五电平逆变器仿真及控制研究
1 前言
目前多电平逆变器在大功率、高电压场合得到了越来越广泛的重视和研究,多电平逆变电路拓扑结构能够保证输出较为理想的正弦电压波形,但二极管钳位式三电平逆变器的输出电压谐波分量大,且 IGBT 承受的回路电压比较大,容易烧毁。所以引入二极管钳位式五电平逆变器加以改善,见文献[1]。
本文以五电平逆变器作为主电路拓扑,采用SVPWM 控制,应用“循边原则”选择开关状态,MATLAB/Simulink 中对所采用的循边原则算法进行了仿真,得到每个开关管的开关状态和逆变器的输出。结果证明了 SVPWM 控制对于二极管钳位五电平逆变器的有效性,对进一步研究五电平逆变器应用于交流传动有重要意义。
2 五电平逆变器工作原理
五电平逆变器属于电压型逆变器,它是多电平逆变器中比较有实用意义的一种电路。以 A 相为例,如图 1 所示,五电平逆变器每一相桥臂由8 个主开关器件(含续流二极管)、6 个钳位二极管构成的,平均每个主开关器件所需承受正向电压为供电电源电压的 1/4。以下介绍图 1 所示五平逆变器 A 相主电路工作情况。
当 VT1、VT2、VT3、VT4 导通时,该相输出端电压 uA0=2E;当 VT2、VT3、VT4、VT5 导通时,该相输出端电压 uA0=E;当 VT3、VT4、VT5、VT6 导通时,该相输出端电压 uA0=0;当 VT4、VT5、VT6、VT7 导通时,该相输出电压 uA0=-E;当 VT5、VT6、VT7、VT8 导通时,电流从 N1点经续流二极管 VD8、VD7、VD6、VD5,该相输出电压 uA0=-2E。因此当以上各种状态轮流实现时,uA0即可得到 2E,E,0,-E,-2E 等五个电平,故称为五电平逆变器。B 相和 C 相的情况和 A 相类似,也可以得到五个电平。如果在 A、B、C 三相的控制上相差 120°,那么就可以得到三相交流电。
3 五电平的 SVPWM 控制
3.1 电压空间矢量分析
五电平逆变器的每一相存在五种开关状态,每一相的电压输出有五种,三相电压矢量空间合成时就会合成 53=125 空间矢量。如图 2 所示,125个空间矢量占据着 61 个位置,1 个零矢量位置(正六边形的中心点)包含 5 个零电压矢量,60 个非零空间矢量位置包含着 120 个非零空间矢量。根据空间矢量定义,可以计算出图上各种电压空间矢量幅值,它们依次是:
共 9 种。依次连接相邻的两个电压空间矢量可以看出,如将原点也等效为各对角线缩至为 0 的虚正六边形,则其电压矢量图为 5 个正六边形组成:虚六边形即零点为 5 种可能组合的零矢量,在内第一个正六边形上每个顶点为 4 种可能组合,幅值最小即 2/3E 的电压空间矢量。接着第二个正六边形其边上各中点与各顶点均为 3 种可能组合的幅值分别为 4/3E 和 2/3E 的电压空间矢量,依次类推,到最外层的,也即第 5 个正六边形,各顶点与各边上均分的 3 点上都为 1 种具有相应幅值的独立电压空间矢量,总共 125 种可能的组合。见文献[3]。
相关文章
- 2024-04-10蒸汽流量计算数学模型建立方法研究
- 2022-07-28基于力控组态软件的电加热炉温度监控系统
- 2024-06-19基于模糊技术的中央空调控制器设计
- 2024-07-03基于数码相机的图象数字变焦(视图插补)算法
- 2022-09-23人机界面在铁路辅助机试验台中的应用
请自觉遵守互联网相关的政策法规,严禁发布色情、暴力、反动的言论。