流单元、第二整流单元、第=整流单元的顺序顺次级联，也可按照第一整流单元、 第二整流单元、第=整流单元、有源前端单元的顺序顺次级联。储能功率单元桥臂是由m个 储能单元级联构成的桥臂，m和n可W相等或不相等，n优选为3~8内的自然数，m优选为 3~8内的自然数。
[0029] 具体实施中，整流功率单元桥臂由1个有源前端单元和4个二极管整流单元级联 构成，图2即一种具体的二极管整流单元拓扑结构，图3即一种具体的有源前端单元拓扑结 构。见图2,该二极管整流单元为基于=相不控整流电路的功率单元，由=相桥式不控整流 电路、中间直压电路和单相H型桥式逆变电路并联构成，其输入侧是由二极管D1、D2、D3、 D4、D5、D6构成的S相桥式不控整流电路，二极管D1、D3、D5共阴极，其阳极分别与S相电源 的S相相接；二极管D4、D6、D2共阳极，其阴极分别与S相电源的S相相接。中间直压电路 为一直流电容，输出侧则是由IGBT器件Q1、Q2、Q3、Q4构成的单相H型桥式逆变电路。输 入二极管整流单元的交流电经=相桥式不控整流电路后变成直流电，加到中间直压电路， 通过控制单相H型桥式逆变电路的IGBT器件91、92、93、94，使直流电重新变为驱动电机所 需幅值、频率的交流电压。
[0030] 见图3,有源前端单元由S相PWM整流电路、中间直压电路和单相H型桥式逆变电 路并联构成，其输入侧是由IGBT器件T1、T2、T3、T4、T5、T6构成的S相PWM整流电路，IGBT 器件T1、T3、巧共集电极，其发射极分别与S相电源的S相相接，IGBT器件T4、T6、T2共发 射极，其集电极分别与=相电源的=相相接。中间直压电路为一直流电容，输出侧则是由 IGBT器件Q1、Q2、Q3、Q4构成的单相H型桥式逆变电路。因为IGBT器件可控，所W有源前 端单元既能工作在整流状态也能工作在逆变状态，确保电机制动能量在电源端口和负载端 口之间的双向流动。有源前端单元处于整流工作状态时，输入的交流电经=相PWM整流电 路后变成直流电，加到中间直压电路，通过控制单相H型桥式逆变电路的IGBT器件Q1、Q2、 Q3、Q4,使直流电重新变为驱动电机所需幅值、频率的交流电压。当有源前端单元处于逆变 工作状态时，电机产生的制动能量经单相H型桥式逆变电路、中间直压电路及工作在回馈 状态下的=相PWM整流电路流向本地电网。
[0031] 图4即【具体实施方式】中储能单元拓扑结构示意图，具体实施中，储能功率单元桥 臂由5个储能单元级联构成，各储能单元均由单相H型桥式逆变电路和超级电容并联构成， 单相H型桥式逆变电路由IGBT器件1?1、1?2、1?3、1?4构成。超级电容用于存储再生制动能量， 并作为大功率电机线电压的组成部分。储能状态时，单相H型桥式逆变电路将桥臂上的交 流电逆变成稳定的直流电对超级电容充电；输出状态时，超级电容存储电能通过单相H型 桥式逆变电路构成大功率电机线电压的组成部分。
[0032] 整流功率单元桥臂和储能功率单元桥臂在拓扑电路中位置不做限制，只要把6个 桥臂首尾串联即可，所述的6个桥臂包括3个整流功率单元桥臂和3个储能功率单元桥臂。 将=个整流功率单元桥臂分别记为桥臂1、桥臂2、桥臂3,将=个储能功率单元桥臂分别记 为桥臂4、桥臂5、桥臂6,可按照桥臂1、桥臂4、桥臂2、桥臂5、桥臂3、桥臂6、桥臂1的顺序 顺次串联，见图1。也可按照桥臂1、桥臂2、桥臂3、桥臂4、桥臂5、桥臂6、桥臂1的顺序顺 次串联，见图5 ;也可按照桥臂1、桥臂2、桥臂4、桥臂5、桥臂3、桥臂6、桥臂1的顺序顺次 串联，见图6。不管采用上述哪种串联方式，相邻桥臂间均应串联滤波电感。
[0033] 图5所示的级联变换器拓扑结构，其电机每相线电压供给方式不同于图1所示的 级联变换器拓扑结构。图1所示拓扑结构中，电机1和电机2的S相线电压均由不同的相 邻的整流功率单元桥臂和储能功率单元桥臂的电压级联叠加构成。图5所示结构中，相邻 的一个整流功率单元桥臂和一个储能功率单元桥臂的电压级联叠加构成电机1和电机2的 A相线电压，相邻的两个整流功率单元桥臂的电压级联叠加构成电机1和电机2的B相线电 压，相邻的两个储能功率单元桥臂的电压级联叠加构成电机1和电机2的C相线电压。
[0034] 图6所示的级联变换器拓扑结构，其电机每相线电压供给方式不同于图1和图5 所示的级联变换器拓扑结构。图6所示结构中，对于电机1，相邻的一个整流功率单元桥臂 和一个储能功率单元桥臂的电压级联叠加构成电机1的A相线电压，相邻的两个整流功率 单元桥臂的电压级联叠加构成电机1的B相线电压，两个相邻的储能功率单元桥臂的电压 级联叠加构成电机1的C相线电压。对于电机2,其A相、B相、C相的线电压均由相邻的一 个整流功率单元桥臂和一个储能单元桥臂的电压级联叠加构成。
【主权项】
1. 驱动两大功率电机的三端口对称型级联变换器拓扑，其特征在于，包括： 拓扑电路、电源端口、负载端口和移相变压器，其中，拓扑电路由6个桥臂和6个滤波电 感间隔着首尾串联构成，所述的桥臂包括3个整流功率单元桥臂和3个储能功率单元桥臂； 移相变压器一次侧通过电源端口连接本地电网，其二次侧绕组分别连接3个整流功率单元 桥臂；两个电机各相均通过该电机所在的负载端口连接桥臂。2. 如权利要求1所述的驱动两大功率电机的三端口对称型级联变换器拓扑，其特征在 于： 所述的整流功率单元桥臂由1个有源前端单元和n-1个整流单元级联构成，且，所述 的储能功率单元桥臂由m个储能单元级联构成，m和η可以相等或不相等，η取3~8, m取 3~8〇3. 如权利要求2所述的驱动两大功率电机的三端口对称型级联变换器拓扑，其征在 于： 整流功率单元桥臂中，将n-1个整流单元级联后再与有源前端单元级联。4. 如权利要求2所述的驱动两大功率电机的三端口对称型级联变换器拓扑，其征在 于： 整流功率单元桥臂中，将n-1个整流单元分别记为整流单元1、整流单元2、…整流单 元n-1，则整流功率单元桥臂按整流单元1、整流单元2、…整流单元i、有源前端单元、整流 单元i+Ι、整流单元i+2、…整流单元n-1的顺序顺次级联构成，，η为奇数。5. 如权利要求2所述的驱动两大功率电机的三端口对称型级联变换器拓扑，其征在 于： 所述的储能单元由单相H型桥式逆变电路和超级电容并联构成。
【专利摘要】本实用新型公开了一种驱动两大功率电机的三端口对称型级联变换器拓扑，包括拓扑电路、电源端口、负载端口和移相变压器，其中，拓扑电路由6个桥臂和6个滤波电感间隔着首尾串联构成，所述的桥臂包括3个整流功率单元桥臂和3个储能功率单元桥臂；移相变压器一次侧通过电源端口连接本地电网，其二次侧绕组分别连接3个整流功率单元桥臂；两个电机各相均通过该电机所在的负载端口连接桥臂。本实用新型可同时驱动两台大功率电机，并实现再生制动能量在变换器内部的相互传递与消纳、以及回馈能量的统一回收再利用，从而达到电机负荷综合节能的效果。
【IPC分类】H02P5/74
【公开号】CN204906233
【申请号】CN201520550960
【发明人】朱飞扬, 熊音笛, 姚俊涛, 杨婳, 刘飞
【申请人】武汉大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年7月28日