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1、湖北文理学院物理与电子工程学院2012 届本科毕业论文设计论 文 题 目 单相三电平逆变器调制算法研究 班 级 12 自动化 姓 名 徐麟 学 号 指导教师（职称） 陈红兵 2016 年 4 月 20 日湖北文理学院物理与电子工程学院2摘 要近年来，三电平逆变器在大容量、高压的场合得到了越来越多的应用。在其众多的控制策略中，SVPWM 算法具有调制比大、能够优化输出电压波形、易于数字实现、母线电压利用率高等优点。本文首先对三电平逆变器技术的发展状况进行了综述，分析了三电平逆变器的几种拓扑结构，控制策略以及各自的优缺点。其次，以二极管箝位式三电平逆变器为基础，阐述了三电平逆变器的工作原理、数学模
2、型，分析了空间电压矢量控制策略的原理，对三电平逆变器空间电压矢量的控制算法进行了改进，引进了大扇区和小三角形的判断方法，给出了扇区和小三角形区域的判断规则、合成参考电压矢量的相应输出电压矢量作用时间和作用顺序以及开关信号的产生方法。最后，采用 MATLAB 进行仿真分析，一个一个模块的搭建仿真模块，然后把各个模块连接起来，实现了对三电平逆变器的 SVPWM 控制算法的仿真，观察系统的输出波形，分析波形，并进行比较，验证了算法的可行性。关键词：三电平逆变器 空间电压矢量控制（SVPWM） MATLAB 仿真湖北文理学院物理与电子工程学院3ABSTRACTRecently, three-level
3、 inverter in the large capacity and high pressure situation got more and more applications fields. Among many of modulation strategies, SVPWM has been one of the most popular research points. The main advantages of the strategy are the following: it provides larger under modulation range and offers
4、significant flexibility to optimize switching waveforms, it is well suited for implementation on a digital computer, it has higher DC voltage utilization ratio. Initially, summing up the development condition of three-level inverter technology, analyzed the structure of three-level inverter topologi
5、cal, the control strategy and their respective advantages and disadvantages.Secondly, the paper based on the ground-clam -p diode type three-level inverter, expounds the work principle of three-level inverter, and analyzes the principle of the SVPWM. By improving the three-level inverter SVPWM contr
6、ol algorithm, this paper introduces the estimation method of the big sectors and the small triangles, and proposes the judgment rules for large sector and triangle region and puts forward the corresponding output sequence of the synthesis reference voltage vector and optimizes the function sequence
7、of switch vector.Finally ,using MATLAB/SIMULINK to carry on the simulation analysis. Building the simulation system model to realized to three-level inverter SVPWM control algorithm, and to confirmed the algorithm feasibility.Keywords: Three-level inverter; space voltage vector control (SVPWM); MATL
8、AB simulation湖北文理学院物理与电子工程学院目 录摘 要 .IABSTRACT .II1 绪 论 .11.1 课题目的及意义 .11.2 国内外研究现状 .11.2.1 拓扑结构 .21.2.2 控制策略 .51.3 课题任务要求 .51.4 课题重点内容.62 三电平逆变器的原理 .72.1 二极管箝位型三电平逆变器.82.1.1 二极管箝位型逆变电路的工作原理.82.1.1 二极管箝位型逆变电路的控制要求 .112.1.2 三电平逆变器的数学模型 .112.2 三电平 SVPWM 控制技术 .142.2.1 三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换.142.2.1 SVPWM 控制
9、原理.163 三电平 SVPWM 算法研究 .183.1 参考矢量的位置判断 .183.1.1 扇区判断 .183.1.2 小三角形的判断 .193.2 输出矢量的确定 .203.3 计算各个矢量的作用时间.203.4 空间电压矢量作用顺序 .224 三电平逆变器的 MATLAB 仿真 .254.2 扇区的判断 .264.3 小三角形判断 .274.4 时间计算 .284.5 矢量的作用顺序 .28湖北文理学院物理与电子工程学院4.5.1 七段式 SVPWM 时间分配.284.5.2 矢量状态次序.284.6 矢量状态到开关状态 .315 三电平逆变器的仿真结果分析 .33总结 .42参考文献
10、 .43致谢 .44湖北文理学院物理与电子工程学院61 绪 论1.1 课题目的及意义从 20 世纪 90 年代以来，以高压 IGBT、IGCT 为代表的性能优异的复合器件的发展受人关注，并在此基础上产生了很多新型的高压大容量变换拓扑结构。在工业发达的国家兆瓦级的高压多电平逆变器已经有产品大量投入市场，并应用于电力机车牵引、船舶电力推进。轧钢、造纸、油气田等高性能系统中。在国内，研究、开发和引进高压大容量多电平技术和设备1。随着高压大功率电力电子装置的发展，逆变器从最开始的两电平向三电平，再到多电平的方向发展。相对于传统两电平逆变器，三电平表现出了明显的有点。即每个开关管承受的电压仅为直流母线电压的一半，因此对开关器件的耐压的要求相对低一些，并避免了器件串联时的动态均压问题，开关器件的使用寿命长。在相同调制频率下，三电平逆变器交流侧电流谐波含量低，直流电压纹波小，器件损耗小，效率高，故应用前景广泛，对其的研究也有很大的价值1，2。传统的两电平逆变器的优点是主电路拓扑结构简单，控制策略和实现方法比较完善。但是在大功率场合中存在许多不足。1980 年日本学者在 IEEE 工业应用年会上提出三电平中点箝位式结构，并在此基础上提出了多电平逆变器思想。从此多电平逆变器作为一种新型的高压大容量功率逆变器。虽然三电平逆变技术的发展很成熟了，但是三电平逆变器还
