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1、三相三电平逆变器空间电压矢量速记法张庆范山东大学二极管中点箝位式 NPC(Neutral Point Clamped) 三相三电平逆变器,每相桥臂有四个电力电子器件 T 、T 、T 、T ，四个续流二极管 1234D 、 D 、 D 、 D ，二个箝位二极管 D 、 D 。1 2 3 4 5 6 每相桥臂可以安排三种开关状态，若用 S 、S 、S 表示 A、B、 abcC 三相桥臂的开关状态，则 S 、 S 、 S 应是三态开关变量。 abc用 S 变量表示 A 相桥臂开关状态。a若T、T断，T、T通，S = 0, A接电源负端，V、=1 2 3 4 a a0 D/2若T、T断，T、T通，S
2、= 0, A接电源0端，V、二01423aa0若T、T断，T、T通，S = 0，A接电源正端，V、二+V3412aa0D/2A 相桥臂开关 S 开关变量状态aSal(T)1Sa2(T)2Sa3(T)3Sa4(T)4VA0输出电压Sa开关状态1100+VD/22P011001O0011_VD/20N定义三相桥臂三态开关变量 S S S ， abc每相桥臂开关 S 、S 、Sabc都有三种开关状态 0、1、2(或 N、O、P，-1、0、1)。S = 0 、1 、2 a2Sa2Sb2S111000三相三电平逆变器共有 33=27 种开关状态，开关状态为( S S abS ) 3,每一种开关状态(S
3、S S )都对应一组确定的电压V、V、 c a b c a0 b0V ,从而对应一个确定的空间电压矢量 V。c0对应的 27 个特定空间电压矢量是 V 、 V 、 V ,定义矢量 0 1 26( S S S ) 的 各 个 矢 量 为 ： abcV (000),V (001),V (002),V (010),V (011),V (012),V (020),V (021) 01234567,V (022),V (100),V (101),V (102),V (110),V (111),V (112),V (89101112131415120),V (121),V (122),V (200),V
4、(201),V (202),V (210),V (21116 17181920 21 22), V (220), V (212),V (221),V (222)。24 25 26 27 以上用文字叙述的方法记住这 27 种空间电压矢量,确实是件不容易的事,不如发明一种新的快速记忆方法空间电压矢量速记法。空间电压矢量速记法C 相 3 列 9 行 0 、1 、2B 相 9 行 3 列 0 、1 、2a0 a 入电压 V 表示。DV =(S -1)/2S = 0、1、2, V =-V 、0、+V 。a0 a a a0 D/2 D/2输出线电压为：V二V - V = (S -S )/2 。ab a0
5、b0 a bA 相 9 行 3 列 0 、1 、2 。sasbscsasbscsasbscV0000001002V3010011012V6020021022V9100101102V12110111112V15120121122V18200201202V21210211212V24220221222A相输出端A对电源终点0的电压V可用A相开关变量S与直流输3.DC/DC 变换电路 直流斩波电路Buck 降压斩波电路Boost 升压斩波电路Buck-Boost 两象限可逆直流斩波电路 四象限直流斩波电路(c) 基本单元的并联(a) 多电平变换器的基本单元 (b) 基本单元的串联图 1-14 多电平
6、变换器的基本单元及其串、并联4.DC/AC 变换电路单相逆变电路 画出两基本单元电路的并联电路图 三相逆变电路 画出三基本单元电路的并联电路图 三相电压型逆变器Id2不D|T* zb YOo2D5zccT2k 42kD622Q*兀T2iI ! II ： IIIiii7叫卫%2(b)空间矢量VSACftB轴2(010)第3扇区23(011) 第4扇区卩/1(001) /C轴第5扇区.2j606 = jrDe / 6(110)第 1 /訓扇区 己A A轴 4(100) 第6扇区扇卷5 5(101)(c)矢量K5( 101)的电路(d) 6个特定矢量% ：!、l 丄 7JI7 JI7I!、.、!II
7、I! I!声声! ABg严吓旳27 丁斗I I iIr1i i iIr1i i ii1 1 1 rDbC ； =P；BQ :丨:i: iZD ! Mpm 7/pm)igyp I I10 *4I T II I / I kl M 一 丨 I I kl Illi 、| I II 17Pm I *i(/ r*i I I 八、 iiii 八、邛 I IrrrrrrrrrrrrrrrrmIIIIIIIIIIIIIIIIIII0 2L 2ZL 兀 4E 5兀 2 兀 T T T TQ(a)三相二电平逆变电路(b)三相二电平逆变电路电压矢量%abana)tIlliI 2毋?D丿23 I77771(d)三相三电
8、平逆变电路电压波形2 71三相三电平逆变器利用两个 IGBT 器件(两桥臂)串联电路作为基本单元，设计 IGBT 变换器电路。二极管箝位三电平三相电压型(IGBT )逆变器。 画出一相(两基本单元电路的串联)主电路电路图。空间矢量PWM方法(SVPWM)多电平 SVPWM 方法和两电平 SVPWM 方法一样，是一种建立在空间矢量合成概念上的PWM方法。多电平SVPWM方法是由两电平SVPWM 推广所得到的。以三相三电平电路为例，它的每一相可输出正(P)、 零(0)、负(N)三种状态，如果将三相的3种状态进行组合，则三相 三电平逆变器可能输出 3 =27 种状态，由此可画出三相三电平的六 角形空
9、间矢量图，如图1-18 所示。V11(-1-11)V10(0-11)V9(1-11)3V12(-10150)V14(-11V15(-11-1)V16(01-1)V17(11-1)(001)0)D4B8(1-10)/B V4(011)A V0-111)(-100) %V13V2(101)(0-1-1) V7(l(0-10)(-10-1) 6 (00-18(10-1)其中24种为非零矢量(有六种空间位置重合)， 3 种零矢量，这24 种非零矢量将圆周分为 12 个30区域(两电平是 6个60区域)。并且空间电压矢量的模不再是如两电平中固定为直流侧电压Vdc，而是有Vdc、点Vdc/2、Vdc/2三
10、种情况。因此，可以认为多电 平逆变器空间电压矢量法的控制思想与两电平 SPWM 是一致的：对某 一个参考电压矢量，用所在区域相应的电压矢量适时合成，切换所 得。不同点在于多电平 SVPWM 的电压矢量更“密集”，模大小可选 择的种类更多，合成时“过渡”更自然，所合成磁链更接近圆磁 场，因而控制更精确，输出电压谐波更小。空间电压矢量法是一种较为优越和应用广泛的多电平逆变器 PWM 方法，其优越性表现在：在大范围的调制比内具有很好的性能；无 需其它控制方法所需存储的大量角度数据；直流电压利用率高等。 当然这一方法应用在五电平以上的场合，会存在控制算法过于复杂 的问题。STATESaSbSc%Dab
11、VBC%ArANrBN11 I 201 191 18 I 21 I 24H5 I 6 I 7 I 8 I 5 I 2 I 11 20 I 19 Io)to)t1.1.1. 二极管箝位型多电平逆变器 5678图1-1所示是二极管箝位型五电平逆变器的单臂电路结构。分压电容C二C二C二C ,1234因此Vc1 = Vc2 = Vc3 = Vc4 ；每相桥臂有8个开关器件S1-S8串联每4个开关器件同 时处于导通或关断状态，其中(S1, S5)、(S2, S6)、(S3, S7)、(S4, S8)为互补工作的开 关对，也即当其中的一个开关导通时，另一个一定关断；反之亦然； Dc1， Dc1, Dc2，
12、 Dc2, Dc3, Dc3为箝位二极管。五电平逆变器的输出电压及其对应的开关状态如表1-1所示。对 于n电平的二极管箝位型逆变器拓扑，每个桥臂需要(n-1)个直流分压电容，2(n-1)个主开 关器件，(n-1)(n-2)个箝位二极管。通过组合三个相同的单臂电路，利用相同的分压电 容,可以容易得到三相电路,如图1-2所示。VdcV5i-ci_iV4uC2cf：V2nc4Vo表 1-1 二极管箝位型五电平逆变器输出电压与开关状态之间的关系输出电压开关状态S1S2S3S4S5S6S7S8V/211110000dcV/401111000dc000111100-V/400011110-V /2dc0000
