專利名稱：晶體管逆變器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力電子技術領域，具體涉及應用雙倍電壓整流器組成的一種交流電源側電壓值允許寬范圍變化的晶體管逆變器。
背景技術：
晶體管逆變器經常需要將可變電壓的交流電源或直流電源，變換為固定電壓和頻率或可變電壓和頻率的單相或多相的交流電源。這些電源可以供給電機等負載，也可作為再生能量系統連接到一個電網，或作為不間斷電源(UPS)，或與偏遠農村電源連接到一個獨立負載。當三相發電機或變壓器輸出的電壓經三相橋式整流器變換為可變的直流電能，假如直流中間環節上的電壓低于輸出負載的最大瞬時電壓時，逆變器的輸出功率會大大降低；逆變器的進一步運行，將引起在直流中間環節和負載之間一個相當大的能量交換，導致系統有功功率減小，無功功率增加。本實用新型提供了一個切實可行、高效率、低成本和簡單可靠的裝置，使得交流電源側輸入電壓較低條件下，仍能提高直流中間環節上的電壓至一個足夠高的電平，從而提高了由可變電壓交流電源供電的晶體管逆變器的功率和能量輸出。
發明內容
本實用新型的目的是提供一種晶體管逆變器，它能擴大晶體管逆變器交流電源側電壓值允許變化的范圍。在傳統的晶體管逆變器中，使用通用的橋式整流器，當交流電源測電壓較低時，經過通用橋式整流器在直流中間環節上所獲得的直流電壓也低，當交流電源電壓降低至臨界值時，負載將對直流中間環節充電，從而造成從負載向直流中間環節流動，增加了逆變器輸出的無功功率。為了保證晶體管逆變器的正常工作，中間環節上的直流電壓應該大于或等于負載電壓的最大值。在傳統的晶體管逆變器中使用通用的橋式整流器時，晶體管逆變器的交流電源側電壓值允許變化的范圍通常為其額定值的+15％～-15％，本實用新型交流電源側電壓值允許變化的范圍展寬為其額定值的+50％～-50％。
一種晶體管逆變器，當晶體管逆變器的輸入電壓為交流發電機或變壓器時，需要一個橋式整流器和濾波器將交流電壓變換為一個具有直流電壓的中間環節，因為快速二極管是與構成逆變器的晶體管反向背靠背地并聯連接，為把電能從晶體管逆變器的輸入端驅動到負載輸出端，中間環節上的直流電壓應大于或等于負載電壓最大值，其特征是把橋式整流器之后的直流中間環節濾波電容器分成對稱的兩部份，在它們的中點、橋式整流器的某一組兩個二極管之中點與橋式整流器前端的交流供電電源線中某一相電源線之間接入一個雙向開關，借雙向開關的轉換，將橋式整流器接成雙倍電壓橋式整流器或者通用橋式整流器兩種不同的工況。
上述的晶體管逆變器，其特征是作為晶體管逆變器的開關器件，可以是絕緣柵極雙極型晶體管或金屬氧化物半導體場效應晶體管或雙極面結型晶體管或靜電感應晶體管之中任何一種晶體管構成。
本實用新型與傳統的晶體管逆變器相比，由于引入了雙倍電壓整流器及兩個對稱的電容器，變化了接線，巧妙地將橋式整流器接成雙倍電壓橋式整流器或者通用橋式整流器兩種不同的工況。交流電源側電壓值允許變化的范圍有了上述大幅度的提高，擴大了實際應用領域；電路內的設備，僅增加了一個雙向開關，是一個簡單、可靠、廉價和高效率的設計。圖面說明
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1是現有的電源側為風力變換系統的晶體管逆變器典型電路。
圖2是現有的通用三相橋式整流器。
圖3是本實用新型中的雙倍電壓三相橋式整流器。
圖4是借雙向開關SW1的轉換，使三相橋式整流器工作在雙倍電壓三相橋式整流器和通用三相橋式整流器兩種工況的本實用新型晶體管逆變器。
圖5是借雙向開關SW1的轉換，使單相橋式整流器工作在雙倍電壓單相橋式整流器和通用單相橋式整流器兩種工況的本實用新型晶體管逆變器。
圖中1.風機2.三相發電機3.二極管D1、D2、D3、D4、D5、D6與三相交流電源A、B、C組成的三相橋式整流器4.電容器Cdc或Cdc1、Cdc2組成的直流中間環節5.晶體管T1、T2、T3、T4組成的晶體管單向逆變器6.逆變器控制系統7.電感L和電容C組成的濾波器8.單相電網9.三相交流電源10.負載11.二極管D11、D12、D13、D14與三相交流電源A、B、C組成的雙倍電壓三相橋式整流器12.二極管D21、D22、D23、D24、D25、D26及雙向開關SW1與三相交流電源A、B、C組成通用三相橋式整流器與雙倍電壓橋式整流器的轉換器13.晶體管T11、T12、T13、T14、T15、T16組成三相逆變器14.三相電網或負載15.單相交流電源16.二極管D31、D32、D33、D34及雙向開關SW1與單向交流電源A、B組成通用單相橋式整流器與雙倍電壓單向橋式整流器的轉換器17.晶體管單相或三相逆變器18.單向或三相電網或負載；其中負載可能是電機、照明等用電設備。
具體實施方式
在圖1中，由風機(1)驅動的三相發電機(2)發出的電壓可變和頻率可變的電能，經三相橋式整流器(3)變換為可變的直流電能。假如直流中間環節Cdc(4)上的電壓低于由電網(8)決定的臨界電壓，逆變器(5)的輸出功率會大大降低。逆變器(5)的進一步運行，將引起在直流中間環節Cdc(4)和電網(8)之間一個相當大的能量交換，導致系統有功功率減小，無功功率增加。因此，當低于某個風速時，即使風機(1)自身還在旋轉，但由于三相發電機(2)發出的電壓過低，逆變器(5)必須關斷。因此，在可變風速特別是低風速時，為了使風能轉換系統的功率和能量輸出達到最大值，使用一個高效率、低成本和可靠的裝置，以維持在直流中間環節Cdc(4)上，有一個足夠高的直流中間電壓是具有很大意義的。本實用新型提供了一個切實可行、高效率、低成本和簡單可靠的裝置，使得交流電源側輸入電壓較低條件下，仍能提高直流中間電壓至一個足夠高的電平，從而提高了由可變電壓交流電源供電的晶體管逆變器的功率和能量輸出。
在圖2通用三相橋式整流器中，三相交流電源(9)經橋式整流器(3)供電給負載(10)；任何時間，橋式整流器(3)中，D1到D6六個二極管中有兩個導通，將最大幅值的三相線電壓連接至電容器直流中間環節Cdc(4)上形成直流中間電壓，從而供電給負載(10)。
在圖3本實用新型的雙倍電壓三相橋式整流器中，三相交流電源(9)經雙倍電壓三相橋式整流器(11)供電給負載(10)；二極管D11或D13將VAB和VCB的最大正向線電壓連接至電容器直流中間環節(4)的Cdc1上；二極管(14)或(12)將VAB和VCB的最大反向線電壓連接至電容器直流中間環節(4)的Cdc2上；三相交流電源(9)中的A、B、C的任一相(圖示為B相)可連接至電容器Cdc1和Cdc2組成的直流中間環節的中點；最后的直流中間電壓是電容器Cdc1和Cdc2兩端的直流電壓之和，是圖2通用的三相橋式整流器中的直流中間環節電容器Cdc上的直流中間電壓的兩倍。換句話說，即使本實用新型中的雙倍電壓三相橋式整流器圖3中的輸入三相交流電源(9)的電壓，是通用的三相橋式整流器圖2中的輸入三相交流電源(9)的電壓的一半，這兩個整流器輸出的直流中間環節(4)上的總直流電壓大致相等。也就是說，在三相交流電源(9)的電壓較低時，本實用新型中的雙倍電壓橋式整流器圖3也可提供較高的直流中間電壓，使得連接至整流器的負載(10)能夠正常運行。
圖4是本實用新型的電路，圖中當三相交流電源(9)的電壓較低時，雙向開關SW1使轉換器(12)接成為雙倍電壓橋式整流器，從而在Cdc1、Cdc2組成的直流中間環節(4)的兩端提供足夠高的中間直流電壓，使三相晶體管逆變器(13)驅動輸出功率至三相電網或負載(14)。當三相交流電源(9)的電壓較高時，雙向開關SW1使轉換器(12)接成通用的橋式整流器以維持三相晶體管逆變器(13)的正常運行。使用這樣一個簡單、可靠、廉價和高效率的設計，當輸入的三相交流電源(9)的電壓不夠高時，仍能保證系統的正常工作；從而使交流電源側的電壓值允許變化范圍大幅度得到提高。
除了上述電路，在本實用新型中，電路拓樸上還有下述變化。
在圖5中，(15)是單相交流電源，(16)是轉換器，(17)是單相或三相晶體管逆變器，(18)是單相或三相電網或負載，其中負載可能是電機、照明等用電設備；其工作原理與圖4相同。
綜上所述，在由交流電壓電源供電的橋式整流器基于晶體管的逆變器的供電系統中，用來給電網或負載提供固定電壓工況時，在傳統的晶體管逆變器中，使用通用的橋式整流器，當交流電源側電壓較低時，經過通用橋式整流器在中間環節上所獲得的直流電壓也低，晶體管逆變器連接電網負載或其它有源負載，在某一段時間內，在中間環節上的直流電壓低于負載電壓的瞬時值，負載將通過與構成逆變器的晶體管反向背靠背地連接的快速二極管對直流中間環節充電，從而造成瞬時能量從負載向直流中間環節流動，增加了逆變器輸出的無功功率，這樣就會大大降低逆變器有功功率的輸出；為了保證晶體管逆變器的正常工作，中間環節上的直流電壓應該大于或等于負載電壓的最大值，一般來說，在傳統的晶體管逆變器中，使用通用的橋式整流器時，交流電源側電壓值允許變化范圍為其額定值的+15％～-15％。本實用新型設計中，如圖4所示，逆變器控制系統根據電源側交流電源(9)的電壓低或高，將轉換器(12)接成雙倍電壓橋式整流器或者通用橋式整流器兩種不同的工況；在交流電源(9)的電壓較低時，轉換器(12)工作在雙倍電壓橋式整流器模式，直流中間環節Cdc1、Cdc2(4)上形成的直流電壓是轉換器(12)接成通用橋式整流器時的兩倍。在交流電源(9)的電壓較高時，轉換器(12)工作在通用橋式整流器模式，給晶體管逆變器(13)提供一個適當的直流中間環節電壓，應用本實用新型，交流電源側電壓值允許變化范圍展寬為其額定值的+50％～-50％。晶體管逆變器的輸入電壓可以是單相或三相交流電壓，基于晶體管的逆變器可以是單相或三相逆變器，晶體管逆變器的輸出可以是單相、三相電網或負載。本實用新型適用于風力發電、太陽能發電、電力傳動、電力拖動、電力自動化等電力電子技術中使用晶體管逆變器的各種場合。
權利要求1.一種晶體管逆變器，當晶體管逆變器的輸入電壓為交流發電機或變壓器時，需要一個橋式整流器和濾波器將交流電壓變換為一個具有直流電壓的中間環節，因為快速二極管是與構成逆變器的晶體管反向背靠背地并聯連接，為把電能從晶體管逆變器的輸入端驅動到負載輸出端，中間環節上的直流電壓應大于或等于負載電壓最大值，其特征是把橋式整流器之后的直流中間環節濾波電容器分成對稱的兩部份，在它們的中點、橋式整流器的某一組兩個二極管之中點與橋式整流器前端的交流供電電源線中某一相電源線之間接入一個雙向開關，借雙向開關的轉換，將橋式整流器接成雙倍電壓橋式整流器或者通用橋式整流器兩種不同的工況。
2.根據權利要求1所述的晶體管逆變器，其特征是作為晶體管逆變器的開關器件，可以是絕緣柵極雙極型晶體管或金屬氧化物半導體場效應晶體管或雙極面結型晶體管或靜電感應晶體管之中任何一種晶體管構成。
專利摘要一種交流電源側電壓值允許寬范圍變化的晶體管逆變器，它屬于電力電子技術領域。在傳統的晶體管逆變器中單獨使用橋式整流器，交流電壓允許變化范圍為其額定值的+15～－15％。為了提高晶體管逆變器的交流電源側電壓值允許變化范圍，本實用新型把橋式整流器之后的直流中間環節濾波電容器分成對稱的兩部分，在它的中點、橋式整流器的某一組兩個二極管之中點與橋式整流器前端的交流供電電源線中某一相電源線之間接入一個雙向開關，在交流電壓波動時，借雙向開關的轉換，橋式整流器工作在雙倍電壓橋式整流器模式或通用橋式整流器模式，從而使晶體管逆變器的交流電壓允許變化范圍可展寬為其額定值的+50～－50％，適用于本技術領域的各種場合。
文檔編號H02M7/48GK2585483SQ0228540
公開日2003年11月5日 申請日期2002年11月13日 優先權日2002年11月13日
發明者張榴晨, 肖幼萍 申請人:肖幼萍