一种改进的NPC三电平逆变器制造技术

本发明专利技术涉及一种改进的NPC三电平逆变器，每个桥臂包括六个开关功率器件、四个续流二极管和两个钳位二极管。其中，第一开关功率器件，其阳极定义为第一连接点，其阴极定义为第二连接点，第一开关功率器件并联第一续流二极管；第二开关功率器件至第四开关功率器件支路相似；第五开关功率器件，其阳极连接到第一连接点，其阴极连接到第二连接点；第六开关功率器件，其阳极连接到第四连接点，其阴极连接到第五连接点；第一钳位二极管，其阴极连接到第二连接点，其阳极定义为第六连接点；第二钳位二极管，其阴极连接到第六连接点，其阳极连接到第四连接点。

【技术实现步骤摘要】
一种改进的NPC三电平逆变器
：本专利技术涉及一种逆变器拓扑结构，具体涉及一种改进的NPC三电平逆变器。
技术介绍
：大功率电动机多数采用中压，特别是高性能中压变频器的发展方向之一是采用三电平逆变器拓扑，三电平结构具有很多优点，比如：降低了每个开关器件承受的母线电压，因此可用低耐压器件实现高压大功率输出；电平数的增加改善了输出电压波形，减小了谐波畸变；可用较低的开关频率获得相对较好的电压波形，因此开关损耗小、效率高；输出电压变化率较低，改善了装置的电磁兼容性能等。目前，三电平逆变器通常采用二极管实现钳位，即中性点箝位型(NeutralPointClamped，简称NPC)三电平逆变器也称NPC三电平逆变器。其中每个桥臂由四个开关器件、四个续流二极管和两个钳位二极管，NPC三电平逆变器拓扑结构具体实施如下，以开关器件IGCT为例，第一个IGCT，其阳极定义为第一连接点，其阴极定义为第二连接点，第一个IGCT并联第一个续流二极管；第二个IGCT，其阳极连接到第二连接点，其阴极定义为第三连接点，第二个IGCT并联第二个续流二极管；第三个IGCT，其阳极连接到第三连接点，其阴极定义为第四连接点，第三个IGCT并联第三个续流二极管；第四个IGCT，其阳极连接到第四连接点，其阴极定义为第五连接点，第四个IGCT并联第四个续流二极管；第一个钳位二极管，其阴极连接到第二连接点，其阳极定义为第六连接点；第二个钳位二极管，其阴极连接到第六连接点，其阳极连接到第四连接点。电源输入正母线连接到第一连接点；电源输入零母线连接到第六连接点；电源输入负母线连接到第五连接点。如图1为NPC三电平逆变器一相桥臂拓扑结构电路图。为了方便比较，以下称该三电平逆变器拓扑结构为NPC三电平逆变器拓扑结构。NPC三电平逆变器这种拓扑结构存在一个问题，工作时各开关器件和二极管流过电流的时间长短不同、各开关器件开关次数不同，导致各开关器件发热不均衡，温升差别大，特别是中压大功率三电平逆变器采用的中压开关器件开关损耗占开关器件总损耗比重大，在逆变器输出较高基波频率时，开关器件开关频率也相对较高，进一步加剧了开关器件发热不均衡问题，由于整个装置的输出功率取决于所有器件中温升最高的开关器件，许多开关器件没被充分利用。因此改进拓扑结构，十分必要。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种可以降低开关器件发热不均衡问题，提高逆变器输出功率的改进NPC三电平逆变器，本专利技术称之为6SNPC(6SwitchDeviceandNeutralPointClamped)。技术方案如下：一种改进的NPC三电平逆变器，每个桥臂包括六个功率开关器件、四个续流二极管和两个钳位二极管，其中，第一功率开关器件，其阳极定义为第一连接点，其阴极定义为第二连接点，第一功率开关器件并联第一续流二极管；第二功率开关器件，其阳极连接到第二连接点，其阴极定义为第三连接点，第二功率开关器件并联第二续流二极管；第三功率开关器件，其阳极连接到第三连接点，其阴极定义为第四连接点，第三功率开关器件并联第三续流二极管；第四功率开关器件，其阳极连接到第四连接点，其阴极定义为第五连接点，第四功率开关器件并联第四续流二极管；第五功率开关器件，其阳极连接到第一连接点，其阴极连接到第二连接点；第六功率开关器件，其阳极连接到第四连接点，其阴极连接到第五连接点；第一钳位二极管，其阴极连接到第二连接点，其阳极定义为第六连接点；第二钳位二极管，其阴极连接到第六连接点，其阳极连接到第四连接点。进一步地，电源输入正母线连接到第一连接点；电源输入零母线连接到第六连接点；电源输入负母线连接到第五连接点。当第一功率开关器件和第二功率开关器件同时接通、或第五功率开关器件和第二功率开关器件同时接通、或第一功率开关器件和第二功率开关器件和第五功率开关器件同时接通时，输出电压为正母线电压；当第二功率开关器件和第三功率开关器件同时接通时，输出电压为零母线电压；当第三功率开关器件和第四功率开关器件同时接通、或第三功率开关器件和第六功率开关器件同时接通、或第三功率开关器件和第四功率开关器件和第六功率开关器件同时接通时，输出电压为负母线电压。所述的功率开关器件IGCT、IGBT或IEGT中的一种或几种。与NPC三电平逆变器拓扑结构相比，本专利技术提出6SNPC三电平逆变器拓扑结构具有以下优点：三电平逆变器工作时，采用NPC钳位三电平逆变器拓扑结构，由于开关器件损耗不均衡，限制了逆变器功率输出，采用本专利技术的6SNPC三电平逆变器拓扑结构，有效的解决了开关器件发热不均衡问题，可以增强逆变器安全裕度，有效提高逆变器输出功率，进而提高逆变器的功率密度，降低了逆变器成本。附图说明:图1NPC三电平逆变器拓扑结构图。图2本专利技术提出6SNPC三电平逆变器拓扑结构图。图3是一个工频周期内，功率因数为1时，相电压调制波和相电流波形示意图。图4是三电平逆变器拓扑结构的逆变器，相电压调制波u为正，输出电压为正和零时，电流在三电平逆变器拓扑结构一相桥臂上的流通路径波形，说明开关器件损耗特性。图5是NPC三电平逆变器拓扑结构和本专利技术提出6SNPC三电平逆变器拓扑结构在同一工况下的各开关器件温升对比图。图6不同工况下，基于三电平逆变器拓扑结构图逆变相电压、相电流波形。图7是NPC三电平逆变器拓扑结构和本专利技术提出6SNPC三电平逆变器拓扑在不同工况下的器件温升对比图。具体实施方式：本专利技术针对NPC三电平逆变器拓扑结构存在问题，即工作时各可控功率器件和二极管流过电流的时间长短不同、各可控功率器件开关次数不同，导致各功率器件发热不均衡、温升差别大，许多功率器件没被充分利用，影响整个装置的输出功率。本专利技术提出新型三电平逆变器拓扑结构。其中每个桥臂由六个开关器件、四个续流二极管和两个钳位二极管组成，简称6SNPC(6SwitchDeviceandNeutralPointClamped，简称6SNPC)三电平逆变器拓扑结构。具体实施如下，以开关器件IGCT为例，第一个IGCT，其阳极定义为第一连接点，其阴极定义为第二连接点，第一个IGCT并联第一个续流二极管；第二个IGCT，其阳极连接到第二连接点，其阴极定义为第三连接点，第二个IGCT并联第二个续流二极管；第三个IGCT，其阳极连接到第三连接点，其阴极定义为第四连接点，第三个IGCT并联第三个续流二极管；第四个IGCT，其阳极连接到第四连接点，其阴极定义为第五连接点，第四个IGCT并联第四个续流二极管；第五个IGCT，其阳极连接到第一连接点，其阴极连接到第二连接点；第六个IGCT，其阳极连接到第四连接点，其阴极连接到第五连接点；第一个钳位二极管，其阴极连接到第二连接点，其阳极定义为第六连接点；第二个钳位二极管，其阴极连接到第六连接点，其阳极连接到第四连接点。电源输入正母线连接到第一连接点；电源输入零母线连接到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改进的NPC三电平逆变器，每个桥臂包括六个功率开关器件、四个续流二极管和两个钳位二极管。其中，/n第一功率开关器件，其阳极定义为第一连接点，其阴极定义为第二连接点，第一功率开关器件并联第一续流二极管；/n第二功率开关器件，其阳极连接到第二连接点，其阴极定义为第三连接点，第二功率开关器件并联第二续流二极管；/n第三功率开关器件，其阳极连接到第三连接点，其阴极定义为第四连接点，第三功率开关器件并联第三续流二极管；/n第四功率开关器件，其阳极连接到第四连接点，其阴极定义为第五连接点，第四功率开关器件并联第四续流二极管；/n第五功率开关器件，其阳极连接到第一连接点，其阴极连接到第二连接点；/n第六功率开关器件，其阳极连接到第四连接点，其阴极连接到第五连接点；/n第一钳位二极管，其阴极连接到第二连接点，其阳极定义为第六连接点；/n第二钳位二极管，其阴极连接到第六连接点，其阳极连接到第四连接点。/n

【技术特征摘要】
1.一种改进的NPC三电平逆变器，每个桥臂包括六个功率开关器件、四个续流二极管和两个钳位二极管。其中，
第一功率开关器件，其阳极定义为第一连接点，其阴极定义为第二连接点，第一功率开关器件并联第一续流二极管；
第二功率开关器件，其阳极连接到第二连接点，其阴极定义为第三连接点，第二功率开关器件并联第二续流二极管；
第三功率开关器件，其阳极连接到第三连接点，其阴极定义为第四连接点，第三功率开关器件并联第三续流二极管；
第四功率开关器件，其阳极连接到第四连接点，其阴极定义为第五连接点，第四功率开关器件并联第四续流二极管；
第五功率开关器件，其阳极连接到第一连接点，其阴极连接到第二连接点；
第六功率开关器件，其阳极连接到第四连接点，其阴极连接到第五连接点；
第一钳位二极管，其阴极连接到第二连接点，其阳极定义为第六连接点；
第二钳位二极管，其阴极连接到第六连接点，其阳极连接到第四连接点。


2.如权利要求1所述的NPC三电平逆变器，其特征在于：
电源输入正母线连接到第一连接点；
电源输入零母线连接到第六连接点；
电源输入负母线连...

【专利技术属性】
技术研发人员：金雪峰，陈炜，谷鑫，王志强，张国政，李新旻，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12