三電平PWM逆變器波形重構(gòu)

1、PWM逆變器波形重構(gòu)（機(jī)械工程 研158班 朱永超2111502177 導(dǎo)師：楊慶華）1 引言由于PWMI制一般要求比較高的開(kāi)關(guān)頻率才能有效地降低諧波，因而限制了 在大功率逆變器中的應(yīng)用。因?yàn)榇蠊β书_(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)速度有限， 不能實(shí)現(xiàn)高頻 PWMI制，即使能采用高頻pwMe制，由于電源功率大，功率器件的開(kāi)關(guān)損耗是 極為嚴(yán)重的。使得開(kāi)關(guān)器件的冷卻問(wèn)題難以解決。因此波形重構(gòu)技術(shù)為此而誕生。所謂波形重構(gòu)，即是在主電路上采用幾個(gè)逆變器，使他們的輸出波形在相位 上錯(cuò)開(kāi)一定的角度進(jìn)行疊加，從而獲得接近正弦波的階梯波形，以減小諧波含量。 本文將討論電壓型三電平的波形重構(gòu)。2 PWM空制原理三電平逆變器結(jié)構(gòu)如圖

2、1所示。采用兩個(gè)主管串聯(lián)，中間一對(duì)二極管嵌位的 結(jié)構(gòu)?？梢钥闯?，各主管承受的反向電壓是中間回路直流電壓的一半， 即主管承 受的耐壓比兩電平逆變器可降低一半。其工作原理可以由一相橋臂分析，以 a相橋臂為例：當(dāng)VT1、VT2開(kāi)通，VT3、VT4關(guān)斷時(shí) 輸出電壓位+Ud/2;當(dāng)VT2、VT3開(kāi)通，VT1、VT4關(guān)斷時(shí)輸出電壓為 0;當(dāng)VT3、VT4開(kāi) 通，VT1、VT2關(guān)斷時(shí)輸出為一Ud/2。如表所示表t三電平曾相輸出電壓組合VT 1V2VT3VT4輸出電壓狀態(tài)代號(hào)導(dǎo)通導(dǎo)通關(guān)斷關(guān)斷P關(guān)斷導(dǎo)通導(dǎo)通關(guān)斷QC關(guān)斷關(guān)斷導(dǎo)通導(dǎo)通Nb和c相的開(kāi)關(guān)狀態(tài)和輸出的電壓與 a相相同，只是在相位上相差 2冗/3。通過(guò) 此

3、種變換規(guī)律，就可以得到三相三電平波形。當(dāng)采用 SPWME制時(shí)，每相橋臂4 個(gè)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)狀態(tài)脈沖方式由三角波和正弦波的交點(diǎn)確定。3 波形重構(gòu)三電平波形重構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖2。采用兩組如圖1所示的三電平逆變器并聯(lián)而 成，兩組逆變器的輸出由一個(gè)變壓器進(jìn)行串聯(lián)進(jìn)行疊加。脈沖發(fā)生器pulse產(chǎn)生兩組脈沖pulsel , pulse2分別向逆變器1(three-level Bridge 1)、逆變器2(three-level Bridge 2)提供脈沖。 I Sin bfi-圖二逆變器波形重構(gòu)主電路現(xiàn)以a相為例來(lái)分析三電平波形重構(gòu)的原理。由于兩組逆變器是通過(guò)變壓器進(jìn)行 串聯(lián)的，相當(dāng)于兩組中的逆變器1中產(chǎn)生的電

4、壓與逆變器2產(chǎn)生的電壓相減。所 以要進(jìn)行波形重構(gòu)，兩組逆變器產(chǎn)生的電壓波形在逆變器1產(chǎn)生+Ud/2,逆變器2只能產(chǎn)生0或-Ud/2;逆變器1產(chǎn)生-Ud/2時(shí)，逆變器2產(chǎn)生+Ud/2或0;逆變 器1產(chǎn)生0電壓時(shí)，逆變器2可以產(chǎn)生+Ud/2或0或-Ud/2。逆變器1,逆變器2 產(chǎn)生的電壓如表2。b相、c相的輸出和a相相同，只是在相位上相差2冗/3。從表2可以看出重構(gòu)后的相電壓輸出電壓有 5個(gè)電平+Ud +Ud/2、0、-Ud/2、-Ud,輸出電壓更接近正弦波。、ISwl IM2逆變器1-U/2表2逆變器1、逆變器2輸出電壓和重構(gòu)電壓迪變器2 輸出重溝相電L0I+II/2-V2+Ua+U/2-U/2

5、口0-卬 2,”2Q'-UJ2一+V2F用Simulink對(duì)三電平波形重構(gòu)進(jìn)行仿真。圖3為脈沖發(fā)生器，利用最簡(jiǎn)單的脈 沖PWM0步調(diào)制進(jìn)行了仿真，調(diào)制比 m=0.85,直流電壓為200V,圖4為兩組逆 變器a相對(duì)應(yīng)管的脈沖。得出三電平相電壓的諧波為24.56%。線電壓的諧波為21.39%;而波形重構(gòu)后的三電平相電壓諧波為 23.73%,線電壓諧波為17.72%。圖五波形重構(gòu)a相電壓波形。為三電平波形重構(gòu)ab線電壓波形，可以看出，在直流側(cè) 電壓相同的情況下，三電平波形重構(gòu)輸出的相電壓提高 1倍，輸出線電壓增加2 倍。輸出的線電壓諧波低。4 結(jié)束語(yǔ)本文探討了三電平的控制原理，分析了波形重構(gòu)脈沖發(fā)生器的原理， 給出了 仿真波形。