混合开关桥式PWM逆变电路及其应用的制作方法

混合开关桥式pwm逆变电路及其应用
[一]技术领域
[0001]
本发明涉及单相和三相桥式pwm逆变电路。
[二]

背景技术：

[0002]
电力电子教科书上的单相和三相桥式pwm逆变电路中的所有开关都是使用反向并有二极管的三极开关管或igbt的逆导全控开关，本发明称这种全控开关为逆导开关。由于单相逆变时2个逆导开关是串联在输出负载rl两端，因此，负载一端用逆导开关，另一端用半控开关一样能实现桥式pwm逆变，它们的输出电压和波形相类同。这一发现设计发明的半控开关和全控开关各占一半的混合开关桥式pwm逆变电路，它将产生巨大的经济效益和巨大的社会效益。这是由于单向快速晶闸管和逆导晶闸管的成本都远低于全控开关和逆导全控开关，它们不但成本降低，而且可靠性更好，还提高了性价比，有可能替代现有用教科书上单相和三相桥式pwm逆变电路设计制造的大部产品，教科书上pwm逆变电路章节也会增添中国人发明的混合开关桥式pwm逆变电路。
[三]

技术实现要素：

[0003]
本发明的第一个目的是使用单向快速晶闸管或逆导晶闸管替代单相和三租桥式pwm逆变电路中的一半全控开关或逆导全控开关的混合开关桥式pwm逆变电路，使桥式pwm逆变电路的成本大幅度降低，性价比提高，为了区别于教科书上单相和三相桥式pwm逆变电路，命名它为龚氏混合开关单相和三相桥式pwm逆变电路，简称为龚氏单相和三相桥式pwm 逆变电路。第二个目的是龚氏桥式pwm逆变电路获得广泛应用之后，收录到教科书逆变电路章节内。
[0004]
为了实现上述的目的本发明提供的混合开关桥式pwm逆变电路，其特征在于：有一半数量开关是晶闸管半控开关，所述的晶闸管半控开关包括单向快速晶闸管和逆导晶闸管，混合开关桥式pwm逆变电路包括：龚氏第1单相桥式pwm逆变电路，它由2个串联逆导晶闸管和2个串联逆导开关连接成的单相桥式电路。龚氏第2单相桥式pwm逆变电路，它由 2个串联单向快速晶闸管和2个串联逆导开关连接成的单相桥式电路。龚氏第3单相桥式 pwm逆变电路，它由2个逆导晶闸管连接电源正端或负端和2个逆导开关连接电源负端或正端的单相桥式电路。龚氏第4单相桥式pwm逆变电路，它由2个逆导晶闸管连接电源正端或负端和2个三极管连接电源负端或正端的单相桥式电路。龚氏第1三相桥式pwm逆变电路，它由3个逆导晶闸管和3个逆导开关连接成的三相桥式电路。龚氏2三相桥式pwm逆变电路，它由3个逆导晶闸管和3个三极管连接成的三相桥式电路。这六种龚氏桥式pwm 逆变电路都具有比教科书上桥式pwm逆变电路成本低和性价比高的优势。
[四]附图说明
[0005]
附图1是龚氏第1单相桥式pwm逆变电路。附图2是龚氏第2单相桥式pwm逆变电路。附图3是龚氏第3单相桥式pwm逆变电路。附图4是龚氏4单相桥式pwm逆变电路。附图5是教科
书上三相桥式pwm逆变电路。附图6是龚氏第1三相桥式pwm逆变电路。附图7是龚氏第2三相桥式pwm逆变电路。附图8是本发明应用于三相交流电机变频调速电路。其中：l是电感，r是电阻，m是三相交流电机，v1～v3是三极开关管(或igbt等全控开关)，d1～d3是二极管，scr1、scr2是单向晶闸管，rct1～rct3是逆导晶闸管。s1～s4 是反向并联有二极管的开关，本文称它为逆导开关。
[五]具体实施方式
[0006]
附图1是龚氏第1单相桥式pwm逆变电路，它由2个逆导开关s1、s2和2个逆导晶闸管tcr1、tcr2连接成单相桥式逆变电路，其特征是tcr1和tcr2串接成一个支路，逆变原理：a)在v2基极有pwm脉冲信号和tcr2发极有从pwm第一个脉冲到最后一个脉冲期间内加有直流触发信号时，v2基极有脉冲才导通，tcr2导通，输出4端正，3端负e电压， r和l上有由4流向3的电流，在v2基极无脉冲时，v2关断，l上的反向电势通过r、d1、 tcr2回路续流，在v2最后1个pwm脉冲时，由于脉冲导通时间短而关断时间长，因此， tcr2回路电流在短时间内就小干维持电流而恢复阻断能力。b)在v1有pwm脉冲信号和 tcr1触发极有从pwm第一个脉冲到最后一个脉冲期间内加有直流触发信号时，v1基极有脉冲才导通，tcr1导通，输出3正，4负e电压，r和l上有由3流向4电流，在v1基极无脉冲信号时，v1关断，l上的反向电势通过tcr1、d2、r回路续流，在v1最后1个pwm 脉冲时，由干脉冲导通时间短而关断时间长，因此，tcr1续流回路电流短时间内就小干维持电流而恢复阻断能力。由上可知它也可实现单相pwm逆变输出。
[0007]
附图2是龚氏第2单相桥式pwm逆变电路，它由2个逆导开关s1、s2和2个单向晶闸管scr1、scr2连接成单相桥式逆变电路，其特征是scr1和scr2串接成一个支路，逆变原理：a)在v2基极有pwm脉冲信号和scr2发极有从pwm第一个脉冲到最后一个脉冲期间内加有直流触发信号时，v2基极有脉冲才导通，scr2导通，输出4端正，3端负e电压，r和l上有由4流向3的电流，在v2基极无脉冲时，v2关断，l上的反向电势通过r、 d1、scr2回路续流，在v2最后1个pwm脉冲时，由于脉冲导通时间短而关断时间长，因此，scr2回路电流在短时间内就小干维持电流而恢复阻断能力。b)在v1有pwm脉冲信号和scr1触发极有从pwm第一个脉冲到最后一个脉冲期间内加有直流触发信号时，v1基极有脉冲才导通，scr1导通，输出3正，4负e电压，r和l上有由3流向4电流，在v1基极无脉冲信号时，v1关断，l上的反向电势通过scr1、d2、r回路续流，在v1最后1个 pwm脉冲时，由干脉冲导通时间短而关断时间长，因此，scr1续流回路电流短时间内就小干维持电流而恢复阻断能力。由上可知它也可实现单相pwm逆变输出。
[0008]
附图3是龚氏第3单相桥式pwm逆变电路，它由2个逆导开关s1、s2和2个逆导晶闸管tcr1、tcr2连接成单相桥式电路组成，其特征是tcr1和tcr2连接在电源的正端，逆变原理：a)在v1基极有pwm脉冲信号和tcr1触发极有从pwm第一个脉冲到最后一个脉冲期间内加有直流触发信号时，v1基极有脉冲才导通，tcr1导通，输出4端正，3端负e 电压，r和l上有由4端流向3端电流，在v1基极无pwm脉冲信号时，v1关断，l上的反向电势通过r、ctr2、ctr1回路续流，在v1最后1个pwm脉冲时，由干脉冲导通时间短而关断时间长，因此，tcr1续流回路电流短时间内就小干维持电流而恢复阻断能力。 b)在v2有pwm脉冲信号和scr2触发极有从pwm第一个脉冲到最后一个脉冲期间内加有直流触发信号时，v2基极有脉冲才导通，tcr2导
通，输出3端正，4端负e电压，r和l 上有3端流向4端电流，在v2基极无pwm脉冲信号时，v2关断，l上的反向电势通过tcr1、 tcr2、r回路续流，在v2最后一个pwm脉冲时，由干脉冲导通时间短而关断时间长，因此，tcr2续流回路电流短时间内就小干维持电流而恢复阻断能力。由上可知它也可实现单相pwm逆变输出。
[0009]
附图4是龚氏第4单相桥式pwm逆变电路，它由2个三极管v1、v2和2个逆导晶闸管tcr1、tcr2连接成单相桥式逆变电路，其特征是tcr1和tcr2连接在电源的正端，逆变原理：a)在v1基极有pwm脉冲信号和tcr1触发极有从pwm第一个脉冲到最后一个脉冲期间内加有直流触发信号时，v1基极有脉冲才导通，tcr1导通，输出4端正，3端负e 电压，r和l上有由4端流向3端电流，在v1基极无pwm脉冲信号时，v1关断，l上的反向电势通过r、ctr2、ctr1回路续流，在v1最后1个pwm脉冲时，由干脉冲导通时间短而关断时间长，因此，tcr1续流回路电流短时间内就小干维持电流而恢复阻断能力。 b)在v2有pwm脉冲信号和scr2触发极有从pwm第一个脉冲到最后一个脉冲期间内加有直流触发信号时，v2基极有脉冲才导通，tcr2导通，输出3端正，4端负e电压，r和l 上有3端流向4端电流，在v2基极无pwm脉冲信号时，v2关断，l上的反向电势通过tcr1、 tcr2、r回路续流，在v2最后一个pwm脉冲时，由干脉冲导通时间短而关断时间长，因此，tcr2续流回路电流短时间内就小干维持电流而恢复阻断能力。由上可知它也可实现单相pwm逆变输出。
[0010]
附图5是教教科书上三相全桥pwm逆变电路，它由6个逆导开关s1～s6连接成三相桥式电路，它也是目前唯一的一个三相桥式pwm逆变基础电路，所有三相桥式pwm逆变器都用这种逆变电路或它的拓扑电路设计制造。依据相同的原理，a)只在附图3的龚氏第3单相桥式pwm逆变电路中增添1个逆导晶闸管tcr3和1个逆导开关s3串接支路成为附图6 龚氏第1三相桥式pwm逆变电路。b)只在附图4的龚氏笫4单相桥式pwm逆变电路中增添 1个逆导晶闸管tcr3和1个三极管v3串接支路就成为附图7所示的龚氏第2三相桥式pwm 逆变电路。
[0011]
附图6是本发明的龚氏第1三相式pwm逆变电路，它是将附图5三桥全桥逆变电路中的 3个逆导开关s1、s3、s5换成3个逆导晶闸管tcr1、tcr2、tcr3，成为三相式pwm逆变电路中的第2个三相桥式pwm逆变电路。又由于感性负载的续流通过上面3个逆导晶闸晶闸管续流，因此，下面3个逆导开关可用3个三极管v1、v2、v3替代，成为三相式pwm逆变电路中的第2个三相桥式pwm逆变电路。
[0012]
附图7是本发明的龚氏第2三相式pwm逆变电路，它将附图6中的3个逆导开关s2、s4、 s6换成三极管v1、v2、v3，就成为三相式pwm逆变电路中的第3个三相桥式pwm逆变电路。
[0013]
附图8是应用附图6的三相电机变频调速电路，它与现有6个逆导开关组成的三相变频调速电路相比，成本低性价比高。
[0014]
由于三极管模块和igbt模块比晶闸管模块的价格要高3倍，因此，本发明的混合开关斩控逆变电路与教科书上单相和三相挢式pwm逆变电路相比，开关器件成本就节省三分之一，全球应用全挢逆变电路产品数亿计，因此，本发明的混合开关桥式pwm逆变电路将产生巨大的经济效益和社会效益。教科书上还没有混合开关单相和三相桥式pwm逆变电路，本发明在获得广泛应用之后，必将收录到教科书上。

技术特征：
1.混合开关桥式pwm逆变电路，它由一半数量的开关管或逆导开关和一半数量的单向晶闸管或逆导晶闸管连接成单相或三相桥式及其pwm控制和触发电路组成，其特征在于：逆导晶闸管的数量与逆导开关的数量相等，或逆导晶闸管的数量与开关管的数量相等，或单向晶闸管的数量与逆导开关的数量相等。2.根据权利要求1所述的混合开关桥式pwm逆变电路，其特征在于：2个串联逆导晶闸管和2个串联逆导开关连接成单相桥式。3.根据权利要求1所述的混合开关桥式pwm逆变电路，其特征在于：2个串联单向晶闸管和2个串联逆导开关连接成单相桥式。4.根据权利要求1所述的混合开关桥式pwm逆变电路，其特征在于：2个逆导晶闸管连接电源正端或负端和2个逆导开关连接电源负端或正端的单相桥式电路。5.根据权利要求1所述的混合开关桥式pwm逆变电路，其特征在于：2个逆导晶闸管连接电源正端或负端和2个开关管连接电源负端或正端的单相桥式电路。6.根据权利要求1所述的混合开关桥式pwm逆变电路，其特征在于：3个逆导晶闸管和3个逆导开关连接成三相桥式电路。7.根据权利要求1所述的混合开关桥式pwm逆变电路，其特征在于：3个逆导晶闸管和3个开关管连接成三相桥式电路。8.根据权利要求1所述的混合开关桥式pwm逆变电路，其特征在于：晶闸管的触发电路是从pwm第一个脉冲到最后1个脉冲之间的直流电压，所述的晶闸管是快速晶闸管和逆导晶闸管。

技术总结
混合开关桥式PWM逆变电路，简称为龚氏PWM逆变电路，它由一半数量的开关管或逆导开关和一半数量的单向晶闸管或逆导晶闸管连接成单相或三相桥式及其控制触发电路组成，其特征在于：逆导晶闸管的数量与逆导开关的数量相等，或逆导晶闸管的数量与开关管的数量相等，或单向晶闸管的数量与逆导开关的数量相等。有4个龚氏单相桥式PWM逆变电路和2个龚氏三相桥式PWM逆变电路。由于晶闸管的成本远低于开关管的成本。因此，本发明的龚氏单相和三相桥式PWM逆变电路具有成本低和性价比高的优点，世界变频器每年生产数亿个，因此，本发明社会效益和经济效益巨大。获得广泛应用之后，必将写进教科书上逆变电路章节内。科书上逆变电路章节内。科书上逆变电路章节内。


技术研发人员：龚秋声
受保护的技术使用者：龚秋声
技术研发日：2021.11.06
技术公布日：2023/9/23