二極管箝位式多電平逆變器(共14頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電力電子學(xué)大作業(yè)題 目：二極管箝位式多電平逆變器學(xué) 院： 電氣與電子工程學(xué)院 專 業(yè)： 電力電子與電力傳動(dòng) 學(xué)生姓名： 授課教師： 2011年6 月7日專心-專注-專業(yè)二極管箝位式多電平逆變器摘要：二極管箝位式多電平逆變器是由箝位二極管和串聯(lián)的直流電容器實(shí)現(xiàn)的多電平交流電壓。本文對(duì)三電平和四電平二極管箝位式逆變器進(jìn)行了研究，并通過(guò)Matlab/Simulink得出了仿真結(jié)果。關(guān)鍵詞：二極管、箝位、多電平、逆變器二極管箝位式多電平逆變器通過(guò)箝位二極管和串聯(lián)直流電容器產(chǎn)生多電平交流電壓。這種逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常有三、四和五三種電平。目前，只有三電平二極管箝位式逆變器在中壓

2、大功率傳動(dòng)系統(tǒng)中得到了實(shí)際應(yīng)用，通常稱為重點(diǎn)箝位式（NPC）逆變器。NPC逆變器的主要特征是，輸出電壓比兩電平逆變器具有更小的電壓變化率和THD。更重要的是，這種逆變器無(wú)需采用器件串聯(lián)，就可以應(yīng)用于一定電壓等級(jí)的中壓傳動(dòng)系統(tǒng)。本文將對(duì)三電平和四電平二極管箝位逆變器進(jìn)行深入分析和研究，并分別通過(guò)同相層疊和相鄰反向?qū)盈B的移幅調(diào)制法得到開關(guān)器件的控制信號(hào)。最后得出仿真結(jié)果，并進(jìn)行了相關(guān)的分析。1. 三電平的二極管箝位式逆變器1.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 如圖1所示為三電平二極管箝位式逆變器的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。逆變器的每相橋臂都由帶有兩個(gè)反并聯(lián)的二極管的四個(gè)開關(guān)構(gòu)成。在實(shí)際的系統(tǒng)中，開關(guān)器件既可以采用IGBT，也可以采用

3、GCT。圖1 三電平NPC逆變器 直流側(cè)兩個(gè)串聯(lián)電容的銜接處為逆變器中點(diǎn)Z。連接到中點(diǎn)的二極管Dz1和Dz2為箝位二極管。當(dāng)S2和S3導(dǎo)通時(shí)，逆變器輸出端A通過(guò)其中一個(gè)箝位二極管連接到中點(diǎn)。每個(gè)直流電容上的電壓E通常為總直流電壓Vd的一半。1.2開關(guān)狀態(tài)對(duì)于三電平NPC逆變器，每相橋臂有三種導(dǎo)通情況：上橋臂導(dǎo)通，下橋臂關(guān)斷，用P表示；下橋臂導(dǎo)通，上橋臂關(guān)斷，用N表示；中間兩個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通，另外兩個(gè)關(guān)斷，用O表示。開關(guān)狀態(tài)為O時(shí)，箝位二極管使得A、B、C到Z電壓為零。負(fù)載電流的方向?qū)Q定哪個(gè)二極管導(dǎo)通。必須注意的是，開關(guān)S1和S3運(yùn)行在互補(bǔ)模式，即一個(gè)開關(guān)導(dǎo)通，另外一個(gè)必須關(guān)斷。同樣，S2和S4也

4、是互補(bǔ)的。2.四電平的二極管箝位式逆變器 如圖2所示為單相四電平二極管箝位逆變器的簡(jiǎn)圖。四電平二極管箝位逆變器每相有四種開關(guān)狀態(tài)：S1、S2、S3導(dǎo)通，S4、S5、S6關(guān)斷；S1、S2、S3關(guān)斷，S4、S5、S6導(dǎo)通；S2、S3、S4導(dǎo)通，S1、S5、S6關(guān)斷；S3、S4、S5導(dǎo)通，S1、S2、S6關(guān)斷。圖2 四電平二極管箝位逆變器每相簡(jiǎn)圖3.仿真 已知變流器額定輸出電壓（基波線電壓有效值）為6.6KV ，額定輸出功率為5MVA，額定頻率為60Hz，阻感負(fù)載功率因數(shù)為0.9，常量和紋波任意，直流輸入待定。（1）負(fù)載的計(jì)算額定輸出功率與輸出電流和負(fù)載之間有如下關(guān)系： 式中，PF為負(fù)載功率因素，為

5、相電流，為相電壓，且。因此代入數(shù)據(jù)解得：（2）直流輸入電壓的計(jì)算當(dāng)時(shí)，基波電壓電壓幅值與輸入電壓的關(guān)系為：式中，為電平數(shù)，。 因此，當(dāng)m=3時(shí)，E=7635.3V；當(dāng)m=4時(shí)，E=5090.2V。3.1 三電平NPC逆變器三電平NPC逆變器中所采用的調(diào)制方法是IPD移幅調(diào)制法。根據(jù)移幅調(diào)制法調(diào)制因數(shù)的定義有：式中，為基波電壓幅值，為載波幅值。因此，當(dāng)時(shí)，解得；當(dāng)時(shí)，解得。仿真結(jié)果如下圖所示。圖3 和時(shí)，A相輸出相電壓、線電壓和相電流圖4 和時(shí)，S1、S2和S3的控制脈沖圖5 和時(shí)，A、B之間線電壓的諧波分析圖圖6 和時(shí)，A相輸出相電壓、線電壓和相電流圖7 和時(shí)，S1、S2和S3的控制脈沖圖8

6、和時(shí)，A、B之間線電壓的諧波分析圖3.2 四電平NPC逆變器四電平NPC逆變器中所采用的調(diào)制方法是APOD移幅調(diào)制法。根據(jù)移幅調(diào)制法調(diào)制因數(shù)的定義有：式中，為基波電壓幅值，為載波幅值。因此，當(dāng)時(shí)，解得；當(dāng)時(shí)，解得。仿真結(jié)果如下圖所示。圖9 和時(shí)，A相輸出相電壓、線電壓和相電流圖10 和時(shí)，S1、S2和S3的控制脈沖圖11 和時(shí)，A、B之間線電壓的諧波分析圖圖12 和時(shí)，A相輸出相電壓、線電壓和相電流圖13 和時(shí)，S1、S2和S3的控制脈沖圖14 和時(shí)，A、B之間線電壓的諧波分析圖4.結(jié)論在三電平NPC逆變器中，比較圖5與圖8可知，不同幅值調(diào)制因數(shù)下所得的頻譜分析有很大差距。雖然幅值調(diào)制因數(shù)為0.99時(shí)的THD仍不滿足要求，但明顯優(yōu)于幅值調(diào)制因數(shù)為0.33的情況。這與基波頻率的不同也有關(guān)，載波頻率相同時(shí)，基波頻率越高，頻率調(diào)制因數(shù)越高，相對(duì)而言THD值也更小。在四電平NPC逆變器中，當(dāng)時(shí)，輸出相