三电平逆变器

三电平逆变器控制方法

SPWM控制，即采用多个不同宽度的脉冲波控制

SPWM控制

三电平逆变器控制方法
三电平逆变器采用SPWM调制时，调制方式为
三电平逆变器控制方法

SPWM控制


A、B、C三相调制波ua、ub、uc相位互差120度，uz为三角 载波 以a相为例，理想开关函数为
ua uz (正侧载波) uz (负侧载波)时 S A 1 uz (正侧载波) ua uz (负侧载波)时 S A 0 u (正侧载波) u (负侧载波) u 时 S 1 z a A z

电压波形
二电平 逆变器
二电平逆变器

电压波形
三电平逆变器基本原理

三电平逆变器原理图
三电平逆变器基本原理

电路构成

电容C1、C2 主管T11~T34,一般为IGBT等全控型元件，每一相均有4个串 联而成 钳位二极管D10~D30，每一相两个反并联于上
பைடு நூலகம்

下桥臂的中间 每相四个续流二极管D11~D34，分别与每一相的四个功率开 关元件反并联，当逆变开关由导通状态变为截止时，为感性 负载提供无功通路，维持电流继续在线圈中流动；当牵引制 动时，续流二极管为再生电流提供通道，使其回流到直流电 源

三电平逆变器基本原理

工作原理分析

为了便于分析，定义三个理想开关函数：
1( p ) Ta1和Ta 2导通 S A 0(o) Ta 2和Ta 3导通 1( n ) T 和T 导通 a3 a4
三电平逆变器基本原理

工作原理分析
1( p ) Tb1和Tb 2导通 S B 0(o) Tb 2和Tb 3导通 1( n ) T 和T 导通 b3 b4


二电平与三电平逆变器比较
三电平逆变器控制方法

单脉冲控制

当ɑ=0时，逆变器各桥臂开关函数以及对应负载上a相输 出电压波形为
三电平逆变器控制方法

单脉冲控制

当0<ɑ<30度时
三电平逆变器控制方法

单脉冲控制

当ɑ=30度时
三电平逆变器控制方法

单脉冲控制

当30度<ɑ<60度时
三电平逆变器控制方法

单脉冲控制


SPWM控制

三电平逆变器控制方法
起动阶段SPWM异步调制波形
二电平与三电平逆变器比较

二电平输出端对电源中点电位仅2个值，而三 电平有三个值 三电平逆变器输出端电压波形比二电平包含较 小的谐波分量，脉动转矩降低 与二电平相比，三电平逆变器中的开关器件所 承受的电压是二电平的一半，为0.5Ud,元件耐 压水平可降低一半；当采用相同耐压水平的功 率开关元件时，三电平可承受更高的直流中间 电压，从而提升电机功率
三电平逆变器控制方法

SPWM控制



电力机车采用三电平逆变器时，在恒转矩区低 速段时采用SPWM异步调制方式，以减少负载 电机脉动转矩与噪声 随着频率进一步提高转入分段同步SPWM方式， 使得开关频率限制在一定的范围内，且载波频 率变低后，在载波比为各个确定的范围内可以 克服异步调制的缺点，保证输出波形堆成 而在恒功率区使用方波，以期获得较高输出电 压
三电平逆变器
三电平逆变器
二电平逆变器简介 三电平逆变器基本原理 三电平逆变器控制方法 二电平与三电平逆变器比较
二电平逆变器

三相电压型逆变器（六阶波形）

原理图
二电平逆变器

工作情况

当T1导通时，uAN Ud / 2 当T4导通时，uAN Ud / 2 u AN 波形是幅值为Ud/2的方波，而B、C两相 与A相似
二极管中性 点钳位电路
三电平逆变器基本原理

工作原理分析

三电平逆变器每相4个功率开关元件，分3种开关工作模式,以 A相为例： V11 V12 V13 V14 输出电 压 代号
工作模 式
1
2 3
通
断 断
通
通 断
断
通 通
断
断 通
Ud/2
0 -Ud/2
P
O N

工作原理分析

三电平逆变器每相4个功率开关元 件，分3种开关工作模式,以A相为例： T11、T 12导通，T13、T14关断， 则不轮电机负载的电流方向，A 点的电位为 uao U d / 2( p)
三电平逆变器基本原理

工作原理分析

由 S A、SB、SC 组成的电路共有3×3×3=27种组合， 对应主电路有27种工作模式，开关状态及相应电 压值如表所示
三电平逆变器基本原理
三电平逆变器基本原理
三电平逆变器控制方法

单脉冲控制

输出交流量的每半个周期中只有一块宽度可随控制角α调节 的矩形电压或电流脉冲，称单脉冲工作方式，即方波调制； 其输出频率通过脉冲周期进行调节，而输出量的有效值由脉 冲持续时间决定

三电平逆变器基本原理

工作原理分析

说明：

功率开关只有以上三种组合，并且Ｔ11和T14不能够同时开通

T11和T13、T12和T14控制脉冲是互反的
为了防止同一相上下两桥臂的开关元件同时导通而引起直流侧 电源短路，逆变器中上述功率开关通断转换必须遵循先断后通 的原则，即先给应关断的元件关断信号，待其关断后留一定的 时间裕量，然后再给应导通的元件发出到通信号，在两者之间 留出一个短暂的死区时间，死区时间的长短根据开关元件的开 关速度来决定

T112、T 13导通，T1１、T14 关断，当负载电流为正时，形成 O——D10——T12——A通路，A点 的电位为0(O)；当负载电流为负 时，形成O——D10——T13——A通 路，A点电位为0(O) T13、T 14导通，T11、T12关断， 则不轮电机负载的电流方向，A 点的电位为 uao Ud / 2(n)
三电平逆变器基本原理

工作原理分析
1( p ) Tc1和Tc 2导通 SC 0(o) Tc 2和Tc 3导通 1( n ) T 和T 导通 c3 c4
利用上述理想开关函数，每相桥臂电路结构可以 简化为一个与直流侧相通的单刀三掷开关S
三电平逆变器基本原理

工作原理分析

三电平逆变器等效开关 图
当ɑ=60度时，60度<ɑ<90度时
三电平逆变器控制方法

单脉冲控制
三电平逆变器控制方法

单脉冲控制

由以上波形可以看出，当控制角0<ɑ<30度时， 输出波形较接近正弦波，当ɑ=15度时，uAN的 波形最接近正弦波，由12个阶梯组成； 而当ɑ>60度时，波形变为不连续的脉冲波，谐 波很大 因此，在电力牵引传动系统中，逆变器采用三 电平主电路且机车运行于高速区时，方波控制 角都会满足0~30度