多电平逆变器与SVPWM课件.pptx

1、三电平逆变器与三电平逆变器与SVPWMSVPWM指导老师：查晓明指导老师：查晓明演讲人：王启盛演讲人：王启盛1p 多电平技术背景多电平技术背景p 三电平技术基础三电平技术基础p SVPWM目录目录2p 多电平技术背景多电平技术背景p 三电平技术基础三电平技术基础p SVPWM3采用中小功率半导体器件采用新型高压大功率器件成熟半导体技术开发中的半导体技术大功率电力电子领域的两个方向NPC（二极管箝位型）FC（飞跨电容）CHB（级联多电平）经典两电平结构41.背景1980年年，日本长冈科技大学的南波江章（，日本长冈科技大学的南波江章（A.Kira Nabae）等人在）等人在IEEE工工业应用年会上

2、提出了业应用年会上提出了NPC（二极管中性点箝位式）（二极管中性点箝位式）三电平逆变器主电三电平逆变器主电路的结构路的结构1992年年，法国学者，法国学者T.A.Meynard和和H.Foch，提出了，提出了FC（飞跨电容箝位式）（飞跨电容箝位式）多电平逆变器。多电平逆变器。2000年年，Fang Z.Peng提出了一种提出了一种通用式多电平逆变器通用式多电平逆变器的主电路结构。的主电路结构。1988年年，M.Marchesoni等人提出了等人提出了级联式多电平级联式多电平逆变器。逆变器。2000年年，M.D.Manjrekan等人提出了等人提出了FBI（单相全桥逆变单元）串联式（单相全桥逆变

3、单元）串联式逆变器。逆变器。51.背景NPCFCCHBSVMLS-PWM-PS-PWMHybridModulationSHESVC-NLC-：适合适合/推荐使用推荐使用 ：不适合：不适合-：不适合不适合/不推荐不推荐多电平的多电平的调制方式调制方式与使用范围与使用范围61.背景p 多电平技术背景多电平技术背景p 三电平基础三电平基础p SVPWM7下图为中点箝位三电平逆变的拓扑结构。以输出下图为中点箝位三电平逆变的拓扑结构。以输出 A 相电压为例，分析图相电压为例，分析图 示中点箝位三电平逆变电路的工作原理。示中点箝位三电平逆变电路的工作原理。8 当当 s1，s2 开关管导通，开关管导通，s3

4、,s4开关管关断时，如果电流为正，电流流过开开关管关断时，如果电流为正，电流流过开关管关管 s1,s2，忽略管压降，该相输出端电压，忽略管压降，该相输出端电压U=Udc/2；如负载电流为负，电流；如负载电流为负，电流流过与开关管流过与开关管 s1,s2 并联的续流二极管，则该相输出端电压是并联的续流二极管，则该相输出端电压是 U=Udc/2，此时称此时称 A 相的状态为相的状态为 P9 当当 s2,s3 开关管导通，开关管导通，s1,s4 开关管关断时，如果负载电流为正，电流流开关管关断时，如果负载电流为正，电流流过箝位二极管过箝位二极管 Dz1、开关管、开关管 s2，此时该相输出端电压，此时

5、该相输出端电压 U=0；如果负载电流为；如果负载电流为负，电流流过开关管负，电流流过开关管 s3，再流过箝位二极管，再流过箝位二极管 Dz2，则该相输出端电压是，则该相输出端电压是 U=0，此时称此时称 A 相的状态为相的状态为 O10 当当 s3，s4 开关管导通，开关管导通，s1,s2开关管关断时，如果负载电流为正，电流流开关管关断时，如果负载电流为正，电流流过开关管过开关管 s3,s4；该相输出端电压；该相输出端电压 U=-Udc/2；如果负载电流为负，电流流过；如果负载电流为负，电流流过与开关管与开关管s3,s4 并联的续流二极管，则该相输出端电压是并联的续流二极管，则该相输出端电压是

6、 U=-Udc/2，此时称此时称 A相的状态为相的状态为N11p 多电平技术背景多电平技术背景p 三电平基础三电平基础p SVPWM12SVPWM三电平逆变器的关键技术之一是三电平逆变器的关键技术之一是PWM控制信号的发生。而三电平空控制信号的发生。而三电平空间矢量调制算法比之于其他间矢量调制算法比之于其他PWM算法具有较高电压利用率，较小的算法具有较高电压利用率，较小的输出谐波分量，更易于数字化实现且更适合向多电平应用中拓展等优输出谐波分量，更易于数字化实现且更适合向多电平应用中拓展等优点，因此三电平点，因此三电平SVPWM控制算法一直以来都是三电平逆变器研究的控制算法一直以来都是三电平逆变

7、器研究的热点。以下主要对三电平热点。以下主要对三电平SVPWM控制的基本原理做一些简要介绍。控制的基本原理做一些简要介绍。空间矢量调制的最初目的是使电机获得圆形旋转磁场，现在空间矢量空间矢量调制的最初目的是使电机获得圆形旋转磁场，现在空间矢量调制已经发展成为和调制已经发展成为和SPWM并行的一种变换器并行的一种变换器PWM调制技术。因为三调制技术。因为三相变换器的负载各式各样，并不一定存在像电机负载那样对称的分布相变换器的负载各式各样，并不一定存在像电机负载那样对称的分布的三相绕组，所以对于普遍意义上的空间矢量调制方法，空间一词仅的三相绕组，所以对于普遍意义上的空间矢量调制方法，空间一词仅具有

8、数学上的意义，无实际物理意义。普遍意义上的电压空间矢量方具有数学上的意义，无实际物理意义。普遍意义上的电压空间矢量方法是从数学角度出发，将三相交换器的各相电压定义在互差法是从数学角度出发，将三相交换器的各相电压定义在互差120。的平的平面坐标系上，并将三相输出电压转换到复平面上合成空间矢量。面坐标系上，并将三相输出电压转换到复平面上合成空间矢量。空空间电压矢量可做如下定义：间电压矢量可做如下定义：13对于三电平逆变器拓扑前己分析每相具有三种开关状态，因此三相三对于三电平逆变器拓扑前己分析每相具有三种开关状态，因此三相三电平输出电路就可以得到电平输出电路就可以得到33=27种开关组合，对应种开关

9、组合，对应27组不同的开关状组不同的开关状态组合，可以画出三相三电平的空间矢量分布图，如下图所示：态组合，可以画出三相三电平的空间矢量分布图，如下图所示：14空间电压矢量分为四类：零矢量、小矢量、中矢量、大矢量。其中，空间电压矢量分为四类：零矢量、小矢量、中矢量、大矢量。其中，小矢量的幅值为小矢量的幅值为Vd/3，中矢量的幅值，中矢量的幅值(30.5)Vd/3，大矢量的幅值为，大矢量的幅值为Vd/3。三电平逆变器的三电平逆变器的27个矢量远多于两电平逆变器的个矢量远多于两电平逆变器的8个矢量，矢量选择个矢量，矢量选择范围的拓展使得合成时过渡更自然，输出能更好地逼近正弦波，所含范围的拓展使得合成

10、时过渡更自然，输出能更好地逼近正弦波，所含谐波分量更少，获得更好的性能。谐波分量更少，获得更好的性能。扇区的划分：扇区的划分：为便于分析，我们把整个矢量区域分成为便于分析，我们把整个矢量区域分成 6个大扇区，每个大扇区分为个大扇区，每个大扇区分为4个小扇区。个小扇区。15SVPWM合成算法（以合成算法（以A相为例）相为例）16由伏秒平衡有：由伏秒平衡有：将每个矢量在将每个矢量在坐标轴上进行分解，可解得：坐标轴上进行分解，可解得：1718同理，当同理，当 在其他区域时，同样可以用伏秒平衡来求出合成参考电压在其他区域时，同样可以用伏秒平衡来求出合成参考电压矢量的空间电压矢量的作用时间。矢量的空间电

11、压矢量的作用时间。SVPWM的脉冲序列生成方案的脉冲序列生成方案19 脉冲序列的生成应遵循以下原则：脉冲序列的生成应遵循以下原则：为了保证每个桥臂只能同时有两个开关器件开通，要求在一个控制周为了保证每个桥臂只能同时有两个开关器件开通，要求在一个控制周期内，期内，相邻的每相开关状态不能突变相邻的每相开关状态不能突变，即不允许存在从，即不允许存在从“1”开关状态开关状态到到“-1”开关状态的直接切换；开关状态的直接切换；为了减少开关次数，降低开关损耗，为了减少开关次数，降低开关损耗，从一个开关状态切换到下一个开从一个开关状态切换到下一个开关状态时，三相桥臂只有一相有开关动作关状态时，三相桥臂只有一

12、相有开关动作；同时为了消除偶次谐波，控制实现的方便，在一个开关周期内，同时为了消除偶次谐波，控制实现的方便，在一个开关周期内，开关开关矢量的选择是对称的矢量的选择是对称的。SVPWM的脉冲序列生成方案的脉冲序列生成方案作用顺序作用顺序开关状态开关状态作用时间作用时间1onnta/42oontb/23oootc/24poota/25oootc/26oontb/27onnta/420所选取的向量合成方案如下表：所选取的向量合成方案如下表：SVPWM程序流程图：程序流程图：21SVPWM程序分析及流程图程序分析及流程图参考电压转换（abc-）大扇区判断小扇区判断矢量作用时间计算脉冲序列生成大扇区判断程序：大扇区判断程序：其中，其中，k为调制系数为调制系数Si为大扇区序号为大扇区序号22小扇区判断程序（预处理部分）：小扇区判断程序（预处理部分）：23小扇区判断程序：小扇区判断程序：其中，其中，k为调制系数为调制系数tri为小扇区序号为小扇区序号24矢量作用时间计算程序：矢量作用时间计算程序：25其中，ta,tb,tc为a,b,c三相在一个周期T内的总作用时间。谢谢！谢谢！26