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CN105406751A - 具有高升压比能力的三绕组耦合电感型z源逆变器电路 - Google Patents

具有高升压比能力的三绕组耦合电感型z源逆变器电路 Download PDF

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CN105406751A
CN105406751A CN201511028150.4A CN201511028150A CN105406751A CN 105406751 A CN105406751 A CN 105406751A CN 201511028150 A CN201511028150 A CN 201511028150A CN 105406751 A CN105406751 A CN 105406751A
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张千帆
董帅
王好乐
王睿
张璞汝
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Harbin Institute of Technology Shenzhen
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Harbin Institute of Technology Shenzhen
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Abstract

具有高升压比能力的三绕组耦合电感型Z源逆变器电路，属于逆变器技术领域，为解决现有Z源逆变器升压能力较差、升压比较低的问题。本发明三绕组耦合电感型Z源网络直流电源正极输出端连接初级绕组N1正极端，初级绕组N1负极端连接二极管D1阳极，二极管D1阴极同时连接二极管D2阳极、电容C1正极和次级绕组N2正极端，电容C1负极同时连接直流电源负极和三相逆变器负极输入端，二极管D2阴极同时连接电容C2正极和次级绕组N3正极端，电容C2负极同时连接次级绕组N2负极端和二极管D3阳极，二极管D3阴极和次级绕组N3负极端相连接，同时连接三相逆变器正极输入端。本发明用于直流电源。

Description

具有高升压比能力的三绕组耦合电感型Z源逆变器电路
技术领域
本发明属于逆变器技术领域。
背景技术
电压源逆变器作为交流供电电源广泛应用于交流电机驱动系统、UPS、感应加热系统、电池分布式交流电源、静态无功发生器等领域。传统的三相电压源逆变器，是通过逆变器将直流转化为交流对负载进行供电，但是由于传统逆变电源无法实现升压控制，其应用场合受到很多限制，并且为了防止桥臂直通造成器件损坏，需要设置死去时间，这样会影响输出波形质量，增加谐波含量。
为了解决上述问题提出了Z源逆变器，具有输入电源灵活、不需要大容量储能元件、结构紧凑、体积小、效率高的特点，两路电感起到双级滤波和限流的作用，允许逆变桥桥臂开路和短路，并依靠其实现升降压功能，不仅保持了输出参考电压不变，还解决了死区问题，改善了输出电压质量。
然而，现有的Z源逆变器存在很多缺陷：一方面，传统Z源逆变器虽然拥有提升母线电压的能力，但是在某些行业中，如风电行业，现有的升压能力不够，不能满足实际需求；另一方面，升压比与调制比是相互制约的，升压比增大了就意味着调制比要减小，降低整个逆变器的升压能力，增加系统的成本，因此在实际中升压比不可能达到极限值。
发明内容
本发明目的是为了解决现有Z源逆变器升压能力较差、升压比较低的问题，提供了一种具有高升压比能力的三绕组耦合电感型Z源逆变器电路。
本发明所述具有高升压比能力的三绕组耦合电感型Z源逆变器电路，包括三相逆变器和三绕组耦合电感型Z源网络，直流电源Vin输出端连接三绕组耦合电感型Z源网络的输入端，三绕组耦合电感型Z源网络的输出端连接三相逆变器的输入端，三相逆变器的输出端为负载供电；
三绕组耦合电感型Z源网络包括电容C1、电容C2、三绕组电感、二极管D1、二极管D2和二极管D3，三绕组电感由初级绕组N1、次级绕组N2和次级绕组N3构成；
直流电源Vin的正极输出端连接初级绕组N1的正极端，初级绕组N1的负极端连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极同时连接二极管D2的阳极、电容C1的正极和次级绕组N2的正极端，电容C1的负极同时连接直流电源Vin的负极和三相逆变器的负极输入端，二极管D2的阴极同时连接电容C2的正极和次级绕组N3的正极端，电容C2的负极同时连接次级绕组N2的负极端和二极管D3的阳极，二极管D3的阴极和次级绕组N3的负极端相连接，同时连接三相逆变器的正极输入端。
本发明的优点：本发明提供了一种高升压比的三绕组耦合电感型Z源逆变器电路，以提高变换器升压倍数，提升工作区间。利用逆变器非直通状态和直通状态，完成电感电容的充放电控制，实现升压。同时利用电感耦合的原理，获得了比传统Z源逆变器升压比更高的效果。
附图说明
图1是本发明所述具有高升压比能力的三绕组耦合电感型Z源逆变器电路的结构示意图；
图2是非直通状态时三绕组耦合电感型Z源网络的等效电路图；
图3是直通状态时三绕组耦合电感型Z源网络的等效电路图；
图4是本发明所述三绕组耦合电感型Z源逆变器电路与传统Z源逆变器的升压能力比较示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述具有高升压比能力的三绕组耦合电感型Z源逆变器电路，包括三相逆变器1和三绕组耦合电感型Z源网络2，直流电源Vin输出端连接三绕组耦合电感型Z源网络2的输入端，三绕组耦合电感型Z源网络2的输出端连接三相逆变器1的输入端，三相逆变器1的输出端为负载供电；
三绕组耦合电感型Z源网络2包括电容C1、电容C2、三绕组电感、二极管D1、二极管D2和二极管D3，三绕组电感由初级绕组N1、次级绕组N2和次级绕组N3构成；
直流电源Vin的正极输出端连接初级绕组N1的正极端，初级绕组N1的负极端连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极同时连接二极管D2的阳极、电容C1的正极和次级绕组N2的正极端，电容C1的负极同时连接直流电源Vin的负极和三相逆变器1的负极输入端，二极管D2的阴极同时连接电容C2的正极和次级绕组N3的正极端，电容C2的负极同时连接次级绕组N2的负极端和二极管D3的阳极，二极管D3的阴极和次级绕组N3的负极端相连接，同时连接三相逆变器1的正极输入端。
具体实施方式二：下面结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，设置三绕组耦合电感型Z源逆变器电路包括两种状态：
状态一、直通状态：二极管D1关断，二极管D2和二极管D3导通，次级绕组N2的电压被钳位于电容C1两端的电压Vc1，次级绕组N3的电压被钳位于电容C2两端的电压Vc2；
状态二、非直通状态：二极管D1导通，二极管D2和二极管D3关断，直流电源Vin给初级绕组N1充电，同时在次级绕组N2和次级绕组N3上感生出电压。
本发明中，当三绕组电感的匝数比为N1：N2：N3＝2：1：1时，与传统的Z源逆变器升压比对比如图4所示，曲线a为本发明提出的三绕组耦合电感型Z源逆变器电路的升压比，曲线b为传统Z源逆变器的升压比，由图4可以看出，在相同的直通占空比下，本发明提出的三绕组耦合电感型Z源逆变器电路具有比传统的Z源逆变器更高的升压能力。

Claims (2)

1.具有高升压比能力的三绕组耦合电感型Z源逆变器电路，其特征在于，包括三相逆变器(1)和三绕组耦合电感型Z源网络(2)，直流电源Vin输出端连接三绕组耦合电感型Z源网络(2)的输入端，三绕组耦合电感型Z源网络(2)的输出端连接三相逆变器(1)的输入端，三相逆变器(1)的输出端为负载供电；
三绕组耦合电感型Z源网络(2)包括电容C1、电容C2、三绕组电感、二极管D1、二极管D2和二极管D3，三绕组电感由初级绕组N1、次级绕组N2和次级绕组N3构成；
直流电源Vin的正极输出端连接初级绕组N1的正极端，初级绕组N1的负极端连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极同时连接二极管D2的阳极、电容C1的正极和次级绕组N2的正极端，电容C1的负极同时连接直流电源Vin的负极和三相逆变器(1)的负极输入端，二极管D2的阴极同时连接电容C2的正极和次级绕组N3的正极端，电容C2的负极同时连接次级绕组N2的负极端和二极管D3的阳极，二极管D3的阴极和次级绕组N3的负极端相连接，同时连接三相逆变器(1)的正极输入端。
2.根据权利要求1所述具有高升压比能力的三绕组耦合电感型Z源逆变器电路，其特征在于，设置三绕组耦合电感型Z源逆变器电路包括两种状态：
状态一、直通状态：二极管D1关断，二极管D2和二极管D3导通，次级绕组N2的电压被钳位于电容C1两端的电压Vc1，次级绕组N3的电压被钳位于电容C2两端的电压Vc2；
状态二、非直通状态：二极管D1导通，二极管D2和二极管D3关断，直流电源Vin给初级绕组N1充电，同时在次级绕组N2和次级绕组N3上感生出电压。
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