三電平PWM逆變器波形重構(gòu)

1、PWM逆變器波形重構(gòu)（機械工程 研158班 朱永超2111502177 導師：楊慶華）1 引言由于PWMI制一般要求比較高的開關(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。因為大功率開關(guān)器件的開關(guān)速度有限， 不能實現(xiàn)高頻 PWMI制，即使能采用高頻pwMe制，由于電源功率大，功率器件的開關(guān)損耗是 極為嚴重的。使得開關(guān)器件的冷卻問題難以解決。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逆變器，使他們的輸出波形在相位 上錯開一定的角度進行疊加，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。采用兩個主管串聯(lián)，中間一對二極管嵌位的 結(jié)構(gòu)。可以看出，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VT1、VT2開通，VT3、VT4關(guān)斷時 輸出電壓位+Ud/2;當VT2、VT3開通，VT1、VT4關(guān)斷時輸出電壓為 0;當VT3、VT4開 通，VT1、VT2關(guān)斷時輸出為一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)代號導通導通關(guān)斷關(guān)斷P關(guān)斷導通導通關(guān)斷QC關(guān)斷關(guān)斷導通導通Nb和c相的開關(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 此

3、種變換規(guī)律，就可以得到三相三電平波形。當采用 SPWME制時，每相橋臂4 個開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)脈沖方式由三角波和正弦波的交點確定。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變壓器進行串聯(lián)進行疊加。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相為例來分析三電平波形重構(gòu)的原理。由于兩組逆變器是通過變壓器進行 串聯(lián)的，相當于兩組中的逆變器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，逆變器2產(chǎn)生+Ud/2或0;逆變 器1產(chǎn)生0電壓時，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對三電平波形重構(gòu)進行仿真。圖3為脈沖發(fā)生器，利用最簡單的脈 沖PWM0步調(diào)制進行了仿真，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。