專利名稱：一種新型的升壓斬波電路級聯(lián)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新型的升壓斬波電路級聯(lián)結(jié)構(gòu)，本發(fā)明 可應(yīng)用于電機調(diào)速、可再生能源發(fā)電等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)升壓斬波電路廣泛應(yīng)用于電氣傳動領(lǐng)域，例如繞線型感應(yīng)電動機的內(nèi)反饋串 級調(diào)速系統(tǒng)，永磁直流無刷電機調(diào)速系統(tǒng)等。尤其近年來隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的廣泛關(guān)注和 應(yīng)用，升壓斬波調(diào)速電路又有新的應(yīng)用空間。比如，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中常采用永磁同步風(fēng)力 發(fā)電機接二極管整流單元后接升壓斬波電路接電壓型并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)，該種結(jié)構(gòu)采用二 極管整流單元降低了系統(tǒng)成本，同時升壓斬波調(diào)速電路的控制方式簡單，而且直流母線電 容的存在降低了電網(wǎng)波動對發(fā)電系統(tǒng)的影響，因此該結(jié)構(gòu)近年來倍受青睞。但是該結(jié)構(gòu)也 存在一些不足，例如二極管整流會導(dǎo)致定子電流畸變，升壓斬波電路功率開關(guān)管導(dǎo)通時間 的上下限，會限制其調(diào)速能力等問題。目前國內(nèi)外通常采用多脈波整流技術(shù)或者采用多相 電機以改善定子電流情況，但是系統(tǒng)調(diào)速能力有限的問題依然難以得到很好的解決。因此 本發(fā)明提出一種新型的升壓斬波電路級聯(lián)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通過改變換流用功率開關(guān)管的通斷 狀態(tài)實現(xiàn)電路連接狀態(tài)的改變，將該種級聯(lián)型升壓斬波電路應(yīng)用于永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可以 有效改善發(fā)電機運行質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，擴展性強的斬 波電路級聯(lián)結(jié)構(gòu)。該種級聯(lián)型升壓斬波電路應(yīng)用于電機調(diào)速、可再生能源發(fā)電等領(lǐng)域，以應(yīng) 用于永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為例，可增加電機調(diào)速范圍，提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)整體的運行能力。本 發(fā)明采用如下的技術(shù)方案一種新型的升壓斬波電路級聯(lián)結(jié)構(gòu)，包括n個升壓斬波電路單元以及連接在升壓 斬波電路單元之間的級聯(lián)用二極管和換流用功率開關(guān)管，其中，n ^ 2，每個升壓斬波單元 包括一個電感、一個升壓用功率開關(guān)管和一個快恢復(fù)二極管，所述的電感串聯(lián)在本升壓斬 波單元的輸入端上，所述的快恢復(fù)二極管連接在升壓用功率開關(guān)管正向?qū)ㄝ斎攵伺c本升
壓斬波單元的輸出正極之間；設(shè)該n個升壓斬波單元按i = 1，2......n順序編號，第1單
元的輸出正極為整個級聯(lián)型升壓斬波電路的輸出正極，第n單元的輸出負極為整個級聯(lián)型 升壓斬波電路的輸出負極，兩者分別與濾波儲能電容的正極和負極相連，n個升壓斬波單元 的輸出端采用串聯(lián)方式，除第1單元的輸出正極和第n單元的輸出負極外，其余每個單元的 輸出端均通過一個換流用功率開關(guān)管串聯(lián)連接，其連接方式為，第i單元的輸出負極與換 流用功率開關(guān)管正向?qū)ㄝ敵龆诉B接，第i+1單元的輸出正極與換流用功率開關(guān)管正向?qū)?br> 通輸入端連接，依次連接到第n單元，并按i = 1，2，......，n-1順序依次對該n-1個換流
用功率開關(guān)管編號；第i單元的輸入負極與第i+1單元的輸入負極通過一個級聯(lián)用二極管 連接，該級聯(lián)用二極管的陰極與第i單元負極連接，陽極與第i+1單元負極連接，依次連接到第n單元；第i單元的升壓用功率開關(guān)管正向?qū)ㄝ斎攵伺c第i+1單元的升壓用功率開 關(guān)管正向?qū)ㄝ斎攵艘餐ㄟ^一個級聯(lián)用二極管連接，該級聯(lián)用二極管陰極與第i單元升壓 用功率開關(guān)管正向?qū)ㄝ斎攵诉B接，陽極與第i+1單元的升壓用功率開關(guān)管正向?qū)ㄝ斎?端連接，依次連接到第n單元。本發(fā)明具有如下的有益效果1、本發(fā)明借用二極管單向?qū)ㄌ匦?，通過改變換流用功率開關(guān)管通斷狀態(tài)，實現(xiàn) 電路連接狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，單個升壓斬波電路輸出電壓的改變，從而可增加電機調(diào)速范圍。2、本發(fā)明為一種級聯(lián)結(jié)構(gòu)，有利于實現(xiàn)電路的模塊化，有較強的拓展性。3、本發(fā)明采用結(jié)構(gòu)簡單的升壓斬波電路為級聯(lián)單元，成本低，控制方式簡單。


圖1是n個升壓斬波電路級聯(lián)的電路原理圖。圖2是單個升壓斬波電路應(yīng)用到永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的主電路原理圖。圖3是單個升壓斬波電路應(yīng)用到永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的等效電路圖；圖3(a)是三相 永磁同步電機單相等效電路圖；圖3(b)是三相永磁同步發(fā)電機接二極管整流單元等效電 路圖；圖3(c)是三相永磁同步發(fā)電機接二極管整流單元接單個升壓斬波電路等效電路圖。圖4是3個升壓斬波電路級聯(lián)應(yīng)用到永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的主電路原理圖。圖5是3個升壓斬波電路級聯(lián)時，即CVT1，CVT2關(guān)斷時，并聯(lián)運行狀態(tài)原理圖；圖 5(a)中虛線表示升壓斬波電路1并聯(lián)運行回路；圖5(b)中虛線表示升壓斬波電路2并聯(lián) 運行回路；圖5(c)中虛線表示升壓斬波電路3并聯(lián)運行回路；圖6是3個升壓斬波電路級聯(lián)時，即CVT1關(guān)斷，CVT2導(dǎo)通時，混聯(lián)運行狀態(tài)原理 圖；圖6(a)中虛線表示升壓斬波電路1與升壓斬波電路3串聯(lián)形成的回路；圖6(b)中虛線 表示升壓斬波電路2與升壓斬波電路3串聯(lián)形成的回路；圖7是3個升壓斬波電路級聯(lián)時，即CVT1，CVT2導(dǎo)通時，串聯(lián)運行狀態(tài)原理圖；圖 7(a)中虛線表示VT1，VT2，VT3同時關(guān)斷和導(dǎo)通時串聯(lián)形成的回路；圖7(b)中虛線表示 VT1, VT3關(guān)斷，VT2導(dǎo)通時形成的回路；
具體實施例方式近年來，隨著新能源的開發(fā)利用，尤其在變速風(fēng)力發(fā)電方面，因為采用二極管整流 后接升壓斬波調(diào)速電路的結(jié)構(gòu)對發(fā)電機進行調(diào)速具有成本低，效率高，控制系統(tǒng)簡單等優(yōu) 點被廣泛應(yīng)用。但是傳統(tǒng)升壓斬波電路的調(diào)速范圍較窄，這也影響了它的應(yīng)用效果。本發(fā) 明提出一種新型的升壓斬波電路級聯(lián)結(jié)構(gòu)。主電路結(jié)構(gòu)采用n個升壓斬波電路級聯(lián)組合而 成，如圖1所示。在應(yīng)用到電機調(diào)速系統(tǒng)中時，若系統(tǒng)采用的發(fā)電機是普通三相電機，則定 子輸出側(cè)需要接隔離多相變壓器以獲得多個電隔離的三相輸出，若系統(tǒng)采用的發(fā)電機為多 相電機，則定子輸出側(cè)無需增加隔離變壓器便可得到多個電隔離的三相輸出，多組隔離的 三相電經(jīng)多個二極管整流輸出從而獲得多個獨立直流輸出。在本實施例中，以3個升壓斬 波電路單元級聯(lián)為例，所采用的升壓用功率開關(guān)管和換流用功率開關(guān)管均為IGBT，級聯(lián)用 二極管為快恢復(fù)二極管，采用三相永磁同步發(fā)電機接隔離9相變壓器以獲得3個電隔離的 三相輸出結(jié)構(gòu)。為敘述簡便，結(jié)合附圖2-7，首先以采用單個升壓斬波電路為調(diào)速電路的直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為例闡述單個升壓斬波調(diào)速電路數(shù)學(xué)關(guān)系；然后僅以采用3個升壓 斬波電路級聯(lián)結(jié)構(gòu)作為調(diào)速電路的直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為例，分析該種級聯(lián)型升壓斬 波電路，在不同電路狀態(tài)下，每個斬波電路的等效輸出電壓情況，并對這種新型的升壓斬波 電路級聯(lián)結(jié)構(gòu)用于電機調(diào)速時的具體實施方式
予以詳細說明。主電路如圖4所示，包括3相永磁同步發(fā)電機(PMSG)，9相隔離整流變壓器(變比 1 1)，二極管整流單元，級聯(lián)型升壓斬波電路(升壓斬波電路1、2、3)，濾波儲能電容C，電 壓型并網(wǎng)逆變器(VSI)等。其中級聯(lián)型升壓斬波電路是由3個結(jié)構(gòu)完全相同的升壓斬波電 路級聯(lián)得到，升壓斬波電路1、2、3的輸入正負極分別接3個獨立二極管整流單元輸出，輸入 負極通過快恢復(fù)二極管CVD2，CVD4連接；斬波電路IGBT集電極之間通過級聯(lián)快恢復(fù)二極 管CVD1，CVD3連接；電路輸出端采用串聯(lián)方式，斬波電路1輸出正極接電容C正極，斬波電 路1輸出負極與斬波電路2輸出正極通過作為換流用IGBT的功率開關(guān)管CVT1連接，斬波 電路2輸出負極與斬波電路3輸出正極通過作為換流用IGBT的功率開關(guān)管CVT2連接，斬 波電路3輸出負極接電容C負極。下面將詳細介紹級聯(lián)型升壓斬波電路用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)時的整體運行情況。圖4 中風(fēng)機的軸與永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子軸通過聯(lián)軸器同軸聯(lián)接，風(fēng)機捕獲風(fēng)能驅(qū)動永磁同步 發(fā)電機旋轉(zhuǎn)。永磁同步風(fēng)力發(fā)電機根據(jù)風(fēng)速情況調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速從而輸出幅值和頻率都隨風(fēng)速變 化而變化的三相電壓，經(jīng)9相隔離整流變壓器后得到3組三相電壓，每組電壓的同一相電壓 相位相差20°，變壓器輸出3組三相電壓經(jīng)3個三相二極管整流單元整流成幅值也在隨風(fēng) 速變化的3個直流電壓Uinl，Uin2, Uin3。通過級聯(lián)型升壓斬波電路獲得一個直流母線電容電 壓Ud。，電容接電壓型并網(wǎng)逆變器，通過對逆變器電壓電流雙閉環(huán)控制實現(xiàn)電容電壓的穩(wěn)定。 本發(fā)明主要是應(yīng)用于發(fā)電機調(diào)速方面，因此可以理想地認為依靠對逆變器控制，級聯(lián)型升 壓斬波電路所接電容電壓兩端電壓穩(wěn)定不變。發(fā)電機調(diào)速是依靠改變級聯(lián)型斬波電路中給 定VT1、VT2、VT3的占空比來實現(xiàn)的，而它們的導(dǎo)通時間t。nl，t。n2，t。n3是有一定范圍的。本 發(fā)明在運行時，給定VT1，VT2，VT3相同的開關(guān)周期Ts，且載波相位相同。假設(shè)t。nl，t。n2，t。n3 對應(yīng)的占空比ap a2, a3范圍為2，0. 6]，該上下限可根據(jù)要求和實際情況選取。下面 將首先以采用單個升壓斬波電路為調(diào)速電路的直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為例闡述單個升 壓斬波調(diào)速電路數(shù)學(xué)關(guān)系；然后再僅以采用3個升壓斬波電路級聯(lián)結(jié)構(gòu)作為調(diào)速電路的直 驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為例，對這種新型的升壓斬波電路級聯(lián)結(jié)構(gòu)用于電機調(diào)速時的具體 實施方式予以詳細說明。根據(jù)圖2和圖3首先介紹三相永磁同步發(fā)電機接二極管整流單元接單個升壓斬波 電路的數(shù)學(xué)模型。三相永磁同步發(fā)電機反電動勢和定子電流的數(shù)學(xué)關(guān)系如下 a = cos cotK = V2/g cos(0Z + cp) b = cos(0,- 120°)仏=V^/gcos(忉+ 識-120°)(1) :=V2￡cos( r + 120°) /； = V2/gcos( r + ^ + 120°)式中，E為空載反電勢有效值；co為發(fā)電機電角速度州為定子電流與反電動勢相差?？蛰d反電勢與電機旋轉(zhuǎn)速度成正比，可表示為
E = kgwr(2)式中，kg為取決于結(jié)構(gòu)方式及永磁體材質(zhì)的電樞電勢系數(shù)；為發(fā)電機機械角速度。同步發(fā)電機的一相等值電路如圖3(a)。U%=E-RJ%-jXj%(3)式中，Ug為永磁同步發(fā)電機輸出端相電壓有效值；RS為定子繞組電阻；XS為同步電 抗。當轉(zhuǎn)子永磁體磁鏈不變時，發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩與定子電流有效值成正比關(guān)系Te = keIg(4)其中，ke為取決于永磁體磁鏈與極對數(shù)的系數(shù)。如圖3(b)所示，發(fā)電機和整流單元相連，從交流端看過去，定義線電壓峰值為
Ullpeak,整流輸出電壓平均值為uin，則有下式
3 r 萬/63Um=-\ Ullveakcos0d0 = -Ullveak(5)
n “丨6n整流輸出電壓平均值Uin與永磁同步發(fā)電機相電壓有效值之間關(guān)系如下
Um = 3-^Ug(6)
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整流輸出電路可等效一個6脈波的峰值為的直流電壓源串聯(lián)一個等效電阻 Rin和一個等效電感Lin組成的電路，為如圖3(c)所示。其中，整流輸出電流k與發(fā)電機定 子電流有效值Ig瞬時關(guān)系如下iL = V2/g(7)根據(jù)圖3(c)所示等效電路，斬波電路輸入電壓平均值Uin與輸出直流電容電壓均 值Ud。有如下關(guān)系+(8)式中，t。n為升壓斬波電路升壓用IGBT的導(dǎo)通時間。將(6)代入(8)整理得到^U=(\- a)Udc(9)
ndz式中，a = t。n/Ts，為占空比。將(3)代入(9)整理得到^|￡-^/g-7Xs/g| = (l-a)Udc(10)
7i 11at由式(4)可知，當風(fēng)機機械轉(zhuǎn)矩一定時，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時，發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩等于風(fēng)機機 械轉(zhuǎn)矩，即定子電流有效值Ig—定。再由式(2)和(10)可知，當升壓斬波電路IGBT的開 關(guān)周期Ts確定和占空比a的范圍確定時，對應(yīng)一定原動機轉(zhuǎn)矩時，電路調(diào)速范圍將由斬波 電路輸出直流母線電壓決定。而在本發(fā)明介紹的系統(tǒng)中Ud。是由逆變器控制決定的，但是每 個升壓斬波電路等效輸出電壓卻是因電路運行狀態(tài)變化而變化的。下面結(jié)合圖4-7說明采用3個升壓斬波電路級聯(lián)結(jié)構(gòu)作為調(diào)速電路的永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主電路的運行情況。首先分析CVT1和CVT2在不同的導(dǎo)通和關(guān)斷情況下，級聯(lián)型升壓斬波電路的工作 狀態(tài)。狀態(tài)1 :CVT1，CVT2斷開時，升壓斬波電路1、2、3是并聯(lián)結(jié)構(gòu)，如圖5所示。數(shù)學(xué)關(guān)
系如下式
并聯(lián)回路 1 其中，Ru，RL2, 為電感Ll，L2，L3的內(nèi)阻。圖5中U。utl，U。ut2，Uout3為每個升壓斬 波電路等效輸出電壓。并聯(lián)運行時，每個升壓斬波電路等效輸出電壓等于整體直流母線電 壓ud。。每個整流輸出電壓m都相當于輸出接電容電壓為udc時的情況，隔離變壓 器的變比為1 1，因此折算到發(fā)電機側(cè)，發(fā)電機空載反電動勢也相當于提供直流母線電容 電壓為udc時的水平，所以此時電機轉(zhuǎn)速維持在較高的水平。另外若系統(tǒng)參數(shù)不理想相等， 則會導(dǎo)致、，、，込不相等。因此并聯(lián)運行時，通過給定VT1，VT2，VT3不同的占空比，可以 實現(xiàn)每個升壓斬波電路均流運行。狀態(tài)2 :CVT1斷開，CVT2導(dǎo)通時，升壓斬波電路1、2、3是混聯(lián)結(jié)構(gòu)，如圖6所示。升 壓斬波電路1與升壓斬波電路3是串聯(lián)關(guān)系，如圖6 (a)，升壓斬波電路2與升壓斬波電路3 是串聯(lián)關(guān)系，如圖6 (b)，而這兩組電路之間又是并聯(lián)關(guān)系。數(shù)學(xué)關(guān)系如下式 混聯(lián)回路1 (12) 混聯(lián)回路2 (13) 從式(12)和(13)可知，升壓斬波電路1和3串聯(lián)運行回路中，若電路參數(shù)對稱， 則每個升壓斬波電路等效輸出電壓相當于1/2的直流母線電壓，即Ud。/2。同理，升壓斬波 電路2和3串聯(lián)運行回路中也是如此。由前面對單個升壓斬波調(diào)速電路數(shù)學(xué)關(guān)系的分析可 知，與狀態(tài)1并聯(lián)運行相比，在相同風(fēng)機轉(zhuǎn)矩，即定子電流相同，VT1、VT2，VT3占空比范圍 確定時，因為每個升壓斬波電路等效輸出電壓相當于l/2Ud。，則每個整流輸出電壓Uinl，Uin2， Uin3也都相當于接l/2Ud。時的情況，隔離變壓器的變比為1 1，因此折算到發(fā)電機側(cè)，發(fā) 電機空載反電動勢也只有級聯(lián)型升壓斬波電路并聯(lián)運行時1/2的水平，所以此時風(fēng)機轉(zhuǎn)矩 下，VT1、VT2，VT3占空比相同時，電機轉(zhuǎn)速低于并聯(lián)運行時的情況，而級聯(lián)后得到的直流母 線電壓仍然不變。
狀態(tài)3:001，0^2導(dǎo)通時，升壓斬波電路1、2、3是串聯(lián)結(jié)構(gòu)，如圖7(幻所示。數(shù) 學(xué)關(guān)系如下式
1- 串聯(lián)運行時，3個整流輸出電流相等，即iu = iL2 = iLSO從公式(14)可知，串聯(lián) 運行時，若電路參數(shù)對稱，則每個升壓斬波電路輸出電壓相當于1/3的直流母線電壓，即 Udc/3。另外串聯(lián)運行時，要求3個升壓斬波電路的IGBT，VT1，VT2，VT3同時導(dǎo)通和關(guān)斷，否 則會發(fā)生如圖7 (b)所示的情況，比如VT1，VT3已經(jīng)關(guān)斷，而VT2仍然導(dǎo)通，這時串聯(lián)回路內(nèi) 只有升壓斬波電路1和2，這兩組瞬時等效輸出電壓相當于l/2Ud。，而當VT2也關(guān)斷時，3組 瞬時等效輸出電壓又相當于l/3Ud。，根據(jù)式(10)可知，這種情況發(fā)生時會引起不必要的電 機轉(zhuǎn)速波動。由此分析可知，串聯(lián)運行時，要求VT1，VT2，VT3有相同的導(dǎo)通情況。與狀態(tài)1 并聯(lián)運行相比，在相同風(fēng)機轉(zhuǎn)矩，即定子電流相同，VT1、VT2，VT3占空比范圍確定時，因為每 個升壓斬波電路等效輸出電壓相當于l/3Ud。，則每個整流輸出電壓Uinl，Uin2，Uin3也都相當于 接l/3Ud。時的情況，隔離變壓器的變比為1 1，因此折算到發(fā)電機側(cè)，發(fā)電機空載反電動勢 也只有級聯(lián)型升壓斬波電路并聯(lián)運行時1/3的水平，所以此時相同風(fēng)機轉(zhuǎn)矩下，VT1、VT2， VT3占空比相同時，與混聯(lián)和并聯(lián)運行時相比，電機轉(zhuǎn)速是最低的，而級聯(lián)后得到的直流母 線電壓仍然不變。將上述結(jié)論推廣到n個(n>2)升壓斬波電路級聯(lián)的情況，如圖1所示，此時換流
用IGBTCVTi有n-1個，i = 1、2.......n_l。令U。ut為每個升壓斬波電路等效輸出電壓，Ud。
為整體直流母線電容電壓，則它們之間的關(guān)系有Uout＝1/n-jUdc(15)
式中，j = 0、1、2......n-1，表示關(guān)斷的換流用IGBT個數(shù)。Ud。恒定時，U。ut只與級
聯(lián)個數(shù)和換流用IGBT關(guān)斷的個數(shù)有關(guān)，而與關(guān)斷順序無關(guān)。結(jié)合上述分析與式(10)可知，占空比a的上下限[a fflin, a _]滿足一定條件，才 可以保證電路狀態(tài)依次由串聯(lián)切換至并聯(lián)，或者由并聯(lián)切換至串聯(lián)時，電機的調(diào)速范圍是 連續(xù)的。因為在電路切換過程中電路并聯(lián)與關(guān)閉其中一個級聯(lián)用IGBT CVTi混聯(lián)運行狀 態(tài)之間切換時，單個升壓斬波電路等效輸出電壓的變化最大，相當于變化了 l/2Ud。，因此需 要保證并聯(lián)狀態(tài)下最低轉(zhuǎn)速小于關(guān)閉其中一個級聯(lián)用IGBT CVTi混聯(lián)運行時的最高速，才 可以保證在任意兩個相鄰狀態(tài)切換前后，系統(tǒng)整體的調(diào)速范圍是連續(xù)的。另外，因為電機及 電路中阻抗的影響很小，因此將式(10)簡化，將占空比上下限需要滿足的條件簡單歸納如 下l-amax≤1/2(l-amin)(16)下面將結(jié)合圖4，分電機升速和降速兩種情況，介紹一下在永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中， 采用該種級聯(lián)型升壓斬波電路時，發(fā)電機調(diào)速是如何實現(xiàn)的。
情況1假設(shè)風(fēng)機轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定，要求發(fā)電機升速，若級聯(lián)型升壓斬波電路處于串聯(lián)運行狀態(tài)， 則當給定VT1、VT2、VT3占空比等于02時，發(fā)電機達到該狀態(tài)的最高速。若還未滿足轉(zhuǎn)速要 求，則可先給CVT1關(guān)斷信號。此時電路轉(zhuǎn)換為混聯(lián)狀態(tài)，每個升壓斬波電路對應(yīng)的等效輸 出電壓由原來的l/3Ud。變?yōu)閘/2Ud。，由前面分析可知，發(fā)電機轉(zhuǎn)速有了進一步的上升空間。 若給定VT1、VT2、VT3占空比等于02時仍然未滿足轉(zhuǎn)速要求，說明發(fā)電機已經(jīng)達到該狀態(tài)的 最高轉(zhuǎn)速，則再繼續(xù)給CVT2關(guān)斷信號。此時電路轉(zhuǎn)換為并聯(lián)狀態(tài)，每個升壓斬波電路對應(yīng) 的等效輸出電壓由原來的l/2Ud。變?yōu)閁d。，發(fā)電機繼續(xù)升速，直到達到轉(zhuǎn)速給定值。情況2假設(shè)風(fēng)機轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定，要求發(fā)電機降速，若級聯(lián)型升壓斬波電路處于并聯(lián)運行狀態(tài)， 則當給定VT1、VT2、VT3占空比等于0.6時，發(fā)電機達到該狀態(tài)的最低速。若還未滿足轉(zhuǎn)速 要求，則可先給CVT2導(dǎo)通信號。此時電路轉(zhuǎn)換為混聯(lián)狀態(tài)，每個升壓斬波電路對應(yīng)的等效 輸出電壓由原來的Ud。變?yōu)閘/2Ud。，由前面分析可知，發(fā)電機轉(zhuǎn)速有了進一步的下降空間。若 給定VT1、VT2、VT3占空比等于0.6時仍然未滿足轉(zhuǎn)速要求，說明發(fā)電機已經(jīng)達到該狀態(tài)的 最低轉(zhuǎn)速，則再繼續(xù)給CVT1導(dǎo)通信號。此時電路轉(zhuǎn)換為串聯(lián)狀態(tài)，每個升壓斬波電路對應(yīng) 的等效輸出電壓由原來的l/2Ud。變?yōu)閘/3Ud。，發(fā)電機繼續(xù)降速，直到達到轉(zhuǎn)速給定值。由上述兩種情況可知，該電路系統(tǒng)可以根據(jù)電機轉(zhuǎn)速升降需求，通過改變換流用 IGBTCVTi的通斷狀態(tài)，改變了級聯(lián)的每個升壓斬波電路的等效輸出電壓，從而逐步提高相 同風(fēng)機轉(zhuǎn)矩下，發(fā)電機升降速的空間。并聯(lián)狀態(tài)下，當給定VT1、VT2、VT3占空比等于02時， 為該風(fēng)機轉(zhuǎn)矩下系統(tǒng)運行的最高轉(zhuǎn)速；同理，串聯(lián)狀態(tài)下，當給定VT1、VT2、VT3占空比等于 0.6時，為該風(fēng)機轉(zhuǎn)矩下系統(tǒng)運行的最低轉(zhuǎn)速。另外，混聯(lián)狀態(tài)保證了調(diào)速范圍的連續(xù)性。 本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)通過給換流用IGBT CVTi的通斷信號，切換不同的運行狀態(tài)，擴大了發(fā)電 機的調(diào)速范圍。
權(quán)利要求
一種新型的升壓斬波電路級聯(lián)結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括n個升壓斬波電路單元以及連接在升壓斬波電路單元之間的級聯(lián)用二極管和換流用功率開關(guān)管，其中，n≥2，每個升壓斬波單元包括一個電感、一個升壓用功率開關(guān)管和一個快恢復(fù)二極管，所述的電感串聯(lián)在本升壓斬波單元的輸入端上，所述的快恢復(fù)二極管連接在升壓用功率開關(guān)管正向?qū)ㄝ斎攵伺c本升壓斬波單元的輸出正極之間；設(shè)該n個升壓斬波單元按i＝1，2......n順序編號，第1單元的輸出正極為整個升壓斬波電路的輸出正極，第n單元的輸出負極為整個升壓斬波電路的輸出負極，兩者分別與濾波儲能電容的正極和負極相連，n個升壓斬波單元的輸出端采用串聯(lián)方式，除第1單元的輸出正極和第n單元的輸出負極外，其余每個單元的輸出端均通過一個換流用功率開關(guān)管串聯(lián)連接，其連接方式為，第i單元的輸出負極與換流用功率開關(guān)管正向?qū)ㄝ敵龆诉B接，第i+1單元的輸出正極與換流用功率開關(guān)管正向?qū)ㄝ斎攵诉B接，依次連接到第n單元，并按i＝1，2，......，n-1順序依次對該n-1個換流用功率開關(guān)管編號；第i單元的輸入負極與第i+1單元的輸入負極通過一個級聯(lián)用二極管連接，該級聯(lián)用二極管的陰極與第i單元負極連接，陽極與第i+1單元負極連接，依次連接到第n單元；第i單元的升壓用功率開關(guān)管正向?qū)ㄝ斎攵伺c第i+1單元的升壓用功率開關(guān)管正向?qū)ㄝ斎攵酥g也通過一個級聯(lián)用二極管連接，該級聯(lián)用二極管陰極與第i單元升壓用功率開關(guān)管正向?qū)ㄝ斎攵诉B接，陽極與第i+1單元的升壓用功率開關(guān)管正向?qū)ㄝ斎攵诉B接，依次連接到第n單元。
全文摘要
本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新型的升壓斬波電路級聯(lián)結(jié)構(gòu)，包括升壓斬波電路、接在升壓斬波電路輸出端的濾波儲能電容，所述級聯(lián)結(jié)構(gòu)組成的升壓斬波電路，包括n個按照常規(guī)電路搭建的升壓斬波電路單元以及連接在升壓斬波電路單元之間的級聯(lián)用二極管和換流用功率開關(guān)管，n個升壓斬波單元的輸出端采用串聯(lián)方式，每個單元的輸出端均通過一個換流用功率開關(guān)管串聯(lián)連接。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，擴展性強的優(yōu)點。
文檔編號H02M3/155GK101860210SQ20101017020
公開日2010年10月13日 申請日期2010年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月12日
發(fā)明者史婷娜, 夏長亮, 王志強 申請人:天津大學(xué)