逆变器设计制造方法专利技术集并联级联1

1、(19)中民国家知识局*CN102664547A*(12)发明专利申请(10)申请号 CN 102664547(43)申请日 2012.09.12A(21)申请号201210135109.7(22)申请日2012.05.03(71)申请人山东大学地址 250061 山东省济南市历下区经十路17923 号(72)发明人(74)专利机构 济南圣达知识公司 37221人有限(51).Cl.H02M 7/521 (2006.01)权利要求书 2 页说明书 4 页附图 7 页(54) 发明名称并联级联逆变器(57) 摘要本发明公开了一种并联级联逆变器，它以 N个基本模块和四个滤波电感级联的多电平逆变器，

2、N 为大于 1 的整数，所述基本模块为双 H 桥单元，所述每个 H 桥单元由两个桥臂组成，每个桥臂有两个开关管串联组成，两个开关管之间的连接点为桥臂的中点，该每个中点与一个输出端连接，所述这两个桥臂并联连接于电源或电容的两端，所述 N 个基本模块和四个电感组成了单相并联级联逆变器，初级与末级基本模块的输出端分别与一个相应的滤波电感连接 ；三个单相并联级联逆变器组成了三相并联级联逆变器。在输出与传统级联型逆变器相平数量的情况下，它的通流能力增加一倍，相应的功率容量也增加一倍 ；但是每个开关管承受的电压和通过的电流没有发生变化。CN 102664547 A权利要CN 102664547 A1/2

3、页1. 一种并联级联逆变器，其特征是，它以 N 个基本模块和四个滤波电感级联的多电平逆变器 ；所述基本模块为双 H 桥单元，所述 H 桥单元由两个桥臂组成，每个桥臂有两个开关管串联组成，两个开关管之间的连接点为桥臂的中点，该每个中点与一个输出端连接 ；所述这四个桥臂并联连接于电源或电容的两端 ；所述由 N 个基本模块和四个滤波电感组成单相并联级联逆变器，N 为大于 1 的整数，初级与末级基本模块的输出端分别与一个相应的滤波电感连接 ；基本模块之间的连接方式不同，实现不同的拓扑结构。如权利要求 1 所述并联级联逆变器，其特征是，所述单相并联级联逆变器的第一种拓扑结构 ：所述第一个基本模块的第二桥

4、臂的中点与第二个基本模块的第一桥臂的中点相连接，所述第一个基本模块的第四桥臂的中点与第二个基本模块的第三桥臂的中点相连接，依次类推，第 N-1 个基本模块的第二桥臂和第四桥臂的中点分别与第N 个基本模块的第一桥臂和第三桥臂的中点相连接 ；第一个基本模块的第一桥臂的中点连接电感 A 的一端，第一个基本模块的第三桥臂的中点连接电感C 的一端，电感 A 的另一端与电感C 的另一端相连接，最后一个基本模块即第 N 个基本模块的第二桥臂的中点连接电感B 的一端，第N 个基本模块的第四桥臂的中点连接电感D 的一端，电感 B 的另一端与电感D 的另一端相连接。电感A 与电感C 的连接点，电感 B 与电感 D

5、 的连接点作为单相输出端，可以接负载。如权利要求 1 所述并联级联逆变器，其特征是，所述单相并联级联逆变器的第二种拓扑结构 ：所述第一个基本模块的第一桥臂的中点与第二个基本模块的第二桥臂的中点相连接，所述第一个基本模块的第三桥臂的中点与第二个基本模块的第四桥臂的中点相连接，依次类推，第 N-1 个基本模块的第一桥臂和第三桥臂的中点分别与第N 个基本模块的第二桥臂和第四桥臂的中点相连接 ；第一个基本模块的第二桥臂的中点连接电感 B 的一端，第一个基本模块的第四桥臂的中点连接电感D 的一端，电感 B 的另一端与电感D 的另一端相连接，最后一个基本模块即第 N 个基本模块的第一桥臂的中点连接电感A

6、的一端，第N 个基本模块的第三桥臂的中点连接电感 C 的一端，电感 A 的另一端与电感 C 的另一端相连接，电感 B 与电感 D 的连接点，电感 A 与电感 C 的连接点作为单相输出端，可以接负载。如权利要求 2 所述并联级联逆变器，其特征是，所述三个单相并联级联逆变器组成了三相并联级联逆变器，所述三个单相并联级联逆变器的电感 B 和电感 D 的连接点连接在一起三相并联级联逆变器的星型连接，所述三个单相并联级联逆变器的电感 A 和C 的连接点作为逆变器的三个输出端，连接三相负载。5. 如权利要求 3 所述并联级联逆变器，其特征是，所述三个单相并联级联逆变器组成了三相并联级联逆变器，所述三个单相

7、并联级联逆变器的电感 A 和电感 C 的连接点连接在一起三相并联级联逆变器的星型连接，所述三个单相并联级联逆变器的电感 B 和D 的连接点作为逆变器的三个输出端，连接三相负载。6. 如权利要求2 或3 所述并联级联逆变器，其特征是，所述三个单相并联级联逆变器首尾相连三相并联级联逆变器的三角型连接。如权利要求4 或5 所述并联级联逆变器，其特征是，所述三相并联级联逆变器的星型和三角型连接也分别有两种拓扑结构。如权利要求 1 所述并联级联逆变器，其特征是，所述所有开关管为具有体内反并联2权利要求书CN 102664547 A2/2 页二极管的开关管或者由体内无二极管的开关管与二极管组合而成。3明C

8、N 102664547 A1/4 页乚0001本发明涉及一种多电平功率逆变技术，尤其涉及一种多电平功率变换逆变器的并联级联逆变器。0002多电平功率变换技术及其是近年来在高压大功率应用研究中的一个热点。由于中等电压，高功率的需要，级联型逆变器广泛应用于高电压的电驱动、大功率电源、大功率无功补偿和有源电力滤波等方面。传统的级联逆变器拓扑是以传统全桥单元 (H 桥单元 ) 为基本模块，然后通过这些模块的级联来压就越高。输出电压，级联的模块越多的电0003但是，随着系统容量的不断增大，需要更高的电压和更大电流，而传统的级联逆变器由于受到功率开关管通流能力的限制，已经不能满足现实需求。通过级联的模块可

9、以实现更高的电压，但是由于受到功率器件通流能力的限制，实现更大电流就会遇到很大；如果采用更高容量的功率开关管，则功率开关管的成本太高，系统成本增加困难。发明0004本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种并联级联逆变器，它以双 H 桥单元为基本模块，通过级联变器相比，在获得相模块实现更高电压，通过并联实现更大电流。与传统级联型逆压的条件下，它的通流能力可以增加一倍，相应的功率容量就会增加一倍，但功率开关管承受的电压和通过的电流都不发生变化。0005为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案 ：000 一种并联级联逆变器，其特征是，它以 N 个基本模块和四个滤波电感级联的多电平逆变器 ；所述基本

10、模块为双 H 桥单元，所述 H 桥单元由两个桥臂组成，每个桥臂有两个开关管串联组成，两个开关管之间的连接点为桥臂的中点，该每个中点与一个输出端连接 ；所述这四个桥臂并联连接于电源或电容的两端 ；所述由 N 个基本模块和四个滤波电感组成单相并联级联逆变器，N 为大于 1 的整数，初级与末级基本模块的输出端分别与一个相应的滤波电感连接 ；基本模块之间的连接方式不同，实现不同的拓扑结构。0007 所述单相并联级联逆变器的第一种拓扑结构 ：所述第一个基本模块的第二桥臂的中点与第二个基本模块的第一桥臂的中点相连接，所述第一个基本模块的第四桥臂的中点与第二个基本模块的第三桥臂的中点相连接，依次类推，第 N

11、-1 个基本模块的第二桥臂和第四桥臂的中点分别与第 N 个基本模块的第一桥臂和第三桥臂的中点相连接 ；000 第一个基本模块的第一桥臂的中点连接电感 A 的一端，第一个基本模块的第三桥臂的中 点连接电感 C 的一端，电感 A 的另一端与电感 C 的另一端相连接，最后一个基本模块即第 N 个基本模块的第二桥臂的中点连接电感 B 的一端，第 N 个基本模块的第四桥臂的中点连接电感 D 的一端，电感 B 的另一端与电感 D 的另一端相连接。电感 A 与电感 C 的连4明CN 102664547 A2/4 页接点，电感 B 与电感 D 的连接点作为单相输出端，可以接负载。0009 所述单相并联级联逆变

12、器的第二种拓扑结构 ：所述第一个基本模块的第一桥臂的中点与第二个基本模块的第二桥臂的中点相连接，所述第一个基本模块的第三桥臂的中点与第二个基本模块的第四桥臂的中点相连接，依次类推，第 N-1 个基本模块的第一桥臂和第三桥臂的中点分别与第 N 个基本模块的第二桥臂和第四桥臂的中点相连接 ；0010第一个基本模块的第二桥臂的中点连接电感 B 的一端，第一个基本模块的第四桥臂的中点连接电感D 的一端，电感 B 的另一端与电感D 的另一端相连接，最后一个基本模块即第 N 个基本模块的第一桥臂的中点连接电感 A 的一端，第 N 个基本模块的第三桥臂的中点连接电感C 的一端，电感A 的另一端与电感C 的另

13、一端相连接，电感B 与电感D 的连接点，电感 A 与电感 C 的连接点作为单相输出端，可以接负载。0011所述三个单相并联级联逆变器组成了三相并联级联逆变器，所述三个单相并联级联逆变器的电感B 和电感D 的连接点连接在一起三相并联级联逆变器的星型连接，所述三个单相并联级联逆变器的电感 A 和 C 的连接点作为逆变器的三个输出端，连接三相负载。0012所述三个单相并联级联逆变器组成了三相并联级联逆变器，所述三个单相并联级联逆变器的电感A 和电感C 的连接点连接在一起三相并联级联逆变器的星型连接，所述三个单相并联级联逆变器的电感 B 和 D 的连接点作为逆变器的三个输出端，连接三相负载。0013所

14、述三个单相并联级联逆变器首尾相连接。三相并联级联逆变器的三角型连0014所述三相并联级联逆变器的星型和三角型连接也分别有两种拓扑结构。0015所述所有开关管为具有体内反并联二极管的开关管或者由体内无二极管的开关管与二极管组合而成。001 本发明的有益效果 ：一种并联级联逆变器以双 H 桥单元为基本模块，通过级联更多模块实现更高电压，通过并联实现更大电流。与传统级联型逆变器相比，在获得相压的条件下，它的通流能力可以增加一倍，相应的功率容量就会增加一倍，但功率开关管承受的电压和通过的电流都不发生变化。明0017图 1 为双 H 桥单元组成的基本模块 ；001 图 2 为单相并联级联逆变器的一种拓扑

15、结构 ；0019图 3 为单相并联级联逆变器的另一种拓扑结构 ；0020图 4 为三相并联级联逆变器的一种星型连接 ；0021图 5 为三相并联级联逆变器的另一种星型连接 ；0022图 6 为三相并联级联逆变器的一种角型连接 ；0023图 7 为三相并联级联逆变器的另一种角型连接。0024其中，1. 桥臂，21. 第一个基本模块，22. 第二个基本模块，2N. 第 N 个基本模块，3. 电感，4. 负载，5. 三相负载，6. 开关管。5明CN 102664547 A3/4 页0025 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。002 如图 1 所示，本拓扑结构包括两个 H 桥单元即四个桥臂和一

16、个直流电压源。这四个桥臂依次为桥臂 1A、桥臂 1B、桥臂 1C、桥臂 1D ；每个桥臂 1 有两个开关管 6 串联组成，所述桥臂 1A 的中点即两个开关管 6 连接点为输出端A，所述桥臂 1B 的中点即两个开关管 6 的连接点为输出端 B，所述桥臂 1C 的中点即两个开关管 6 的连接点为输出端 C，所述桥臂 1D的中点即两个开关管 6 的连接点为输出端 D。桥臂 1A、桥臂 1B、桥臂 1C、桥臂 1D 并联连接在同一个直流电压源两端。0027 所述开关管为具有体内反并联二极管的开关管或者由体内无二极管的开关管与二极管组合而成。002 如图 2 所示，本拓扑结构包括 N(N 1) 个基本模

17、块和四个滤波电感A、B、C、D。第一个基本模块的输出端B 连接第二个基本模块的输出端A，第一个基本模块的输出端D 连接第二个基本模块的输出端C，.，以此类推，第 N-1 个基本模块的输出端B 连接第N 个基本模块的输出端 A，第 N-1 个基本模块的输出端 D 连接第 N 个基本模块的输出端 C。0029 第一个基本模块的输出端A 连接电感 3A 的一端，第一个基本模块的输出端 C 连接电感 3C 的一端，电感 3A 的另一端与电感 3C 的另一端相连接。最后一个基本模块即第 N 个基本模块的输出端 B 连接电感 3B 的一端，第 N 个基本模块的的输出端 D 连接电感 3D 的一端，电感 3

18、B 的另一端与电感 3D 的另一端相连接。电感 3A 与电感 3C 的连接点，电感 3B 与电感 3D 的连接点作为单相输出端，可以接负载 4。0030如图 3 所示，本拓扑结构也包括 N(N 1) 个基本模块和四个滤波电感 A、B、C、D。第一个基本模块的输出端A 连接第二个基本模块的输出端B，第一个基本模块的输出端C 连接第二个基本模块的输出端D，.，以此类推，第 N-1 个基本模块的输出端A 连接第N 个基本模块的输出端 B，第 N-1 个基本模块的输出端 C 连接第 N 个基本模块的输出端 D。0031 第一个基本模块的输出端B 连接电感 3B 的一端，第一个基本模块的输出端 D 连接电感 3D 的一端，电感 3B 的另一端与电感 3D 的另一端相连接。最后一个基本模块即第 N 个基本模块的输出端 A 连接电感 3A 的一端，第 N 个基本模块的的输出端 C 连接电感 3C 的一端，电感 3A 的另一端与电感 3C 的另一端相连接。电感 3B 与电感 3D 的连接点，电感 3A 与电感 3C 的连接点作为单相输出端，可以接负载 4。0032 根据上述连接关系，就组成了单相并联级联逆变器两种拓扑结构。0033 所述单相并联级联逆变器的所有开关管 6 为具有体内反并联二极管的开关管或者由体内无二极管的开关管与二极管组合而成。0034