級聯(lián)型逆變器控制方法及其在高壓變頻領域應用研究.pdf

1、高壓變頻調速技術是電力電子領域的一個制高點技術，涉及大功率交流電動機的各類負載調速和節(jié)能。高壓變頻器不像低壓變頻器一樣具有成熟一致的拓撲結構。H橋級聯(lián)型多電平逆變器由于具有模塊化工程設計、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計等特點而成為高壓變頻器主要的拓撲結構。H橋級聯(lián)型逆變器由于需要實時控制眾多功率開關器件，其調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)型逆變器不同的調制方法，并尋找它們之間的

2、相互關聯(lián)性和規(guī)律，對不同調制方法進行了理論分析、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器件需要同步控制，其所需要的調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制方法--“相移SPWM”為基礎，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”，該調制方式在一個調制波周期中使功率開關器件有半個周期處于常開或常閉狀態(tài)，可以有效減小開關損耗。以推出的新型載波相移SPWM為基礎，改變其以三角載波與正弦調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，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實質也是由SPWM演變而來，SVPWM僅適用于只有八個開關狀態(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)型逆變器拓撲結構出發(fā)，推出了H橋級聯(lián)型逆變器電壓輸出實質為其各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對電機實行“按轉子磁場定向矢量控制”進行了研究。
　　 相移原理側重于H橋級聯(lián)型逆變器調制脈沖的簡易產(chǎn)生與逆變器每

6、相各H橋輸出PWM電壓的相移疊加，但其很難通過對調制方法的改進來實現(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°坐標系下簡化空間矢量調制與性能優(yōu)化進行了研究。H橋級聯(lián)型逆變器簡化空間矢量調制中，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制方法進行改變來實現(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°坐標系下“優(yōu)化開關頻率的調制算法”和“抑制逆變器零序電壓輸出

7、的調制算法”進行了研究，其分別可以有效減小逆變器開關損耗與減小逆變器輸出電壓在電機中形成的共模電壓。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。
　　 對以上本文提出的各種調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域的應用進行了工程化設計。對H橋級聯(lián)型逆變器主要控制部分電路