級聯(lián)型逆變器控制方法及其在高壓變頻領(lǐng)域應(yīng)用研究.pdf

1、高壓變頻調(diào)速技術(shù)是電力電子領(lǐng)域的一個制高點技術(shù)，涉及大功率交流電動機(jī)的各類負(fù)載調(diào)速和節(jié)能。高壓變頻器不像低壓變頻器一樣具有成熟一致的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。H橋級聯(lián)型多電平逆變器由于具有模塊化工程設(shè)計、利用低壓元器件實現(xiàn)逆變器高壓輸出、便于逆變器故障冗余設(shè)計等特點而成為高壓變頻器主要的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。H橋級聯(lián)型逆變器由于需要實時控制眾多功率開關(guān)器件，其調(diào)制方法一直是研究的熱點與難點，本文重點研究與提出了適合于H橋級聯(lián)型逆變器不同的調(diào)制方法，并尋找它們之間的

2、相互關(guān)聯(lián)性和規(guī)律，對不同調(diào)制方法進(jìn)行了理論分析、仿真與實驗驗證，為提高H橋級聯(lián)型逆變器在高壓變頻領(lǐng)域的控制性能提供了一些有效的方法，本文還對可以四象限運行的回饋級聯(lián)型逆變器進(jìn)行了研究。
　　 H橋級聯(lián)型多電平逆變器由于存在多個H橋與眾多的功率開關(guān)器件需要同步控制，其所需要的調(diào)制脈沖相比低壓逆變器成倍增加，為了簡化級聯(lián)型逆變器PWM脈沖的求取，“相移原理”是在求出H橋級聯(lián)型逆變器第一層H橋PWM脈沖后得到其它各層H橋PWM脈沖最簡

3、單與直觀的方法。
　　 本文以H橋級聯(lián)型逆變器最常用的調(diào)制方法--“相移SPWM”為基礎(chǔ)，通過改變相移SPWM的“雙極性載波”分別為“反向單極性載波”與“同相單極性載波”推出了適合于H橋級聯(lián)型逆變器的“新型載波反向相移SPWM”與“新型載波同向相移SPWM”，該調(diào)制方式在一個調(diào)制波周期中使功率開關(guān)器件有半個周期處于常開或常閉狀態(tài)，可以有效減小開關(guān)損耗。以推出的新型載波相移SPWM為基礎(chǔ)，改變其以三角載波與正弦調(diào)制波相比較的脈沖產(chǎn)

4、生方式為電流滯環(huán)控制脈沖產(chǎn)生方式推出了適合于H橋級聯(lián)型逆變器的“變環(huán)寬恒頻電流滯環(huán)控制方法”，其可以實現(xiàn)逆變器實際輸出電流對給定電流的快速跟蹤。
　　 本文以H橋級聯(lián)型逆變器相移SPWM為基礎(chǔ)，改變其脈沖產(chǎn)生方式為SVPWM，推出了適合于H橋級聯(lián)型逆變器的“相移SVPWM”。SVPWM其在二電平逆變器高性能的矢量控制中得到了廣泛運用。SVPWM實質(zhì)也是由SPWM演變而來，SVPWM僅適用于只有八個開關(guān)狀態(tài)的二電平逆變器，而不能直

5、接運用于擁有大量開關(guān)狀態(tài)的H橋級聯(lián)型逆變器。本文從H橋級聯(lián)型逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)出發(fā)，推出了H橋級聯(lián)型逆變器電壓輸出實質(zhì)為其各H橋左橋臂形成的二電平逆變器組與各H橋右橋臂形成的二電平逆變器組輸出電壓之差，從而利用相移原理與SVPWM推出了適合于H橋級聯(lián)型逆變器的“相移SVPWM”。本文還對H橋級聯(lián)型逆變器基于相移SVPWM對電機(jī)實行“按轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制”進(jìn)行了研究。
　　 相移原理側(cè)重于H橋級聯(lián)型逆變器調(diào)制脈沖的簡易產(chǎn)生與逆變器每

6、相各H橋輸出PWM電壓的相移疊加，但其很難通過對調(diào)制方法的改進(jìn)來實現(xiàn)級聯(lián)型逆變器輸出性能的優(yōu)化，為此本文對H橋級聯(lián)型逆變器45°坐標(biāo)系下簡化空間矢量調(diào)制與性能優(yōu)化進(jìn)行了研究。H橋級聯(lián)型逆變器簡化空間矢量調(diào)制中，需要采樣逆變器輸出電壓在每個采樣周期中的電壓矢量，此時可以對每個采樣周期中單個電壓矢量的調(diào)制方法進(jìn)行改變來實現(xiàn)H橋級聯(lián)型逆變器輸出性能的改善。本文對H橋級聯(lián)型逆變器45°坐標(biāo)系下“優(yōu)化開關(guān)頻率的調(diào)制算法”和“抑制逆變器零序電壓輸出

7、的調(diào)制算法”進(jìn)行了研究，其分別可以有效減小逆變器開關(guān)損耗與減小逆變器輸出電壓在電機(jī)中形成的共模電壓。本文還對具有回饋功能的H橋級聯(lián)型逆變器進(jìn)行了研究，為級聯(lián)型逆變器在需要四象限運行的場合提供了一定理論基礎(chǔ)。
　　 對以上本文提出的各種調(diào)制方法在理論分析的同時，在文中輔以大量的仿真波形，說明了所提方法的正確性與有效性。
　　 本文最后對H橋級聯(lián)型逆變器在高壓變頻領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了工程化設(shè)計。對H橋級聯(lián)型逆變器主要控制部分電路