高效率的三级逆变器

Vg
Vg1 ,Vg 4 (T1 , T4 )
O
t
(b)驱动信号生成电路
Vg 2 ,Vg 3 (T2 , T3 )
-U d 图 6-6
MPM
4
PWM产生方法

正弦波脉宽调制(SPWM)

在进行脉宽调制时，使脉冲系列的周期和占空比按正弦 波规律来安排。可以用定时器和比较器实现。

空间矢量脉宽调制(SVPWM)
t d)
O a)
t
O b)
t O c)
t
O
实例 图 6-1 – 电路输入：u(t)，窄脉冲，如图a、b、c、d所示 – 电路输出：i(t)， – 面积等效原理
i(t) i(t) a c e (t) d b
冲量相同的各种窄脉冲 Leabharlann Baidu响应波形基本相同
O
t b)
2
MPM
a)
正脉冲宽度调制SPWM基本原理 用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦 半波 – 正弦半波N等分，可看成N个彼此相连的脉 冲序列，宽度相等，但幅值不等 – 用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合， 面积（冲量）相等 – 宽度按正弦规律变化
MPM
6
电压空间矢量与逆变器工作状态
DC+ U120(010) U60(011)
PWM1H PWM2H PWM3H
U0(001)
U60(011)
U180(110)
U(111) M1
U(000) M2
U0M3 (001)
U120(010)
U180(110)
PWM1L
PWM2L
PWM3L
U240(100) DC- U240(100) U300(101)
U300(101)
U(111)
U(000)
MPM
7
正多边形旋转磁场
u4
u3
UV
π π/3 2π/3 4π/3 5π/3 2π
u5
u2
VW
π/3 5π/3 2π
u6
U12
0
q
u1
U60
2π/3
π
4π/3
U18
0
WU
π/3 2π/3 π 4π/3 5π/3 2π
60°
U0
d
U2
40
MPM
8
U30
0
Bridge switching operating mode
DSP 处理技术
极低的THDV平均值即使在低电池电压时
效益
改善了输出电压质量即使在负载情况非常恶劣的情况下 有效的显著提高了UPS的整机效率 & 节约了运行成本
MPM
14
• 输出性能简介
由于采用高性能的IGBT &SVM(空间向量调制技术)控制技
术,UPS的输出性能进一步提高
高品质的电源供应, 无论负载的性质均可提供高品质完美的电压
MPM
10
SVPWM技术优点 与SPWM比较，SVPWM技术优点 在同样母线电压下，高频时可输出更高的电压 在低频时SVPWM可以输出较大的功率 减少谐波份量，从而降低铁损 PWM脉宽值的计算相对简单
MPM
11
逆变器 – 2 两级
DC 800 V Or +/-400V
400 V+N
Active vector
[1 0 0] [0 1 0] [0 0 1]
A
B
C
A
B
C
A
B
C
[1
1
0]
[1
0
1]
[0
1
1]
A
B
C
A
B
C
A
B
C
MPM
9
Bridge switching operating mode)
Non active vector
[0 0 0] [1 1 1]
A
B
C
A
B
C
DSP极其有效，它可以快速改变脉冲宽度，因而即使在很强的非线性负载情况下，输出电压仍可保持正弦 波。工作时，DSP同时产生所需的三个正弦波相位值，以及IGBT晶体管的脉冲宽度调制值（当然也要考虑 负载电流）。这个技术被称之为SVM（空间矢量调制）技术。DSP技术大大减少了UPS所需的零部件，因 为DSP把三相的电压和电流都记录下来，并用于复杂的算法，以建立驱动IGBT晶体管所需的脉冲宽度。
极低的THDV < 3% ----峰值因数为 3时的非线性负载 负载功率因数为超前0.9时无需降低输出额定值
极高得逆变效率 & 总体效率可达 96%
逆变器效率可达 98%
在正常运行时提供无与伦比的性能
极快速的对应负载变换响应时间 (100% 过载容量 150%
MPM
+/- 2% < 5 ms)
新一代的SVM IGBT逆变器
传统 IGBT 模块
优势
– 低损耗 – 功率密度高 – 较好的散热性
收益
SVM
IGBT 模块
提高了UPS的效率
逆变器的结构更加紧凑
MPM
1
正脉冲宽度调制SPWM基本原理
f (t) f (t) f (t) f (t)
(t)
形状不同而冲量相同 的各种窄脉冲
MPM
12
SOCOMEC逆变器 – 3 三级
800 V Or 0/+/-400V
DC
400 V+N
• 整机效率 + 2 %
MPM
13
• SVM 快速数字控制技术特点
优势
(空间矢量控制)
最优化的 IGBT 开关频率以减少损耗 对于所有类型的负载均可提供极高的性能
(非线性负载, 超前/滞后功率因数, 不平衡负载)

根据电压空间矢量在圆形旋转磁场中的位置来计算脉冲 系列的脉宽。
MPM
5
圆形旋转磁场
u u w Us Φ
t 0

+1
f (t )
+j
t1
O
O
t1
t

t t1
u d / dt
图6.8 旋转相量在实轴上的投影对应于正弦波
空间电压矢量控制PWM(SVPWM)也叫磁通正弦PWM法.它以三相波形整体生成效果为前提,以逼 近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的,用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近 基准圆磁通,由它们的比较结果决定逆变器的开关,形成PWM波形.此法从电动机的角度出发,把逆 变器和电机看作一个整体,以内切多边形逼近圆的方式进行控制,使电机获得幅值恒定的圆形磁场( 正弦磁通).
60 sec.
15
极高的相----地间短路保护容量 3.6In
效率: 用户收益
标准
UPS (2级逆变器)
UPS
(3级逆变器)
94%
96%
总拥有成本
MPM
16
a) b)
u
O u
t
O
t
用PWM波代替正弦 半波
图 6-3
SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的 PWM波形
要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可
MPM
3
双极性正弦脉冲宽度调制SPWM逆变器
u ur uc
O
t
uo Ud
u of
uo
正弦波
三角波
vr vc
+
+ -1