三电平PWM逆变器波形重构

浙江工业大学 0 PWMPWM 逆变器波形重构逆变器波形重构 机械工程 研 158 班 朱永超 2111502177 导师 杨庆华 1 1 引言引言 由于 PWM 控制一般要求比较高的开关频率才能有效地降低谐波 因而限制了 在大功率逆变器中的应用 因为大功率开关器件的开关速度有限 不能实现高 频 PWM 控制 即使能采用高频 PWM 控制 由于电源功率大 功率器件的开关损 耗是极为严重的 使得开关器件的冷却问题难以解决 因此波形重构技术为此 而诞生 所谓波形重构 即是在主电路上采用几个逆变器 使他们的输出波形在相位 上错开一定的角度进行叠加 从而获得接近正弦波的阶梯波形 以减小谐波含 量 本文将讨论电压型三电平的波形重构 2 2 PWMPWM 控制原理控制原理 三电平逆变器结构如图 1 所示 采用两个主管串联 中间一对二极管嵌位的 结构 可以看出 各主管承受的反向电压是中间回路直流电压的一半 即主管 承受的耐压比两电平逆变器可降低一半 图一 其工作原理可以由一相桥臂分析 以 a 相桥臂为例 当 VT1 VT2 开通 VT3 VT4 关断 时输出电压位 Ud 2 当 VT2 VT3 开通 VT1 VT4 关断时输出电压为 0 当 VT3 VT4 开通 VT1 VT2 关断时输出为 Ud 2 如表所示 浙江工业大学 1 b 和 c 相的开关状态和输出的电压与 a 相相同 只是在相位上相差 2 3 通过 此种变换规律 就可以得到三相三电平波形 当采用 SPWM 控制时 每相桥臂 4 个开关管的开关状态脉冲方式由三角波和正弦波的交点确定 3 3 波形重构波形重构 三电平波形重构的结构如图 2 采用两组如图 1 所示的三电平逆变器并联而 成 两组逆变器的输出由一个变压器进行串联进行叠加 脉冲发生器 pulse 产 生两组脉冲 pulse1 pulse2 分别向逆变器 1 three level Bridge 1 逆变器 2 three level Bridge 2 提供脉冲 图二 逆变器波形重构主电路 现以 a 相为例来分析三电平波形重构的原理 由于两组逆变器是通过变压器进 行串联的 相当于两组中的逆变器 1 中产生的电压与逆变器 2 产生的电压相减 所以要进行波形重构 两组逆变器产生的电压波形在逆变器 1 产生 Ud 2 逆变 器 2 只能产生 0 或 Ud 2 逆变器 1 产生 Ud 2 时 逆变器 2 产生 Ud 2 或 0 逆变器 1 产生 0 电压时 逆变器 2 可以产生 Ud 2 或 0 或 Ud 2 逆变器 1 逆 变器 2 产生的电压如表 2 b 相 c 相的输出和 a 相相同 只是在相位上相差 2 3 浙江工业大学 2 从表 2 可以看出重构后的相电压输出电压有 5 个电平 Ud Ud 2 0 Ud 2 Ud 输出电压更接近正弦波 图三 用 Simulink 对三电平波形重构进行仿真 图 3 为脉冲发生器 利用最简单的脉 冲 PWM 同步调制进行了仿真 调制比 m 0 85 直流电压为 200V 图 4 为两组逆 变器 a 相对应管的脉冲 得出三电平相电压的谐波为 24 56 线电压的谐波为 21 39 而波形重构后的三电平相电压谐波为 23 73 线电压谐波为 17 72 浙江工业大学 3 图四 浙江工业大学 4 图五 波形重构 a 相电压波形 为三电平波形重构 ab 线电压波形 可以看出 在直流 侧电压相同的情况下 三电平波形重构输出的相电压提高 1 倍 输出线电压增 加 2 倍 输出的线电压谐波低 4 4 结束语结束语 本文探讨了三电平的控制原理 分析了波形重构脉冲发生器的原理 给出了 仿真