一种逆变器的制作方法

文档编号:14478069
研发日期:2018/5/19

本实用新型涉及电力电子技术领域,具体而言,涉及一种逆变器。



背景技术:

目前,随着绿色能源、新能源技术的推广,光伏逆变器的应用越来越广泛,其应用场合多种多样,工业需求、商业需求、家用需求等都在不断增加,需求的增加必然产生多样化的需求;

现有技术中的光伏逆变器只能够实现单一的单相供电或者是三相供电,不能在单相供电与三相供电之间进行功能转换。



技术实现要素:

有鉴于此,本实用新型实施例的目的在于提供一种逆变器,以解决上述问题。

第一方面,本实用新型实施例提供了一种逆变器,包括:

第一直交流转换单元、第二直交流转换单元、第三直交流转换单元和输出端子,所述输出端子包括四个连接端点,每个连接端点对应不同的相线;所述第一直交流转换单元、第二直交流转换单元和第三直交流转换单元的输出端分别连接至所述输出端子上;

所述第一直交流转换单元与所述第二直交流转换单元之间连接有第一开关和第二开关,所述第二直交流转换单元和第三直交流转换单元之间连接有第三开关和第四开关;所述第一直交流转换单元的输出端与第二直交流转换单元的输出端之间连接有第六开关,所述第二交直流单元的输出端与第三交直流单元输出端之间连接有第七开关,与输出端子的N相线连接端点连接的线路上还连接有第五开关;

通过控制所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关和第七开关的导通与闭合,控制与所述输出端子连接的线路导通或者断开,进而实现使逆变器工作于不同的电压输出模式。

结合第一方面本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式,其中:

所述第一直交流转换单元包括:第一H桥、第一LCL滤波电路和第一母线电容;

所述第二直交流转换单元包括:第二H桥、第二LCL滤波电路和第二母线电容;

所述第三直交流转换单元包括:第三H桥、第三LCL滤波电路和第三母线电容;

所述第一开关的一端与第一母线电容的上端连接,另一端与第二母线电容发的上端连接;

所述第二开关的一端与第一母线电容C1的下端连接,另一端与第二母线电容的下端连接;

所述第三开关的一端与第二母线电容的上端连接,另一端与第三母线电容的上端相连接;

所述第四开关的一端与第二母线电容的下端连接,另一端与第三母线电容的下端相连接;

所述第五开关的一端与第三LCL滤波电路连接,另一端和输出端子相连接;

所述第六开关的一端与第一LCL电路连接,另一端与第二LCL电路相连接;

所述第七开关的一端与第二LCL电路相连接,另一端与第三LCL电路相连接。

结合第一方面的第一种可能的实施方式,本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式,其中:

所述第一H桥、第二H桥和第三H桥分别包括两个桥臂,每个桥臂包括两个串联的开关管。

结合第一方面的第二种可能的实施方式,本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式,其中:

所述开关管为绝缘栅双极型晶体管。

结合第一方面的第二种可能的实施方式,本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式,其中:

所述开关管为金属氧化物半导体场效应晶体管。

结合第一方面,本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式,其中:

所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关和第七开关为交流接触器。

结合第一方面,本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式,其中:

所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关和第七开关为直流接触器。

结合第一方面,本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式,其中:

所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关和第七开关为继电器。

结合第一方面,本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式,其中:

所述逆变器,还包括:微处理器;所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关和第七开关分别与所述微处理器的不同IO口连接,所述微处理器用于控制所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关和第七开关的导通与断开,进而实现不同电压输出模式的切换。

结合第一方面的第八种可能的实施方式,本实用新型实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式,其中:

所述逆变器,还包括:输入单元,所述输入单元用于输入切换指令,所述微处理器响应于所述切换指令进行控制所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关和第七开关的导通与断开,进而实现不同电压输出模式的切换。

本实用新型实施例所提供的一种逆变器,设有三个直交流转换单元,每个直交流转换单元的输出端均与输出单子连接,每个交至流转换单元之间均连接有开关,通过控制不同开关的导通与断开,进而实现了逆变器单向输出与三相输出的切换。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附附图,作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图

图1示出了本实用新型实施例1所提供的一种逆变器的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本实用新型实施例中附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围,而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。

目前,逆变器被广泛应用于电力系统中,现有的逆变器只能单一的实现单相电的输出或者三相电的输出,不能再单相电输出和三相电输出之间进行转换,制约了逆变器的使用范围;基于此,本实用新型实施例提供了一种逆变器。

下面通过具体实施例进行对本方案的详细介绍。

如图1所示的实施例,本实用新型的一个实施例中提供了一种逆变器,包括:第一直交流转换单元、第二直交流转换单元、第三直交流转换单元和输出端子,输出端子包括四个连接端点,每个连接端点对应不同的相线,例如A相线、B相线、C相线和N相线;第一直交流转换单元、第二直交流转换单元和第三直交流转换单元的输出端分别连接至输出端子上;

第一直交流转换单元与第二直交流转换单元之间连接有第一开关和第二开关,第二直交流转换单元和第三直交流转换单元之间连接有第三开关和第四开关;第一直交流转换单元的输出端与第二直交流转换单元之间连接有第六开关,第二交直流单元的输出端与第三交直流单元输出端之间连接有第七开关,与输出端子的N相线连接的线路上还连接有第五开关;

通过控制上述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关和第七开关的导通与闭合控制与所述输出端子连接的线路导通或者断开,进而实现使逆变器工作于不同的模式下。

上述的控制第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关和第七开关的导通与闭合控的方式也可以是手动控制。

为更详细的描述本实用新型实施例中提供的逆变器的电路结构,结合图1所示的内容进行描述;上述的第一直交流转换单元包括:第一H桥、第一LCL滤波电路和第一母线电容C1,第一LCL滤波电路包括第一滤波电感L11、第二滤波电感L12和电容C11;

上述的第二直交流转换单元包括:第二H桥、第二LCL滤波电路和第二母线电容,第二LCL滤波电路包括第一滤波电感L21、第二滤波电感L22和电容C21;

上述的第三直交流转换单元包括:第三H桥、第三LCL滤波电路和第三母线电容,第三LCL滤波电路包括:第一滤波电感L31、第二滤波电感L32和电容C31;

第一开关K1的一端与第一母线电容C1的上端连接,第一开关K1的另一端与第二母线电容C2的上端连接;

第二开关K2的一端与第一母线电容C1的下端连接,第二开关K2的另一端与第二母线电容C2的下端连接;

第三开关K3的一端与第二母线电容C2的上端连接,第三开关K3的另一端与第三母线电容C3的上端相连接;

第四开关K4的一端与第二母线电容C2的下端连接,第四开关K4的另一端与第三母线电容C3的下端相连接;

第五开关K5的一端与第三LCL滤波电路连接,另一端和输出端子相连接;

第六开关K6的一端与第一LCL电路连接,另一端与第二LCL电路相连接;

第七开关K7的一端与第二LCL电路相连接,另一端与第三LCL电路相连接。

上述的第一直交流转换单元、第二直交流转换单元和第三直交流转换单元分别与第一光伏组件、第二光伏组件和第三光伏组件相连接,该第一光伏组件、第二光伏组件和第三光伏组件包括:太阳能电池板,进而该逆变器优选地为光伏逆变器。

上述的第一H桥、第二H桥和第三H桥分别包括两个桥臂,每个桥臂包括两个串联的开关管;上述的第一H桥中、第二H桥中和第三H桥中所包含的开关管可以是绝缘栅双极型晶体管或者金属氧化物半导体场效应晶体管。

参照图1所示,本实施例中第一H桥中包括晶体管Q11、晶体管Q12、晶体管Q13和晶体管Q14,晶体管Q11和晶体管Q13连接构成一个桥臂,桥臂的中点为两个晶体管连接的位置,例如;晶体管Q11和晶体管Q13的连接处为桥臂中点;相应的,第二H桥中包括:包括晶体管Q21、晶体管Q22、晶体管Q23和晶体管Q24;第三H桥中包括:晶体管Q31、晶体管Q32、晶体管Q33和晶体管Q34.

本实施例中,上述的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关和第七开关可为交流接触器。

也可以是,上述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关和第七开关为直流接触器。

或者,上述的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关和第七开关为继电器。

为便于区分我们把第一开关的一端称之为第一端,第一开关的另一端称之为第二端,相应的其他元件的两端也分为第一端和第二端来描述;本实施例中,第一开关K1第一端与第一母线电容C1第一端以及第一光伏组件P1第一端连接,第一开关K1第二端与第二母线电容C2第一端以及第二光伏组件P2第一端连接;

第二开关K2第一端与第一母线电容C1第二端以及第一光伏组件P1第二端连接,第二开关K2第二端与第二母线电容C2第二端以及第二光伏组件P2第二端连接;

第三开关K3第一端与第二母线电容C2第一端以及第二光伏组件P2第一端连接,第三开关K3第二端与第三母线C3电容第一端以及第三光伏组件P3第一端连接;

第四开关K4第一端与第二母线电容C2第二端以及第第二光伏组件P2第二端连接,第四开关K4第二端与第三母线电容C3第二端以及第三光伏组件P3第二端连接;

第一H桥与第一母线电容C1并联连接,第二H桥与第二母线电容C2并联连接,第三H桥与第三母线电容C3并联连接,第一H桥、第二H桥和第三H桥分别包括两个桥臂:第一桥臂和第二桥臂,第一H桥的第一桥臂中点与第二H桥第一桥臂中点以及第三H桥第一桥臂中点连接;第一H桥第二桥臂中点与第一LCL滤波电路中的第一滤波电感L11第一端连接;第二H桥第二桥臂中点与第二LCL滤波电路中的第一滤波电感L21第一端连接;第三H桥第二桥臂中点与第三LCL滤波电路中的第一滤波电感L31第一端连接;第一LCL滤波电路第一滤波电感L11第二端、第二电感L12第一端与电容C11第一端连接;第二LCL滤波电路第一滤波电感L21第二端、第二电感L22第一端与电容C21第一端连接;第三LCL滤波电路的第一滤波电感L31第二端、第二电感L32第一端与电容C31第一端连接;第一H桥第一桥臂中点与第一LCL滤波电路中的第一滤波电容C11第二端连接;第一LCL滤波电路中的第一滤波电容C11第二端与第二LCL滤波电路中的电容C21第二端以及第三LCL滤波电路中的电容C31第二端连接;第三LCL滤波电路中的电容C31第二端与第五开关K5第一端连接;第五开关K5第二端连接至输出端子的连接端点N点,作为N相线;第一LCL滤波电路中的第二滤波电感L12第二端与输出端子A点连接,作为A相线;第二LCL滤波电路中的第二滤波电感L22第二端与输出端子的连接端点B点连接,作为B相线;第三LCL滤波电路中的第二滤波电感L32第二端与输出端子的连接端点C点连接,作为C相线;第一LCL滤波电路中的第二滤波电感L12第二端与第六开关K6第一端连接;第二LCL滤波电路中的第二滤波电感L22第二端与第七开关K7第一端连接;第二LCL滤波电路中的第二滤波电感L22第二端与第六开关K6第二端连接;第三LCL滤波电路中的第二滤波电感L32第二端与第七开关K7第二端连接;

本实施例中,当第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4、第六开关K6、第七开关K7断开,第五开关K5闭合,此时,第一母线电容C1、第二母线电容C2、第三母线电容C3工作于相互独立状态,此时,该逆变器工作于三相四线制模式,输出A相线、B相线、C相线、N相线四路;

工作于三相四线制模式时,第一H桥、第二H桥、第三H桥分别采用相位相差120°的单极性倍频调制控制策略,可等效产生两倍于桥臂开关管开关频率的SPWM脉冲,通过对H桥采用单极性倍频调制控制策略提升SPWM脉冲频率可以有效提升LCL滤波电路的滤波性能,有效减少注入电网中的谐波。

当第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4、第五开关K5、第六开关K6、第七开关K7断开,此时,第一母线电容C1、第二母线电容C2、第三母线电容C3工作于相互独立状态,此时,光伏逆变器工作于三相三线制模式,输出A相线、B相线、C相线三路;

工作于三相三线制模式时,光伏逆变器的控制策略以及有益效果与上述三相四线制模式相同。

当第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4、第五开关K5、第六开关K6、第七开关K7闭合,此时,第一母线电容C1、第二母线电容C2、第三母线电容C3构成并联关系,第一H桥、第二H桥、第三H桥构成并联关系,输出端子上的A相线、B相线、C相线三路短路,输出端子上的N相,构成单相电路的N相线;此时光伏逆变器工作于单相模式;

工作于单相模式时,第一H桥、第二H桥、第三H桥分别采用相位相差为0°的单极性倍频调制控制策略,可等效产生两倍于桥臂开关管开关频率的SPWM脉冲,通过对H桥采用单极性倍频调制控制策略提升SPWM脉冲频率可以有效提升LCL滤波电路的滤波性能。

另外,需要说明的是,本实施例中提供的逆变器,在工作于单相模式时,第一H桥、第二H桥、第三H桥同时输出频率、相位以及幅值相同的正弦波,这三种正弦波叠加作为总的单相输出,因此,其输出总功率与三相三线制模式输出总功率以及三相四线制模式输出总功率相等。进而本发明实施例所提供的逆变器能够在保证输出功率不变的情况下,实现单相供电和三相供电的切换。

本实用新型实施例所提供的逆变器,能够实现单相电输出、三相三线电输出以及三相四线电输出三种功能之间的自由切换,解决了现有技术中的逆变器功能单一,无法灵活应变以适应多种场合的问题;并且能够保证单相输出总功率不会减小。

在一可能的实施例中,上述的逆变器还包括:微处理器;上述的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关和第七开关分别与该微处理器的不同IO口连接,该微处理器用于控制第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关和第七开关的导通与断开,进而不同输出的切换。

进一步的,本实施例中的逆变器,还包括:输入单元,该输入单元用于输入切换指令,该输入单元可以是触控显示屏,用于显示逆变器当前的工作模式,并用户输入其想要使逆变器所处的输出电压的模式,或者该输入单元为输入按钮,用户通过按动按扭生成切换指令,以满足用户选择其想要的电压输出模式;上述的微处理器还用于响应于该切换指令进行控制第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关和第七开关的导通与断开,进而实现不同电压输出模式的切换。

应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

最后应说明的是:以上所述实施例,仅为本实用新型的具体实施方式,用以说明本实用新型的技术方案,而非对其限制,本实用新型的保护范围并不局限于此,尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内,其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改、变化或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此,本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

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