1、三相三電平逆變器空間電壓矢量速記法張慶范山 東 大 學(xué)二極管中點(diǎn)箝位式NPC(Neutral Point Clamped)三相三電平逆變器,每相橋臂有四個(gè)電力電子器件T1、T2、T3、T4，四個(gè)續(xù)流二極管D1、D2、D3、D4，二個(gè)箝位二極管D5、D6。每相橋臂可以安排三種開關(guān)狀態(tài)，若用Sa 、Sb 、Sc 表示A、B、C三相橋臂的開關(guān)狀態(tài)，則Sa 、Sb 、Sc應(yīng)是三態(tài)開關(guān)變量。用Sa 變量表示A相橋臂開關(guān)狀態(tài)。若T1、T2斷，T3、T4通，Sa = 0，A接電源負(fù)端，Va0、=-VD/2若T1、T4斷，T2、T3通，Sa = 0，A接電源0端，Va0、=0若T3、T4斷，T1、T2通，Sa

2、 = 0，A接電源正端，Va0、=+VD/2A相橋臂開關(guān)Sa開關(guān)變量狀態(tài)Sa1 (T1)Sa2(T2)Sa3(T3)Sa4(T4)VA0輸出電壓Sa開關(guān)狀態(tài)1100+VD/22P011001O0011-VD/20N定義三相橋臂三態(tài)開關(guān)變量Sa Sb Sc，每相橋臂開關(guān)Sa 、Sb 、Sc都有三種開關(guān)狀態(tài)0、1、2（或N、O、P，-1、0、1）。Sa = 0、1、2 Sb = 0、1、2 Sc = 0、1、22Sa2Sb2Sc111000三相三電平逆變器共有33=27種開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)狀態(tài)為（Sa Sb Sc）3，每一種開關(guān)狀態(tài)（Sa Sb Sc）都對應(yīng)一組確定的電壓Va0、Vb0、 Vc0，從而

3、對應(yīng)一個(gè)確定的空間電壓矢量V。對應(yīng)的27個(gè)特定空間電壓矢量是V0、V1、V26，定義矢量（Sa Sb Sc）的各個(gè)矢量為：V0(000),V1(001),V2(002),V3(010),V4(011),V5(012),V6(020),V7(021),V8(022),V9(100),V10(101),V11(102),V12(110),V13(111),V14(112),V15(120),V16(121),V17(122),V18(200),V19(201),V20(202),V21(210),V22(211),V24(220),V25(212),V26(221),V27(222)。以上用文字?jǐn)?/p>

4、述的方法記住這27種空間電壓矢量，確實(shí)是件不容易的事，不如發(fā)明一種新的快速記憶方法空間電壓矢量速記法。空間電壓矢量速記法C相3列9行0、1、2B相9行3列0、1、2A相9行3列0、1、2。sasbscsasbscsasbscV0000001002V3010011012V6020021022V9100101102V1211011111218200201202V21210211212V24220221222A相輸出端A對電源終點(diǎn)0的電壓Va0可用A相開關(guān)變量Sa與直流輸入電壓VD表示。Va0 =（Sa -1）/2Sa = 0、1、2,Va0 =-VD/2 、0、+VD/2

5、。輸出線電壓為：Vab=Va0-Vb0=（Sa -Sb）/2 。3.DC/DC變換電路直流斬波電路Buck降壓斬波電路Boost升壓斬波電路Buck-Boost兩象限可逆直流斬波電路四象限直流斬波電路(a) 多電平變換器的基本單元 (b) 基本單元的串聯(lián) (c) 基本單元的并聯(lián)圖1-14 多電平變換器的基本單元及其串、并聯(lián)4.DC/AC變換電路單相逆變電路畫出兩基本單元電路的并聯(lián)電路圖；三相逆變電路畫出三基本單元電路的并聯(lián)電路圖；三相電壓型逆變器三相三電平逆變器利用兩個(gè)IGBT器件（兩橋臂）串聯(lián)電路作為基本單元，設(shè)計(jì)IGBT變換器電路。二極管箝位三電平三相電壓型（IGBT）逆變器。畫出一相（兩

6、基本單元電路的串聯(lián)）主電路電路圖?？臻g矢量PWM方法(SVPWM)多電平SVPWM方法和兩電平SVPWM方法一樣，是一種建立在空間矢量合成概念上的PWM方法。多電平SVPWM方法是由兩電平SVPWM推廣所得到的。以三相三電平電路為例，它的每一相可輸出正(P)、零(O)、負(fù)(N)三種狀態(tài)，如果將三相的3種狀態(tài)進(jìn)行組合，則三相三電平逆變器可能輸出3³=27種狀態(tài)，由此可畫出三相三電平的六角形空間矢量圖，如圖1-18所示。其中24種為非零矢量(有六種空間位置重合)，3種零矢量，這24種非零矢量將圓周分為12個(gè)30°區(qū)域(兩電平是6個(gè)60°區(qū)域)。并且空間電壓矢量的模不再

7、是如兩電平中固定為直流側(cè)電壓Vdc，而是有Vdc、Vdc/2、Vdc/2三種情況。因此，可以認(rèn)為多電平逆變器空間電壓矢量法的控制思想與兩電平SPWM是一致的：對某一個(gè)參考電壓矢量，用所在區(qū)域相應(yīng)的電壓矢量適時(shí)合成，切換所得。不同點(diǎn)在于多電平SVPWM的電壓矢量更“密集”，模大小可選擇的種類更多，合成時(shí)“過渡”更自然，所合成磁鏈更接近圓磁場，因而控制更精確，輸出電壓諧波更小?？臻g電壓矢量法是一種較為優(yōu)越和應(yīng)用廣泛的多電平逆變器PWM方法，其優(yōu)越性表現(xiàn)在：在大范圍的調(diào)制比內(nèi)具有很好的性能；無需其它控制方法所需存儲(chǔ)的大量角度數(shù)據(jù)；直流電壓利用率高等。當(dāng)然這一方法應(yīng)用在五電平以上的場合，會(huì)存在控制算法

8、過于復(fù)雜的問題。圖1-18三相三電平空間矢量圖1.1.1. 二極管箝位型多電平逆變器5678圖1-1所示是二極管箝位型五電平逆變器的單臂電路結(jié)構(gòu)。分壓電容，因此；每相橋臂有8個(gè)開關(guān)器件S1S8串聯(lián)，每4個(gè)開關(guān)器件同時(shí)處于導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)，其中(S1，S5)、(S2，S6)、(S3，S7)、(S4，S8)為互補(bǔ)工作的開關(guān)對，也即當(dāng)其中的一個(gè)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，另一個(gè)一定關(guān)斷；反之亦然；Dc1，Dc1, Dc2，Dc2, Dc3，Dc3為箝位二極管。五電平逆變器的輸出電壓及其對應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)如表1-1所示。對于n電平的二極管箝位型逆變器拓?fù)?，每個(gè)橋臂需要(n-1)個(gè)直流分壓電容，2(n-1)個(gè)主開關(guān)器件，(n-1)(n-2)個(gè)箝位二極管。通過組合三個(gè)相同的單臂電路，利用相同的分壓電容，可以容易得到三相電路，如圖12所示。表1-1 二極管箝位型五電平逆變器輸出電壓與開關(guān)狀態(tài)之間的關(guān)系輸出