SP5、可控开关管SN5、可控开关管SP6、可控开关管SN6、可控开关管SP7、可控开关管SN7、可控开关管SP8、可控开关管SN8组成；LC型滤波器由电感Lf、电容Cf和负载R组成；直流输入电压Udc的正极分别与可控开关管S1的漏极、可控开关管S3的漏极相连，直流输入电压Udc的负极分别与可控开关管S2的源极、可控开关管S4的源极相连；可控开关管S1的源极与可控开关管S2的漏极相连后与高频变压器原边一端相连，可控开关管S3的源极与可控开关管S4的漏极相连后与高频变压器原边另一端相连；高频变压器副边的一端分别与可控开关管SP1的集电极、可控开关管SP5的集电极相连，高频变压器副边的另一端分别与可控开关管SN2的集电极、可控开关管SN8的集电极相连；可控开关管SP1的发射极与可控开关管SN1的发射极相连，可控开关管SN2的发射极与可控开关管SP2的发射极相连，可控开关管SN1的集电极与可控开关管SP2的集电极相连；可控开关管SP5的发射极与可控开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫朝阳，孙喆，李昊，梁晨阳，朱立秋，朱立波，王玲，
申请(专利权)人：燕山大学，河北鹏远光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13