畢業(yè)論文-三電平逆變器研究

1、題 目 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 完成日期106032053施誠(chéng)羽2010年6月10日2010屆畢業(yè)論文三電平逆變器研究自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化電氣062浙江科技學(xué)院畢業(yè)論文、學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本人 施誠(chéng)羽 學(xué)號(hào) 106032053 聲明所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）、學(xué)位論文 三電平逆變器研究,是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及収得的研究成果。除了文中特別 加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，與我一同工 作的人員對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文川作了明確的說明并表示謝意。本畢業(yè)設(shè)汁（論文）、學(xué)位論文作者愿意遵守浙江科技學(xué)院

2、關(guān)于保留、使用學(xué)位 論文的管理辦法及規(guī)定，允許畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）、學(xué)位論文被查閱。本人授權(quán) 浙江科技 學(xué)院 可以將畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）、學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)在校園網(wǎng)內(nèi)傳 播，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）、學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書）論文作者簽名：簽字fi期：年 月 日導(dǎo)師簽名：簽字日期：年 月 日摘要多電平逆變器中每個(gè)功率器件承受的電壓較低，因此可以用低耐壓的功率器件實(shí)現(xiàn)高壓 大容量逆變器。且采用多電平變換技術(shù)可以顯著提高逆變器輸出電壓的質(zhì)量指標(biāo)。因此，隨 著功率器件的不斷發(fā)展，釆用多電平變換技術(shù)將成為實(shí)現(xiàn)高壓大功率逆變器的重要途

3、徑和方 法。本文首先對(duì)電力電子技術(shù)的發(fā)展和多電平逆變器的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了描述。在分析兩電平 逆變器工作原理的基礎(chǔ)上對(duì)三電平逆變器進(jìn)行了研究，綜合比較了三電平逆變電路兩種典型 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)；介紹了二極管鉗位型三電平逆變器和級(jí)聯(lián)型三電平逆變器，分析了二極 管鉗位型逆變器和級(jí)聯(lián)熨三電平逆變器相對(duì)于傳統(tǒng)兩電平逆變器的優(yōu)點(diǎn)，體現(xiàn)了課題研究的 重要意義。最后通過matlab/simulink的來建立仿真模型，對(duì)三電平逆變器進(jìn)行仿真，對(duì)主電路、 pwm信號(hào)產(chǎn)生電路、電流與電壓采樣電路、tgbt驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路進(jìn)行了分析研究。關(guān)鍵詞：兩電平逆變器、三電平逆變器、仿真、鉗位式、級(jí)聯(lián)式abstractin mul

4、ti-level inverters, the voltage stress of each power device is relatively lower. that is suitable to realize the high voltage and large capacity inverters with the low voltage resistant power devices. and it is possible to enhance the quality of inverter's output voltage obviously by using multi

5、-level inverter. therefore, with the development of power devices, the multi-level converter technology has been an effective approach for inverters to achieve high voltage and large power.initially, summing up the development prospect of power electronic technology and the development status of mul

6、tilevel inverter control technology. based on the principle of two-level inverter, three-level inverter is studied on and the advantages and disadvantages of the three-level inverter two canonical topology structure are comprehensively compared the three-level inverter with diode clamped is introduc

7、ed, which is analysised about advantages to the two-level inverter. it embody the important significance of the subject researchin the end, by founding matlab/simulink model. analysis the main circuit、electrify cushion circuit> pwm signal generate> current and voltage samplingigbt drive and pr

8、otect circuit.key words： two-level inverter, three-level inverter, simulation, clamped type, cascaded目錄摘要iiabstractill1 前言11多電平逆變器產(chǎn)生的背景11.2多電平逆變器的分類和基本工作原理21. 3本論文的主要研究?jī)?nèi)容52兩電平逆變器62.1三相兩電平逆變器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)62.2三相兩電平逆變器的pwm簡(jiǎn)介63鉗位式三電平逆變器83.1二極管鉗位式三電平逆變器83.1.1二極管鉗位式三電平逆變器的基本結(jié)構(gòu)和原理83.1.2 spwm狀態(tài)分析103.1.3二極管鉗位式三電平逆變器的

9、特點(diǎn)113.1.4三相二極管鉗位三電平逆變器113.1.5 三相二極管鉗位三電平逆變器的spwm研究133.2 屮點(diǎn)電位平衡的研究143.2.1中點(diǎn)電位不平衡的原因及危害153.2.2直流側(cè)電容電壓的平衡方法154級(jí)聯(lián)式三電平逆變器174.1級(jí)聯(lián)式三電平逆變器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)174.2三相級(jí)聯(lián)式三電平逆變器204.2.1 2h橋級(jí)聯(lián)的pwm研究分析225 逆變器的simulink仿真245. 1matlab/simulink簡(jiǎn)介245.2各逆變器仿真對(duì)比簡(jiǎn)析245.2.1各逆變器主電路對(duì)比255.2.2 各逆變器pwm電路圖對(duì)比265.2.3各逆變器輸出電流和電壓波形對(duì)比285.2.4各三相異步電

10、機(jī)的電流、轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩對(duì)比295. 3對(duì)比總結(jié)336 總結(jié)356. 1總結(jié)356. 2展望35致謝37參考文獻(xiàn)381.1多電平逆變器產(chǎn)生的背景電力電子技術(shù)自二十世紀(jì)50年代誕生以來，經(jīng)過近半個(gè)世紀(jì)的飛速發(fā)展，至今已被廣泛應(yīng) 用于需要電能變換的各個(gè)領(lǐng)域。在低壓小功率的用電領(lǐng)域，電力電子技術(shù)的各個(gè)方面已漸趨成熟, 將來研究的目標(biāo)是高功率密度、高效率、高性能；在高壓大功率的工業(yè)和輸配電領(lǐng)域，各個(gè)方面 的技術(shù)正成為當(dāng)今電力電子技術(shù)的研究重點(diǎn)。一方面，人們希望電力電子裝置能夠處理越來越高 的電壓等級(jí)和容量等級(jí)。例如，以電力系統(tǒng)中的高壓直流輸電(iivdc),靜止同步補(bǔ)償器(statc0m) 和有源電力

11、濾波器(apf)等為代表的柔性交流輸電技術(shù)(facts),以及以高壓變頻為代表的大 點(diǎn)擊驅(qū)動(dòng)和大功率電源裝置等；另一方面，為了滿足輸出電壓諧波含量的要求，又希望這些大功 率電力電子裝置能工作在高開關(guān)頻率下，盡量減少emi問題。電力電子器件是電力電子裝置的核心，在過去的兒十年里，電力電子器件經(jīng)歷了晶閘管 (scr),可關(guān)斷晶閘管(gt0)、雙極型大功率晶體管(gtr)和場(chǎng)控制器件(igbt和power mosfet) 三個(gè)階段。這些年來，各種新型功率器件，如tgct, tegt, eto等又紛紛出現(xiàn)。器件的單管容量、 開關(guān)頻率已經(jīng)有了極大的提高。如表1-1例舉了當(dāng)前主要的電力電子器件的各類性能參

12、數(shù)值。表1-1當(dāng)前主要的電力電子器件性能定額電力電子器件最高阻斷電壓(v)最大額定電流(a)最高工作頻率(血)gtto9000100001000power mosfet500200100k/2migbt6500240020000tgct600040001000iegt45001500在某些應(yīng)用場(chǎng)合，傳統(tǒng)的兩電平電壓源逆變器拓?fù)洌呀?jīng)不能滿足人們對(duì)高壓、人功率的要求。并且，以現(xiàn)有電力電子器件的工藝水平，其功率處理能力和開關(guān)頻率之i'可是矛盾的，往往功 率越大，開關(guān)頻率卻越低。為了實(shí)現(xiàn)高頻化和低emi的大功率變換，在功率器件水平?jīng)]有本質(zhì)突 破的情況下，有效的手段是

13、從電路拓?fù)浜涂刂品椒ㄉ险业浇鉀Q問題的方案。在過去的二十多年里, 研究者們進(jìn)行了大量的研究和探索，提出了多種高壓大功率變換的解決思路和方法，其中就包含 了多電平逆變技術(shù)。1.2 多電平逆變器的分類和基本工作原理表1-2多電平逆變器按結(jié)構(gòu)形式分類多電平逆變器(multilevelinvertors)鉗位式多電 平逆變器 (clamped type multilevel inverters)二極管鉗位式多電平逆變器(diode-clampedmultilevel inverters)飛跨電容鉗位式多電平逆變器(flying-capcicitormultilevel inverters)二極管中性點(diǎn)鉗

14、位式(diode neutral point clamped type)二極管串聯(lián)鉗位式(series diode clamped type)二極管自鉗位式(diode self-clamped type)采用輔助忖的二極管鉗位式(diode clamped with auxiliary armtype)飛跨電容鉗位式(fiying-capacitor type)電容電壓自平衡式(self-voltage balancing type)級(jí)聯(lián)式多電 平逆變器 (cascaded multilevel inverters)2h橋級(jí)聯(lián)式(cascaded type of 211 bridge)311

15、橋級(jí)聯(lián)式(cascaded type of 3h bridge)混合鉗位式多電平逆變器 (hybrid-clamped multi 1evel inverters)具冇獨(dú)立直流電源級(jí)聯(lián)式 多電平逆變器 (cascaded-nverters wi th separated de sourcs)混合級(jí)聯(lián)式多電平逆變器 (hybrid cascaded multilevel inverters)多電平逆變器經(jīng)過了 20多年的研究和發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)形成了幾種典型的多電平逆變器主電 路的結(jié)構(gòu)形式。這些主電路結(jié)構(gòu)形式從原理上可以分為兩大類：一類是鉗位式半橋結(jié)構(gòu)形式，包 扌舌二極管鉗位、飛跨電容鉗位、二極管飛

16、跨電容混合鉗位和通用鉗位式半橋結(jié)構(gòu)形式；另一類是 利用單相全橋逆變器（fbt或ii橋）直接串聯(lián)疊加的級(jí)聯(lián)式結(jié)構(gòu)形式。這兩種結(jié)構(gòu)形式的多電平 逆變器的等效原理電路如圖1-1. 1-2所示。這是一種正半周期輸出的等效原理電路，英屮1-1 為鉗位式半橋結(jié)構(gòu)形的等效原理電路；圖1-2為級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)形式的等效原理電路。下面利用等效原 理電路來說明這兩類多電平逆變器是如何輸出多電平，如何輸出高壓大功率交流電的。切換電路圖1-1多電平逆變器半周期等效原理電路-鉗位式p ei61 i i i1l en切換電路圖1-2多電平逆變器半周期等效原理電路-級(jí)聯(lián)式所謂電平數(shù)，對(duì)于電壓型逆變器而言，指的是輸出電壓波形中，從正

17、的最大值到負(fù)的最大值 z間所包含的階梯數(shù)目。多電平逆變器和兩電平逆變器一樣，也有電壓型與電流型逆變電路之分，但應(yīng)用較多的是電 壓型多電平逆變器，因此將以電壓型多電平逆變器為主進(jìn)行介紹。1. 3本論文的主要研究?jī)?nèi)容1. 詳細(xì)介紹了多電平逆變器的產(chǎn)生背景、發(fā)展現(xiàn)狀、主要應(yīng)用及研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，重點(diǎn)闡述 三電平逆變器。2. 具體介紹三電平逆變器的基木電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理。3. 通過matlab軟件對(duì)幾種典型的逆變結(jié)構(gòu)來進(jìn)行仿真，同時(shí)也對(duì)兩電平逆變進(jìn)行仿真。主要仿 真內(nèi)容包括電壓電流采樣電路，tgbt驅(qū)動(dòng)電路，pwm信號(hào)輸出電路，保護(hù)電路。4. 通過連接三相異步電機(jī)，對(duì)比輸出電流，電壓，電磁轉(zhuǎn)矩跟轉(zhuǎn)

18、速之間的差別，來分析三電平 逆變器相比傳統(tǒng)兩電平逆變器的優(yōu)缺點(diǎn)以及其應(yīng)用領(lǐng)域與研究意義。2兩電平逆變器三電平逆變器是在兩電平逆變器的基礎(chǔ)上發(fā)展來的，為了通過對(duì)比分析，從而突出三電平逆 變器的特性和優(yōu)缺點(diǎn)，本章先適當(dāng)?shù)慕榻B兩電平逆變器的一些相關(guān)知識(shí)要點(diǎn)。2.1三相兩電平逆變器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如圖2-1所示，傳統(tǒng)的逆變器是兩電平逆變器。兩電平逆變器的侮相橋臂有2個(gè)開關(guān)管。圖2-1三相電壓型橋式逆變電路如果設(shè)直流側(cè)電壓為ud,輸出的電壓只能為ud/2或-ud/2輸出的電平只有兩種狀態(tài)，因此稱為兩電平逆變器。在兩電平逆變器中，每個(gè)管子承受的最大電壓為直流側(cè)電壓輸出線電壓有效值（1）2.2三相兩電平逆變器的p

19、wm分析如下圖2-2所示，為三相兩電平逆變器工作吋各橋臂的輸出電壓波形圖。圖2-2三相兩電平逆變電路的工作波形為了防止同一相上下兩橋臂的開關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通而引起直流側(cè)電源短路，在上述180°導(dǎo)電方 式逆變器中，要采取“先斷后通”的方法。即先給應(yīng)關(guān)斷的器件關(guān)斷信號(hào)，待其關(guān)斷后經(jīng)一定的 吋間延時(shí)，然后再給應(yīng)導(dǎo)通的器件發(fā)出開通信號(hào)，即在兩者之間留一個(gè)短暫的死區(qū)時(shí)間。死區(qū)時(shí) 間的長(zhǎng)短要視器件的開關(guān)速度而泄，器件的開關(guān)速度越快，所留的死區(qū)時(shí)間就可以越短。3鉗位式三電平逆變器兩電平逆變器如果運(yùn)用于中高壓場(chǎng)合，在開關(guān)頻率較低的情況下，將會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)效率低，能 量傳輸困難等一系列問題。因此人們考慮從改進(jìn)

20、逆變器自身拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)入手來解決這些問題，從而 產(chǎn)生了多電平逆變器。這種逆變器不需要升降壓變壓器，也不需要均壓電路，通過增加輸出電壓 的電平，使得輸出波形更接近正弦波形，且諧波含量更低，可以解決兩電平逆變器所存在的問題。対于三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分析是対其深入研究的基礎(chǔ)。本章首先討論二極管鉗位式三電 平逆變器的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行原理，并對(duì)其pwm控制方法進(jìn)行研究分析。3.1二極管鉗位式三電平逆變器三電平逆變器是由基本的兩電平逆變器組合而成的。鉗位式三電平逆變器是屬于由基本逆變 單元通過串、并聯(lián)組合而成的一種單一直流電源、半橋式結(jié)構(gòu)形式的鉗位式多電平逆變器。這一 類結(jié)構(gòu)形式的多電平逆變器包括-二極管鉗位式、

21、飛跨電容鉗位式和混合式多電平逆變器，本次重 點(diǎn)講解二極管鉗位式三電平逆變器。3. 1. 1二極管鉗位式三電平逆變器的基本結(jié)構(gòu)和原理二極管鉗位式多電平逆變器是開發(fā)最早的一種多電平逆變器。這種多電平逆變器的特點(diǎn)是主 電路和控制電路比較簡(jiǎn)單，控制方式也比較簡(jiǎn)單，便于雙向功率流動(dòng)的控制，功率因素控制也方 便。缺點(diǎn)是直流電容分壓的均壓比較復(fù)雜和困難。二極管鉗位式三電平逆變器是在兩電平逆變器的兩個(gè)開關(guān)器件串聯(lián)的基礎(chǔ)上加入了一對(duì)中 心點(diǎn)鉗位二極管，組成了三電平逆變器，其單相電路如圖3-1所示。三電平逆變器的輸出電壓波 形如圖3-2所示，是一個(gè)三電平交流電壓波形。v1je/2cdivdz'v2je/2

22、vd7ua0v2iz圖3-1單相二極管鉗位三電平逆變器電路ed/2ua0 0ed/2；i13 s©(on)> v2 (on)_ i 一 *2 (on) _j 一 vf(on)，v2 (on)丄:(on)圖3-2單相二極管鉗位三電平逆變器工作波形在圖3-1所示的三電平逆變器主電路結(jié)構(gòu)中。其中，平均每個(gè)開關(guān)管承受正向阻斷電壓為直 流側(cè)母線電壓的一半。與傳統(tǒng)的兩電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比較，英屮鉗位式三電平逆變器主要優(yōu)點(diǎn)是： 器件具有兩倍的正向阻斷電壓能力，并能減少諧波和有效地降低開關(guān)頻率將是兩電平的1/5,且 其電壓上升率du/dt比兩電平通用逆變器降低一半，污染電氣性能的電流上升率di/d

23、t也隨z減 少，能明顯降低損害電極的絕緣性能而延長(zhǎng)其工作壽命；隨著電平數(shù)增加，每個(gè)電平幅值相對(duì)降低，電壓變化減少，主電路電流含有的脈動(dòng)成分也減少，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和電磁噪聲降低；因?yàn)榕c吸收 電路有關(guān)的電路電壓只有一半，流入吸收電路的能量小，即發(fā)熱量減少，可減小電路體積。若三 電平逆變器接上中點(diǎn)懸空的三相對(duì)稱的星形負(fù)載，則負(fù)載中將不會(huì)有三的倍數(shù)次諧波電流流過。三電平逆變器輸出電壓電平與開關(guān)狀態(tài)的關(guān)系見表3-1.表3-1輸出電壓電平與開關(guān)狀態(tài)的關(guān)系輸出電平v,vre/2開開關(guān)關(guān)0關(guān)開開關(guān)-e/2關(guān)關(guān)開開3. 1.2 spwm狀態(tài)分析假定有開關(guān)管w與v/組成的基本單元1在a點(diǎn)和0點(diǎn)之間產(chǎn)生的兩電平電壓為ua

24、oi ；由開關(guān) 管v2與組成的基本單元2在a點(diǎn)與0點(diǎn)之間產(chǎn)生的兩電平電壓為uao2,則二極管鉗位三電平 逆變器的spwm工作波形，也即上述兩個(gè)基本單元的工作波形如圖3-3所示。圖3-3二極管鉗位三電平逆變器的工作波形3. 1. 3二極管鉗位式三電平逆變器的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）電平數(shù)越多，輸出電壓諧波含量越少；（2）階梯波調(diào)制時(shí)器件在基頻下工作，開關(guān)損耗小，效率高；（3）可控制無功功率；（4）鏈接系統(tǒng)控制簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：（1）需要大量的鉗位二極管；（2）由于每橋臂內(nèi)外側(cè)功率器件的導(dǎo)通時(shí)間不同，造成負(fù)荷不同；（3）存在電容電壓不平衡問題。3. 1.4三相二極管鉗位三電平逆變器三相二極管鉗位三電平逆變器的原

25、理電路如圖3-4所示，圖3-5為工作波形。由于每一個(gè)橋 臂的輸出電壓有三個(gè)電平，三個(gè)相a、b、c總共可以輸出33=27個(gè)電平狀態(tài)，對(duì)應(yīng)著空i'可電壓項(xiàng) 鏈控制的27個(gè)相量狀態(tài)，比起兩電平逆變器8個(gè)空間向量來說，相量的可選擇范圍擴(kuò)大了，控 制交流電動(dòng)機(jī)時(shí)可以更容易獲得良好的性能。雖然這種逆變器存在兩個(gè)開關(guān)器件組態(tài)串聯(lián)的耐壓 問題（如和sa2同時(shí)導(dǎo)通、sa3和sa4r時(shí)關(guān)斷時(shí)承受的耐壓為e）,但是由于控制過程中不存 在兩個(gè)開關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通或同時(shí)關(guān)斷的現(xiàn)象，所以對(duì)開關(guān)器件參數(shù)的要求不是非常嚴(yán)格，系統(tǒng)的 安全系數(shù)也提高了。這種逆變器輸出線電壓的電平數(shù)有5種山。二圖3-4三相二極管鉗位三電平逆變

26、器原理電路圖3-5三相二極管鉗位三電平逆變器工作波形圖3-4所示的三相二極管鉗位三電平逆變器，可以用三臺(tái)開關(guān)變量sa、sb、&分別表示各橋 臂的三種開關(guān)狀態(tài)。用變量sa表示a相橋臂的開關(guān)狀態(tài)。如果a相橋臂中的開關(guān)管sa3、sa4導(dǎo)通，sal. s&2關(guān)斷, 其等效電路如圖3-5a所示，這種狀態(tài)定義為0態(tài)，即sa二0, %二-e/2；如果a相橋臂中的開關(guān)管 sa2、s«3導(dǎo)通,sal> sa4關(guān)斷，其等效電路如圖45b所示,這種狀態(tài)定義為1態(tài),即sa=l , uao=0; 如果a相橋臂中的開關(guān)管s泊、s°2導(dǎo)通，sa3、sa4關(guān)斷，其等效電路如圖3-5。

27、所示，這種狀態(tài)定義為 2 態(tài)，即 sa=2, uao=+e/2o三相輸出線電圧分別為uab=(uao-ubo)=(sa-sb)e/2(2)ubc=(ubcruco)=(sbsc)e/2(3)uca=(uco-uao)=(sc-sa)e/2(4)三相輸出相電壓分別為(5)uao=(sa-l)ed/2(a)(6)(7)(b)(c)圖3-5三相二極管鉗位三電平逆變器的a相等效電路3. 1. 5三相二極管鉗位三電平逆變器的spwm研究三相二極管鉗位三電平逆變器采用的spwm控制，各相的三角載波相同，各相的正弦調(diào)制波為zuas-ussincostubs = ussin（0st+ 弩） ucs=ussin

28、（0）st -寫）（8）由圖3-4所示的三相二極管鉗位三電平逆變器電路可知，它的每一相橋臂都由4個(gè)開關(guān)管、4個(gè)續(xù)流二極管和兩個(gè)鉗位二極管組成。以a相橋臂為例，其屮開關(guān)管s和s“3的開關(guān)控制信號(hào) 互補(bǔ)，sa2和s/4的開關(guān)控制信號(hào)也是互補(bǔ)的。當(dāng)開關(guān)管sa和sa2同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，輸出相電壓為e/2; 當(dāng)開關(guān)管sa2和sa3同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，輸出相電壓為0;當(dāng)開關(guān)管sa3和sa4同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，輸出相電壓為 -e/2。為了確保電路中du/dt不能太大，必須保證每-相橋臂中只能有上述三種情況的開關(guān)狀態(tài)（即0態(tài)、1態(tài)和2態(tài)），每一種狀態(tài)只能有兩個(gè)開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通，絕不容許有3個(gè)開關(guān)管同時(shí)導(dǎo) 通。由于開關(guān)管所采用的開關(guān)器

29、件都不是理想器件，它的導(dǎo)通和關(guān)斷都需要一定的時(shí)間，而且關(guān) 斷時(shí)間又常常大于導(dǎo)通時(shí)間，為了防止同橋臂開關(guān)管在轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生“穿通”故障，對(duì)于兩電平逆 變器在開關(guān)管控制信號(hào)中應(yīng)加入“死區(qū)時(shí)間” at。但對(duì)于三電平逆變器，它不存在這種現(xiàn)象。 從以上分析可知，一個(gè)橋臂屮只能有兩個(gè)獨(dú)立的控制信號(hào)。s泊和sa2的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)時(shí)由兩個(gè)具 有同相位、同頻率fc、同幅值uc,且對(duì)稱分布的層疊式三角波和一個(gè)幅值為us、頻率為fs的正 弦調(diào)制波進(jìn)行比較得到的。在正弦波大于三角波的部分，產(chǎn)生導(dǎo)通相應(yīng)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；小于 部分產(chǎn)生關(guān)斷相應(yīng)開關(guān)管的信號(hào)。對(duì)于三電平逆變器，調(diào)制度m二us/2uc,載波比f二fc/fs。二極管

30、鉗位三電平逆變器消除特定諧波法（selected harmonic elimination pwm）是以消 除輸出電壓波形屮某些特定的一次諧波為目的的種pwm控制法。和兩電平逆變器消除特定諧波 法類似，三電平逆變器也是通過在預(yù)先給定的時(shí)刻特定開關(guān)的切換，從而產(chǎn)生預(yù)期的消除某些低 次諧波的pwm控制。消除特定諧波pwm控制法具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）可以降低開關(guān)頻率，降低開關(guān)損耗；（2）在相同開關(guān)頻率下，可以生成最優(yōu)的輸出電壓波形；（3）可以通過控制得到較高的基波電壓，提高了直流電源電壓的利用率，最多可達(dá)1.1。3-2中點(diǎn)電位平衡的研究所謂屮性點(diǎn)電位平衡問題，指的是三電平逆變器直流斷的兩個(gè)電容因充放電

31、所導(dǎo)致的兩個(gè)電 容相連的中點(diǎn)上電位的波動(dòng)。中點(diǎn)電位平衡問題是二極管鉗位式三電平逆變器固有的問題，因?yàn)?逆變器三相輸岀的0電平是通過二極管鉗位到直流側(cè)的屮點(diǎn)得到的，所以在逆變器工作時(shí)，就會(huì) 有電流流出或流入中點(diǎn)，電容進(jìn)行充電或放電，造成中點(diǎn)電位不停的變化。研究三電平的中點(diǎn)電 位平衡，主要為了能控制好中點(diǎn)電位的平衡，使得電位的波動(dòng)不至于影響逆變器的正常工作和輸 出。只有較好地解決了屮點(diǎn)電位平衡問題，逆變器才能穩(wěn)定有效地工作。3. 2.1中點(diǎn)電位不平衡的原因及危害中點(diǎn)電位波動(dòng)的原因是多方面的，歸納起來有：（1）中矢量和小矢量作用時(shí)，兩電容上的電流z間存在著相位或幅值的差異，充放電暫態(tài)過程 出來不對(duì)稱

32、，而三相連接的某些情況下還會(huì)加劇這種不對(duì)稱。（2）從中間的直流穩(wěn)壓部分而言，直流側(cè)的兩個(gè)電容在制造工藝上不可能達(dá)到完全的相同，勢(shì) 必會(huì)造成中點(diǎn)電壓的固有偏移。（3）直流側(cè)電容的值越小，波動(dòng)越嚴(yán)重，所以電容要盡可能大，但考慮到成本和制造工藝上耐 壓等級(jí)的限制，電容值乂不能取得過大。（4）中點(diǎn)電流越大，波動(dòng)越嚴(yán)重。（5）與輸出的相電壓的模|u|有關(guān)，山|越大，小矢量參與的成分越少，中點(diǎn)電位的控制越困難。（6）負(fù)載功率因數(shù)與屮點(diǎn)電流的相位關(guān)系密切，所以也是影響屮點(diǎn)電位的重要因素。（7）基波頻率決泄穩(wěn)足時(shí)的中點(diǎn)電位的波動(dòng)頻率。當(dāng)逆變器直流端的屮點(diǎn)不平衡時(shí)，將帶來以下危害：（1）逆變器輸出電壓波形發(fā)生畸

33、變。這樣，輸入給感應(yīng)電機(jī)的電壓中就會(huì)帶有低次諧波，從而 使電機(jī)負(fù)載產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，影響調(diào)速性能；（2）開關(guān)器件承受的電壓不均衡。每相屮有的器件承受的電壓偏高，嚴(yán)重時(shí)將影響正常工作。（3）直流側(cè)電容上的電壓波動(dòng)降低了電容的壽命。為了使逆變器能夠正常工作，應(yīng)努力使得屮點(diǎn)電位保持平衡。尤其是設(shè)計(jì)逆變器控制策略的 時(shí)候，?？紤]到開關(guān)矢量對(duì)中點(diǎn)電位的影響，把中點(diǎn)電位的波動(dòng)降到最低的程度。3. 2.2直流側(cè)電容電壓的平衡方法解決中點(diǎn)電壓平衡的主要方法是基于硬件電路的中點(diǎn)電位控制方法。當(dāng)前通用的就是引入變流器均衡系統(tǒng)，在電源和電容之間并聯(lián)一個(gè)電壓均衡電路，通過電感 吸收或存儲(chǔ)能量，通過對(duì)電容進(jìn)行充放電控制來進(jìn)

34、行補(bǔ)償中點(diǎn)電位波動(dòng)。這種方法原理比較簡(jiǎn)單, 不受逆變器pwm調(diào)制影響，也不受負(fù)載條件的影響，但是該電路需要增加額外的開關(guān)器件及驅(qū)動(dòng) 電路，在大功率應(yīng)用中無疑增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。而且電感中電流變化的速度是有限制的, 頻率較高時(shí)候控制效果無疑會(huì)受到影響。4級(jí)聯(lián)式三電平逆變器4. 1級(jí)聯(lián)式三電平逆變器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)為了利用低耐壓開關(guān)器件獲得多電平高壓輸出，二極管鉗位三電平逆變器采用的方法是，將 電力電子開關(guān)器件串聯(lián)組成半橋式結(jié)構(gòu)，用一個(gè)高壓直流電源供電，并用多個(gè)直流電容串聯(lián)分壓, 用鉗位二極管，將主開關(guān)管上的電壓鉗位在一個(gè)直流電容電壓上，來達(dá)到低壓開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)高壓 輸出的目的。但是這個(gè)方法的副產(chǎn)

35、物是出現(xiàn)了直流電容的分壓的均壓?jiǎn)栴}。這個(gè)鉗位式三電平逆 變器的應(yīng)用帶來了麻煩。在二極管鉗位三電平逆變器及其拓展的逆變器中，只能用控制算法來解 決這個(gè)問題。而本章中將要介紹的級(jí)聯(lián)式三電平逆變器，是采用具有獨(dú)立直流電源的ii橋作為基 本功率單元級(jí)聯(lián)而成的一種串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式，它不存在直流電容分壓?jiǎn)栴}，因此也不存在直流電容 分壓的均壓?jiǎn)栴}。級(jí)聯(lián)式多電平逆變器的主開關(guān)器件的耐壓，被限定在向它所在基本功率單元供 電的獨(dú)立直流電源電壓上，多個(gè)由獨(dú)立直流電源供電的基本功率單元的交流輸出側(cè)串聯(lián)疊加，就 可以得到高壓多電平電壓輸出。由于各個(gè)基本功率單元的直流電源電壓是相互獨(dú)立的，他們之間 沒有直接的電聯(lián)系，因此不存

36、在均壓?jiǎn)栴}。相對(duì)于鉗位式三電平逆變器二次繞組和整流器的個(gè)數(shù) 為代價(jià)的。在此基礎(chǔ)上，級(jí)聯(lián)式多電平逆變器，也針對(duì)獨(dú)立直流電源個(gè)數(shù)多的電路結(jié)構(gòu)，發(fā)展了 一些拓展和派生電路，可以在相同電平數(shù)的條件下，使獨(dú)立直流電源的個(gè)數(shù)減少至最少。鉗位 式和級(jí)聯(lián)式電路結(jié)構(gòu)的對(duì)比見表4-1 o表4-1鉗位式與級(jí)聯(lián)式電路結(jié)構(gòu)的對(duì)比項(xiàng)目鉗位式級(jí)聯(lián)式基木單元基木電源是半橋式兩電平逆變器基本單元是由半橋式兩電平逆變器組成的h橋結(jié)構(gòu)開關(guān)器件串聯(lián)的半橋式結(jié)構(gòu)h橋直接串聯(lián)結(jié)構(gòu)直流電源一個(gè)高壓直流電源，通過直流電容 串聯(lián)分壓得到的彼此有電的聯(lián)系 的直流電源多個(gè)彼此獨(dú)立，沒有直接電的聯(lián)系的直流電源鉗位電路有鉗位元件及電路無鉗位元件及電路

37、吸收電路有阻容吸收電路基木不用阻容吸收電路均壓有均壓?jiǎn)栴}及相應(yīng)的克服電路沒有均壓?jiǎn)栴}，無克服均圧問題的電路級(jí)聯(lián)式多電平逆變器數(shù)屬于基本功率單元（fbi或稱h橋）直接串聯(lián)疊加組成的一種級(jí)聯(lián)式 電路結(jié)構(gòu)。多電平逆變器的合成原理，就是將載波三角波經(jīng)過移相，并采用spwm控制的h橋逆 變單元直接串聯(lián)疊加，而合成出高壓多電平電壓波形的。因此，具有使直流電源的級(jí)聯(lián)式多電平 逆變器，與鉗位式多電平逆變器相比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)（以fbt或2h橋級(jí)聯(lián)為例）：（1）對(duì)于m電平的逆變器，所需的單相全橋逆變器（fbi或2h橋）個(gè)數(shù)和獨(dú)立電源個(gè)數(shù)為（曠1） /2,輸出相電壓的電平數(shù)為m,輸出線電壓的電平數(shù)為2m-e電平數(shù)

38、越多，輸出電壓波 形中的諧波含量越少，更加接近于正弦波；（2）輸入功率因數(shù)高（0.95以上），諧波小，整機(jī)效率高（96%以上），對(duì)電網(wǎng)污染?。唬?）與鉗位式多電平逆變器相比，當(dāng)輸出電平數(shù)相同時(shí)，所需的元器件數(shù)量最少；（4）可以采用常規(guī)低壓的tgbtff關(guān)器件，技術(shù)成熟、可靠性高，各個(gè)功率單元和驅(qū)動(dòng)電路結(jié) 構(gòu)完全相同，便于模塊化，可以互換，易于檢修和維護(hù)，便于工稈上使用；（5）目前鉗位式多電平逆變器只適合于三電平和五電平逆變器應(yīng)用，對(duì)于七電平或九電平及 以上的多電平場(chǎng)合，只有采用級(jí)聯(lián)式多電平逆變器；（6）容易實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)技術(shù)，不用阻容吸收電路；（7）不存在電容電壓平衡問題；（8）控制方法簡(jiǎn)單，每一

39、個(gè)基本功率單元可以獨(dú)立進(jìn)行控制；（9）不用鉗位二極管的鉗位電容；級(jí)聯(lián)式多電平逆變器的缺點(diǎn)：（1）需要的獨(dú)立直流電源的個(gè)數(shù)較多；（2）不易實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行；如表4-2所示，為多電平逆變器每相所需器件的數(shù)目對(duì)比，顯而易見，級(jí)聯(lián)型多電平逆變器 的器件使用量是最少的。表42多電平逆變器每相所需元器件數(shù)目比較（m為電平數(shù)）逆變器類型二極管鉗位式級(jí)聯(lián)式主開關(guān)器件個(gè)數(shù)(m-l)xl(m-l)x2主二極管（續(xù)流）個(gè)數(shù)(m-l)x2(m-l)x2鉗位二極管個(gè)數(shù)(m-l)x(m-2)0直流分壓電容個(gè)數(shù)m-1(in-1)x2鉗位電容個(gè)數(shù)00名詞解釋：把兩個(gè)兩電平半橋逆變器組成的逆變器叫做2h橋；把兩個(gè)三電平半橋逆變器

40、組 成的逆變橋，叫做3h橋。本文重點(diǎn)介紹2h橋，其電路結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。ua圖4-1級(jí)聯(lián)式多電平逆變器2h橋式電路結(jié)構(gòu)上圖所示的211橋所示，它的四種工作狀態(tài)如圖如圖4-2所示，當(dāng)開關(guān)管v, vy導(dǎo)通時(shí)，2h橋1處于正向?qū)顟B(tài)，輸出正向電壓e；當(dāng)開關(guān)管v12、v13導(dǎo)通時(shí)，211橋1處于反向?qū)?狀態(tài)，輸出電壓為-e；當(dāng)開關(guān)管v,匕3導(dǎo)通吋，2h橋1處于正向旁路狀態(tài)，輸出電壓為零，但電流仍可以正向流通；當(dāng)開關(guān)管v】3、vg導(dǎo)通時(shí)，2h橋1處于反向旁路狀態(tài)，輸出電壓為零, 但電流仍可以反向流通。2h橋1的這四種工作狀態(tài)，是通過控制電路來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)2h橋1的這 四種工作狀態(tài)，是通過控制電路來實(shí)

41、現(xiàn)的，當(dāng)2h橋1處于正反向旁路工作狀態(tài)時(shí)，即使2h橋1 不輸出電壓e,但也能保證211橋2輸出電壓e產(chǎn)生的電流能夠流過2h橋1,以保證級(jí)聯(lián)式多電 平電流在任何電平時(shí)都能夠流通。(o正向旁路(d)反向旁路圖4-2 2h橋的四種工作狀態(tài)4.2三相級(jí)聯(lián)式三電平逆變器如圖4-3所示，為三相級(jí)聯(lián)式三電平逆變器的典型電路結(jié)構(gòu)圖，其分別有3個(gè)211橋并聯(lián)組成。此電路可以結(jié)成星形，也可以結(jié)成三角形，圖4-3結(jié)成了星形。如果要使n個(gè)211橋直接串聯(lián)疊加以獲得高壓多電平pwm電壓輸出，以211橋?yàn)楣β蕟卧M(jìn)行 串聯(lián)疊加時(shí)，必須滿足一下三個(gè)基本條件：(1) 各個(gè)2h橋必須采用直流電源電壓相同的獨(dú)立直流電源，否則n個(gè)

42、2h橋就不能直接串聯(lián)疊 加；(2) 必須使每一個(gè)2h橋都能工作在正向?qū)?、反向?qū)ê驼聪蚺月匪姆N工作狀態(tài)；(3) 必須采用以每一個(gè)2h橋橋臂為功率單元的雙極型三角載波移相pwm控制。如圖4-4為2h橋的基本電路結(jié)構(gòu)示意圖，圖4-5為2h橋結(jié)構(gòu)滿足四種工作狀態(tài)吋的pwm波 形圖。圖4-4 2h橋電路n個(gè)2h橋級(jí)聯(lián)的輸出電壓表達(dá)式umesi叫卄鴕爲(wèi)，n爲(wèi)”.啤空c狀5(9)xsin(n/f"+n)%t其中m為pwm調(diào)制系數(shù)，m為電平數(shù)。4. 2.1 2h橋級(jí)聯(lián)的pwm研究分析2h橋級(jí)聯(lián)多電平逆變器的控制電路如圖4-6所示。為了保證2h橋級(jí)聯(lián)電路在任何輸出電壓 電平時(shí)都能夠順利導(dǎo)通，各2

43、h橋必須能夠工作在正向?qū)ā⒎聪驅(qū)ê驼聪蚺月饭ぷ鳡顟B(tài)。 為此，控制電路必須按圖4-5所示的工作方式，以2h橋的一個(gè)橋臂作為功率單元，用雙極型三 角載波進(jìn)行載波移相pwm控制，各個(gè)2h橋的左橋臂的三角載波的初相位角依次超前h/n,各2h 橋右橋臂的三角載波初相位角，均超前其左橋臂三角載波180°二八。采用同一個(gè)正弦波但與三角 波的部分產(chǎn)生ua的正脈沖，小于部分產(chǎn)生ua的負(fù)脈沖；對(duì)于右橋臂，用正弦調(diào)制波與三角載波 氏2進(jìn)行比較，在三角波大于正弦波的部分產(chǎn)生恥的正脈沖，小于部分產(chǎn)生電的負(fù)脈沖。用吩u(píng)b 得到2h橋的輸出電壓二的pwm波形。采用這樣三角載波移相pwm控制，才能使每一個(gè)2h

44、橋 工作在正向?qū)?、反向?qū)ê驼聪蚺月饭ぷ鳡顟B(tài)，才能保證電路在任何電平時(shí)都能順利的導(dǎo)通。按照上述工作原理設(shè)計(jì)的控制電路由三部分組成：即產(chǎn)生n個(gè)依次超前ir/n相位角的三角 波（雙極性）發(fā)生器、可以產(chǎn)生出調(diào)幅、調(diào)頻的三相正弦波發(fā)生器和利用正弦波信號(hào)與雙極性三 角載波進(jìn)行比較產(chǎn)生出各個(gè)2h橋開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的比較器。通過對(duì)正弦波發(fā)生器的“幅值給定” 和“頻率給定”的控制，就可以使逆變器按照定壓定頻、定壓變頻和變壓變頻狀態(tài)工作，以滿 足負(fù)載的需要。下圖4-6即為最基礎(chǔ)的211橋級(jí)聯(lián)式多電平逆變器的pwm控制電路。幅值給定 頻率給定圖4-6 211橋級(jí)聯(lián)式多電平逆變器的控制電路逆變器的simulink仿

45、真前面兒章主要介紹了三相兩電平逆變器、三相二極管鉗位式逆變器和三相級(jí)聯(lián)式逆變器的電 路結(jié)構(gòu)，以及相關(guān)pwm信號(hào)輸出電路及控制方法等信息。本章將通過模型的仿真研究，獲取各電 路的輸出值來進(jìn)行對(duì)比分析，更加直觀的了解三電平逆變器相對(duì)于傳統(tǒng)兩電平逆變器的優(yōu)缺點(diǎn)。5. 1 matlab/simulink 簡(jiǎn)介mat lab誕生于上世紀(jì)70年代后期，是墨西哥大學(xué)的clevemoler編寫fortran程序，取名mat lab, 并很快受到歡迎；80年代后的第二代mat lab開始用c語言編寫核心程序，并推向市場(chǎng)， simulink是matlab中的一種可視化仿真工具，是一種基于matlab的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境

46、，是實(shí)現(xiàn)動(dòng) 態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字 信號(hào)處理的建模和仿真中。simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間 進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài) 系統(tǒng)模型，simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口 (gui),這個(gè)創(chuàng)建過程只需單擊 和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng) 的仿真結(jié)果。simulink是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)工具。對(duì)各 種時(shí)變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號(hào)處理、視頻

47、處理和圖像處理系統(tǒng)，simulink®供了交互式圖 形化環(huán)境和可定制模塊庫(kù)來對(duì)英進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測(cè)試。構(gòu)架在simulink基礎(chǔ)之上的其 他產(chǎn)品擴(kuò)展了 simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計(jì)、執(zhí)行、驗(yàn)證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工 具。simulink與matlab緊密集成，可以直接訪問matlab大量的工具來進(jìn)行算法研發(fā)、仿真的分 析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)的定義兇。5.2各逆變器仿真對(duì)比分析因?yàn)槿娖侥孀兤飨鄬?duì)于兩電平逆變器，主要的優(yōu)缺點(diǎn)，上文中已經(jīng)介紹的非常詳細(xì)，本小節(jié)就不再闡述了。本小節(jié)將主要通過各逆變器串接三相界步電機(jī)后，電機(jī)的

48、轉(zhuǎn)子、定子電流，轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩的差別來對(duì)比，來說明三電平逆變器在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)越性。5. 2. 1各逆變器主電路對(duì)比圖5-1、5-2和5-3分別為三相兩電平逆變器、三相二極管鉗位式三電平逆變器和三相級(jí)聯(lián) 式三電平逆變器在matlab/simulink中的仿真電路設(shè)計(jì)圖。其輸出端均串接一個(gè)三相異步電動(dòng)機(jī)。 其中兩電平逆變器直流側(cè)電壓源為190v+190v二380v,而三電平逆變器直流側(cè)電壓源均為190v。 由此可知，三電平逆變器各個(gè)器件所承受的電壓值為兩電平逆變器的一半，在高壓大功率逆變器 應(yīng)用屮有明顯優(yōu)勢(shì)。diodosoixl -0ut2pwi.1 adlod"diod«3

49、diodzdlodhig9t2outlout：pm/m bftig >t311 9<rotor speed (um)>ot1rpmw2< bectnxnjgriclic tonjue te (mrmv>p咖cdiode6bt5a5>/nch(onous machine si unitsh (rpm)圜te (n.m)ir.is (a)igbt4oltagvoltage measyrementlioiio ib ij m«dsur«m«nt.口soopa!scope圖5-1二相兩電平逆變器simulink仿克主電路圖igbt4ud

50、o1dio"3diode!igbt5dio“2isbt6diode4diodeudo2duelig jt7訂3pwm bpwm cpwm a0«3 out4out1out2out30ut4z20/3g4igdt8zbid ib ic>scopeig8t13bt2diodvig0t9uab1soopdl<dt1ovb '11«rotor spzd (um)>0wcurrvt (qrotor ourtont i二(少affynohronow mjcninq si unibir.is (a)»pmhopn''2scbe

51、cuom科rmic ixqs tw (ttmpte(n.m)圖5-2三相二極管鉗位式三電平逆變器simulink仿真主電路圖udc1l上diode!0iode5diodosudc2-pwm bomioui2013 ouh2寸 igbtdiod«4diode©iod«12pwm adio“2>do3scopelubvablig0t3oiodq&oi<do7l_ldc3 -icib iae3<rc<or curtcrg irg<9atorcuzntvftctor (<fnpasynchronous machine si un

52、itsoot1ollt4pwm cdiodoloir.*$wgpe n(rprn)«日ectzmsgn&io torque te (n'm)>te(n.m)卻回101圖5-3三相級(jí)聯(lián)式三電平逆變器simulink仿真主電路圖5. 2. 2各逆變器pwm電路圖對(duì)比如圖5-4、5-5和5-6分別為三相兩電平逆變器、三相二極管鉗位式三電平逆變器和三相級(jí)聯(lián)式三電平逆變器在matlab/simulink中的pwm電路仿真設(shè)計(jì)圖。由圖可知，兩電平逆變器的pwm 控制器最為簡(jiǎn)單，而三電平逆變器稍復(fù)雜一些。雖然鉗位式跟級(jí)聯(lián)式逆變器的pwm控制電路相似, 但是由于級(jí)聯(lián)型逆變器由各

53、2h橋基本單元組成，隨著輸出電平數(shù)的增多，并不會(huì)增加pwm控制 電路的設(shè)計(jì)復(fù)雜性，每一個(gè)基本功率單元可以獨(dú)立進(jìn)行控制。其優(yōu)點(diǎn)正如上文中所提及的，優(yōu)勢(shì) 非常明顯。圖5-5三相二極管鉗位式三電平逆變器pwm電路圖scope圖5-6三相級(jí)聯(lián)式三電平逆變器pwm電路圖5. 2.3各逆變器輸出電流和電壓波形對(duì)比如圖5-7、5-8和5-9所示，分別為三相兩電平逆變器、三相二極管鉗位式三電平逆變器和 三相級(jí)聯(lián)式三電平逆變器仿真后輸出的線電壓、相電壓和相電流的波形圖。從圖屮可以明顯發(fā)現(xiàn), 正如上文所述，雖然他們的輸出線電壓均為380v,但是因?yàn)槿娖侥孀兤鬏敵霾ㄐ魏懈嗟碾?平數(shù)，諧波含量更少，所以更加接近

54、于理想波形。且三電平逆變器的相電壓僅為190v,線電流的 值也小于兩電平逆變器。(a)電壓波形(b)電流波形圖5-7三相兩電平逆變器輸出電壓、電流波形(a)電壓波形(b)電流波形圖5-8三相二極管鉗位式三電平逆變器輸岀電壓、電流波形(a)電壓波形(b)電流波形圖5-9三相級(jí)聯(lián)式三電平逆變器輸出電壓、電流波形5- 2.4各三相異步電機(jī)的電流、轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩對(duì)比如圖5-10. 5-11和5-12所示，分別為三相兩電平逆變器、三相二極管鉗位式三電平逆變器 和三相級(jí)聯(lián)式三電平逆變器串接三相異步電機(jī)后輸出的轉(zhuǎn)子、定子電流波形。r(a)圖5-10三相兩電平逆變器串接異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子、定子電流波形圖5-11三

55、相二極管鉗位式三電平逆變器串接異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子.定子電流波形圖5-12三相級(jí)聯(lián)式三電平逆變器串接異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子、定子電流波形從上面三圖可知，兩電平逆變器串接三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子、定子電流中，諧波含量非常高。 尤其在轉(zhuǎn)子電流中，已經(jīng)嚴(yán)重偏離了正弦波的波形，且在0.5s,即當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，轉(zhuǎn)子電流 的幅值變化依然很大。這樣對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性和對(duì)電網(wǎng)的污染將非常嚴(yán)重。而對(duì)比鉗位式和級(jí)聯(lián)式的電流波形，在0.5s電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，幅值也表現(xiàn)的非常穩(wěn)定，波 形趨于正眩波，更加便于電機(jī)的轉(zhuǎn)矩跟轉(zhuǎn)速的控制。在這一方面，三電平逆變器的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)不言 而喻。如圖5-13、5-14和5-15分別為三相兩電平逆變器、三相二

56、極管鉗位式三電平逆變器和三相 級(jí)聯(lián)式三電平逆變器串接三相異步電機(jī)后，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速波形，其中圖a為電機(jī)口啟動(dòng)至電機(jī) 轉(zhuǎn)速穩(wěn)定0. 5s和穩(wěn)定后0.5s的波形概圖，圖b為電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后轉(zhuǎn)速波形的詳圖。圖5-13三相兩電平逆變器串接異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速波形(a)電機(jī)啟動(dòng)后至最大轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速波形(b)電機(jī)達(dá)到最大轉(zhuǎn)速后轉(zhuǎn)速波形圖5-14三相二極管鉗位式三電平逆變器串接異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速波形(a)電機(jī)啟動(dòng)后至最大轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速波形(b)電機(jī)達(dá)到最大轉(zhuǎn)速后轉(zhuǎn)速波形圖5-15三相級(jí)聯(lián)式三電平逆變器串接異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速波形從上面三個(gè)波形圖可知，雖然兩電平逆變器和三電平逆變器串接的異步電機(jī)幾乎在同時(shí)達(dá)到最大轉(zhuǎn)速1400r/mo但是