1 引言
由于pwm控制一般要求比較高的開關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用。因為大功率開關器件的開關速度有限，不能實現(xiàn)高頻pwm控制，即使能采用高頻pwm控制，由于電源功率大，功率器件的開關損耗是極為嚴重的。使得開關器件的冷卻問題難以解決。因此波形重構技術為此而誕生。
所謂波形重構，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。
2 三電平pwm控制原理
三電平逆變器結構如圖1所示。采用兩個主管串聯(lián)，中間一對二極管嵌位的結構。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。
圖 1 三電平逆變器主電路
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關斷時輸出電壓位+ud/2; 當vt2、vt3開通，vt1、vt4關斷時輸出電壓為0; 當vt3、vt4開通，vt1、vt2關斷時輸出為－ud/2。如表1所示。
b和c相的開關狀態(tài)和輸出的電壓與a相相同，只是在相位上相差2π/3。通過此種變換規(guī)律，就可以得到三相三電平波形。當采用spwm控制時，每相橋臂4個開關管的開關狀態(tài)脈沖方式由三角波和正弦波的交點確定。
3 三電平波形重構
三電平波形重構的結構如圖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pulse1，pulse2分別向逆變器1(three-level bridge 1)、逆變器2(three-level bridge 2)提供脈沖。
圖2 三電平逆變器波形重構主電路
現(xiàn)以a相為例來分析三電平波形重構的原理。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)生的電壓與逆變器2產(chǎn)生的電壓相減。所以要進行波形重構，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2π/3。
從表2可以看出重構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。
用simubbbb對三電平波形重構進行仿真。圖3為脈沖發(fā)生器，利用最簡單的脈沖pwm同步調(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%; 而波形重構后的三電平相電壓諧波為23.73%，線電壓諧波為17.72%。
圖3 脈沖發(fā)生器
圖4 兩組逆變器a相對應管的脈沖
圖5 三電平波形重構a相電壓波形
圖6 三電平波形重構ab線電壓波形
圖5為三電平波形重構a相電壓波形。圖6為三電平波形重構ab線電壓波形,可以看出，在直流側電壓相同的情況下，三電平波形重構輸出的相電壓提高1倍，輸出線電壓增加2倍。輸出的線電壓諧波低。
4 結束語
本文探討了三電平的控制原理，分析了波形重構脈沖發(fā)生器的原理，給出了仿真波形。得出通過波形重構可以提高輸出的線電壓、相電壓，減少相電壓、線電壓的諧波的結果。但是從圖2可以看出波形重構增加了系統(tǒng)結構的復雜性，使得系統(tǒng)控制變得更困難。
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