单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,三电平逆变器与,SVPWM,指导老师：查晓明,演讲人：王启盛,1,三电平逆变器与SVPWM1,多电平技术背景,三电平技术基础,SVPWM,目录,2,多电平技术背景目录2,多电平技术背景,三电平技术基础,SVPWM,3,多电平技术背景3,采用中小功率半导体器件,采用,新型高压大功率器件,成熟半导体技术,开发中的半导体技术,大功率电力电子领域的两个方向,NPC,（二极管箝位型）,FC,（飞跨电容）,CHB,（级联多电平）,经典两电平结构,4,1.,背景,采用中小功率半导体器件采用成熟半导体技术开发中的半导体技术大,1980,年,，日本长冈科技大学的南波江章（,A.Kira Nabae,）等人在,IEEE,工业应用年会上提出了,NPC,（二极管中性点箝位式）,三电平逆变器主电路的结构,1992,年,，法国学者,T.A.Meynard,和,H.Foch,，提出了,FC,（飞跨电容箝位式）,多电平逆变器。,2000,年,，,Fang Z.Peng,提出了一种,通用式多电平逆变器,的主电路结构。,1988,年,，,M.Marchesoni,等人提出了,级联式多电平,逆变器。,2000,年,，,M.D.Manjrekan,等人提出了,FBI,（单相全桥逆变单元）串联式,逆变器。,5,1.,背景,1980年，日本长冈科技大学的南波江章（A.Kira Nab,NPC,FC,CHB,SVM,LS-PWM,-,PS-PWM,Hybrid,Modulation,SHE,SVC,-,NLC,-,：,适合,/,推荐使用,：不适合,-：,不适合,/,不推荐,多电平的,调制方式,与使用范围,6,1.,背景,NPCFCCHBSVMLS-PWM-PS-PWM,多电平技术背景,三电平基础,SVPWM,7,多电平技术背景7,下图为中点箝位三电平逆变的拓扑结构。以输出,A,相电压为例，分析图 示中点箝位三电平逆变电路的工作原理。,8,下图为中点箝位三电平逆变的拓扑结构。以输出 A 相电压为例，,当,s1,，,s2,开关管导通，,s3,s4,开关管关断时，如果电流为正，电流流过开关管,s1,s2,，忽略管压降，该相输出端电压,U=Udc/2,；如负载电流为负，电流流过与开关管,s1,s2,并联的续流二极管，则该相输出端电压是,U=Udc/2,，,此时称,A,相的状态为,P,9,当 s1，s2 开关管导通，s3,s4开关管关断时，,当,s2,s3,开关管导通，,s1,s4,开关管关断时，如果负载电流为正，电流流过箝位二极管,Dz1,、开关管,s2,，此时该相输出端电压,U=0,；如果负载电流为负，电流流过开关管,s3,，再流过箝位二极管,Dz2,，则该相输出端电压是,U=0,，此时称,A,相的状态为,O,10,当 s2,s3 开关管导通，s1,s4 开关管关断,当,s3,，,s4,开关管导通，,s1,s2,开关管关断时，如果负载电流为正，电流流过开关管,s3,s4,；该相输出端电压,U=-Udc/2,；如果负载电流为负，电流流过与开关管,s3,s4,并联的续流二极管，则该相输出端电压是,U=-Udc/2,，,此时称,A,相的状态为,N,11,当 s3，s4 开关管导通，s1,s2开关管关断时，如,多电平技术背景,三电平基础,SVPWM,12,多电平技术背景12,SVPWM,三电平逆变器的关键技术之一是,PWM,控制信号的发生。而三电平空间矢量调制算法比之于其他,PWM,算法具有较高电压利用率，较小的输出谐波分量，更易于数字化实现且更适合向多电平应用中拓展等优点，因此三电平,SVPWM,控制算法一直以来都是三电平逆变器研究的热点。以下主要对三电平,SVPWM,控制的基本原理做一些简要介绍。,空间矢量调制的最初目的是使电机获得圆形旋转磁场，现在空间矢量调制已经发展成为和,SPWM,并行的一种变换器,PWM,调制技术。因为三相变换器的负载各式各样，并不一定存在像电机负载那样对称的分布的三相绕组，所以对于普遍意义上的空间矢量调制方法，空间一词仅具有数学上的意义，无实际物理意义。普遍意义上的电压空间矢量方法是从数学角度出发，将三相交换器的各相电压定义在互差,120,。,的平面坐标系上，并将三相输出电压转换到复平面上合成空间矢量。,空间电压矢量可做如下定义：,13,SVPWM三电平逆变器的关键技术之一是PWM控制信号的发生。,对于三电平逆变器拓扑前己分析每相具有三种开关状态，因此三相三电平输出电路就可以得到,33=27,种开关组合，对应,27,组不同的开关状态组合，可以画出三相三电平的空间矢量分布图，如下图所示：,14,对于三电平逆变器拓扑前己分析每相具有三种开关状态，因此三相三,空间电压矢量分为四类：零矢量、小矢量、中矢量、大矢量。其中，小矢量的幅值为,Vd/3,，中矢量的幅值,(30.5)Vd/3,，大矢量的幅值为,Vd/3,。,三电平逆变器的,27,个矢量远多于两电平逆变器的,8,个矢量，矢量选择范围的拓展使得合成时过渡更自然，输出能更好地逼近正弦波，所含谐波分量更少，获得更好的性能。,扇区的划分：,为便于分析，我们把整个矢量区域分成,6,个大扇区，每个大扇区分为,4,个小扇区。,15,空间电压矢量分为四类：零矢量、小矢量、中矢量、大矢量。其中，,SVPWM,合成算法（以,A,相为例）,16,由伏秒平衡有：,SVPWM合成算法（以A相为例）16由伏秒平衡有：,将每个矢量在,坐标轴上进行分解，可解得：,17,将每个矢量在坐标轴上进行分解，可解得：17,18,同理，当 在其他区域时，同样可以用伏秒平衡来求出合成参考电压矢量的空间电压矢量的作用时间。,18同理，当 在其他区域时，同样可以用伏秒平衡来求出合成参考,SVPWM,的脉冲序列生成方案,19,脉冲序列的生成应遵循以下原则：,为了保证每个桥臂只能同时有两个开关器件开通，要求在一个控制周期内，,相邻的每相开关状态不能突变,，即不允许存在从“,1”,开关状态到“,-1”,开关状态的直接切换；,为了减少开关次数，降低开关损耗，,从一个开关状态切换到下一个开关状态时，三相桥臂只有一相有开关动作,；,同时为了消除偶次谐波，控制实现的方便，在一个开关周期内，,开关矢量的选择是对称的,。,SVPWM的脉冲序列生成方案19脉冲序列的生成应遵循以下原则,SVPWM,的脉冲序列生成方案,作用顺序,开关状态,作用时间,1,onn,ta/4,2,oon,tb/2,3,ooo,tc/2,4,poo,ta/2,5,ooo,tc/2,6,oon,tb/2,7,onn,ta/4,20,所选取的向量合成方案如下表：,SVPWM的脉冲序列生成方案作用顺序开关状态作用时间1onn,SVPWM,程序流程图：,21,SVPWM,程序分析及流程图,参考电压转换,（,abc-,）,大扇区判断,小扇区判断,矢量作用时间计算,脉冲序列生成,SVPWM程序流程图：21SVPWM程序分析及流程图参考电压,大扇区判断程序：,其中，,k,为调制系数,Si,为大扇区序号,22,大扇区判断程序：22,小扇区判断程序（预处理部分）：,23,小扇区判断程序（预处理部分）：23,小扇区判断程序：,其中，,k,为调制系数,tri,为小扇区序号,24,小扇区判断程序：24,矢量作用时间计算程序：,25,其中，,ta,tb,tc,为,a,b,c,三相在一个周期,T,内的总作用时间。,矢量作用时间计算程序：25其中，,谢谢！,26,谢谢！26,