大容量三电平逆变器叠层母排的研究
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三电平变流器载波交叠与层叠策略的对比研究
李宁;王跃;雷万钧;王兆安
【期刊名称】《电力电子技术》
【年(卷),期】2015(049)001
【摘 要】分析了应用于三电平中点箝位型(NPC)变流器的载波交叠调制策略基本
原理,并从对中点电压波动的影响、总谐波畸变率(THD)特性两方面与传统载波调
制策略进行对比研究.分析表明载波交叠策略比载波层叠策略引起的中点电压波动
小,输出脉冲基波幅值大,但输出相电压和线电压脉冲中含有低次谐波,THD较大.实
验结果验证了分析的正确性.
【总页数】3页(P17-19)
【作 者】李宁;王跃;雷万钧;王兆安
【作者单位】西安交通大学,电气工程学院,陕西西安710049;西安交通大学,电气工
程学院,陕西西安710049;西安交通大学,电气工程学院,陕西西安710049;西安交通
大学,电气工程学院,陕西西安710049
【正文语种】中 文
【中图分类】TM46
【相关文献】
1.三电平逆变器调制策略及载波交叠调制线性度方法 [J], 季必胜;郁建周;梁光耀;
杨青;陶艳华
2.三电平NPC变流器双调制波载波调制策略调制波最优解的研究 [J], 李宁;王跃;
郭伟;王兆安
3.新型三电平NPC变流器双调制波载波调制策略 [J], 李宁;王跃;王兆安;张辉
4.低载波比下三电平中点钳位变流器改进型同步载波脉宽调制策略研究 [J], 高瞻;
李耀华;葛琼璇;赵鲁;张波
5.一种三电平中点钳位变流器改进型载波反相层叠脉宽调制策略 [J], 高瞻;李耀华;
葛琼璇;赵鲁;王珂
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三电平逆变器变频调速系统的研究随着电力电子技术和微处理器技术的不断发展,三电平逆变器变频调速系统在工业领域中的应用越来越广泛。
这种调速系统具有高效率、高可靠性、节能等优点,因此受到许多行业的青睐。
本文将对三电平逆变器变频调速系统进行深入研究,旨在为其在工业控制领域中的更好应用提供理论支持和实践指导。
三电平逆变器变频调速技术是一种基于电力电子器件逆变器的高效调速方法。
其基本原理是通过改变逆变器的开关状态,控制交流电机的转速,从而实现电机的调速。
三电平逆变器相较于传统的两电平逆变器,具有更高的电压利用率、更低的谐波畸变和更好的电磁兼容性等优点。
因此,三电平逆变器变频调速系统在工业领域具有广泛的应用前景。
建立三电平逆变器变频调速系统的数学模型,包括三电平逆变器模型和交流电机模型。
通过MATLAB/Simulink进行系统仿真,探究不同参数对系统性能的影响。
结果表明,随着电机转速的增加,三电平逆变器的开关频率也相应增加,系统效率得到提高;同时,适当的调制策略能够有效降低谐波畸变和电磁干扰。
基于异步电动机和矢量控制的三电平逆变器变频调速控制策略,通过将异步电动机的定子电流分解为转矩分量和磁通分量,并分别对其进行控制,从而实现电机的精确调速。
对该控制策略进行仿真分析,结果表明该策略具有较高的控制精度和响应速度,并且在不同负载和电机参数下均表现出良好的鲁棒性。
为验证所提出控制策略的有效性和优越性,搭建了三电平逆变器变频调速实验平台,并对不同参数设置下的调速效果进行了比较。
实验结果表明,采用基于异步电动机和矢量控制的三电平逆变器变频调速控制策略的实验系统,具有更高的调速精度、更快的响应速度和更好的鲁棒性。
对比传统的两电平逆变器变频调速系统,三电平逆变器变频调速系统在效率和性能上均表现出显著优势。
通过对三电平逆变器变频调速系统的深入研究,本文成功建立了一套完整的数学模型,提出了一种基于异步电动机和矢量控制的三电平逆变器变频调速控制策略,并通过实验验证了其有效性和优越性。
基于svpwm的三电平逆变器控制策略研究
基于svpwm(Space Vector Pulse Width Modulation)的三电平
逆变器控制策略研究是一个有趣又有兴趣的话题,尤其是在有需要开
发出新一代控制策略以满足市场不断提高要求时,受到越来越多的关注。
SVPWM是一种多相双向逆变器控制的有效方式,它能够在负载测动
或静态状态时提供有效的响应,以调节输出电压并减少电磁悬浮。
然而,当输出功率较大时,可能会出现火花现象,增加了损耗,影响了
系统效率。
因此,采用三电平逆变器技术减少了火花现象,可以改善
输出功率对分部多脉冲控制的响应。
SVPWM技术与三电平逆变器的结合构成了一种适用于三电平逆变器
的新一代控制策略,可以有效改善该系统的性能。
在研究中,已经实
现了针对三电平逆变器的改进的SVPWM策略,调节了单相的输出电压,将负载拖动电流降低至最低,并且可以对输入电压的变化作出及时响应,从而提高系统效率。
此外,由于信号电平与控制精度之间的关系,本文还介绍了如何
可以使用基于三电平逆变器的SVPWM策略来提高信号电平和控制精度
之间的性能。
该方案利用不同的控制方法来控制三相的逆变器的输出,通过理论和仿真结果,得出了显著的改善效果。
总而言之,基于svpwm的三相逆变器控制策略研究可能会取得长
足的进展,以满足市场的新一代控制需求。
在相关的研究工作中已经
取得了良好的成果,并且有望在未来继续发展,使得三电平逆变器能
够发挥更好的控制性能。
基于SVPWM的三电平逆变器的研究作者:王天正李鲁祥刘千赵立正来源:《科学导报·科学工程与电力》2019年第09期【摘要】三电平逆变器与两电平逆变器相比有很多优点。
每个开关管受到直流侧母线电压一半的电压,更适合于高电压场合的应用;每次开关时电压的变化量是两电平逆变器的一半,效率在理论上可以提高一倍;死区时间减少到两电平逆变器的一半,输出波形的谐波也会减少。
本文介绍了在SVPWM工作方式下,二极管钳位型三电平逆变器的开关管的导通次序和导通时间的计算,以及中点电位平衡的控制策略。
【关键词】二极管钳位型三电平逆变器;SVPWM控制算法;中点电位平衡控制引言近年来,多电平逆变器在电力电子领域受到越来越多的关注,多电平逆变器就是实现电压阶梯输出波形,可以减少谐波含量,提高波形的输出质量。
在多电平逆变器的控制算法的研究上,现在通用的有正弦波脉冲调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)和空间矢量脉冲宽度调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)兩种调制方法。
本文主要介绍了SVPWM控制策略,虽然其计算复杂,但它对电压的利用率高,开关损耗小,更加适用于大功率的场合。
1二极管钳位型三电平逆变器二极管钳位型逆变器由两个完全相同的电容和三个桥臂组成。
为保证在流入相同的电流的时,中点电位波动更小,电容应取的大一些,本实验中取10000uf。
拓扑结构如图表1所示。
当Sa1和Sa2导通,Sa3和Sa4关断时,输出端相当于连接在了P点,输出为正电平;当Sa2和Sa3导通,Sa1和Sa4关断时,输出端相当于直接连接在了O点,输出为零电平;当Sa3和Sa4导通,Sa1和Sa2关断时,输出端直接连接在了N点,输出为负电平。
通过不同的开关管组合导通方式,在每一相上形成不同的输出电压。
开关状态与输出电平的对应状态如表格1所示。
2 三相三电平逆变的SVPWM控制策略三电平空间矢量算法将平面分成了24个区域,当旋转矢量落在不同的区域时,由不同的基本矢量合成。
三电平可调逆变电源研究的开题报告一、研究背景随着电力电子技术的不断发展和应用,逆变电源已经成为现代电力电子技术中的一项重要技术。
在工业、交通、通讯等各个领域中发挥着越来越重要的作用。
传统的逆变电源结构中通常采用两级全桥电路,虽然这种结构简单,但效率低、功率密度小;为了提高其效率,同时又要保证小体积、轻重量等特点,近年来出现了三电平可调逆变电源,它具有更高的变换效率和更小的体积重量比。
二、研究目的本研究旨在探索三电平可调逆变电源的原理、拓扑结构和控制策略,分析其特点和优缺点,并研制出一套实用化、高性能的工业应用样机。
三、研究内容1、三电平电路的基本原理和特点分析;2、三电平可调逆变电源的拓扑结构分析;3、三电平可调逆变电源的控制策略研究;4、电路的建模、仿真分析,性能评价;5、实验验证及性能测试。
四、预期成果1、掌握三电平可调逆变电源的基本原理和特点;2、建立三电平可调逆变电源的模型和仿真平台;3、设计出一套实用化、高性能的三电平可调逆变电源工业应用样机;4、实现电路的实验验证及性能测试。
五、研究意义本研究能够为三电平可调逆变电源的应用提供技术支持、推动其在工业应用中的普及和应用。
同时,对于电力电子学科研究和发展具有一定的意义和价值。
六、研究方法本研究主要采用文献调研、电路建模和仿真、实验验证及性能测试等方法进行。
七、进度安排第一阶段:文献调研,寻找研究资料、归纳整理;第二阶段:电路建模及仿真,分析电路特点、建立模型和仿真;第三阶段:控制策略研究,分析控制特点和策略;第四阶段:设计实验验证电路,进行性能测试。
八、参考文献1、黄一元. 可调质量三电平逆变电源技术研究[D]. 武汉理工大学,2008.2、谢建红.新型三电平可逆变技术及其在UPS中的应用研究[D].华中科技大学,2004.3、王禹.三电平可变电压电源逆变器的研究[D]. 西北工业大学,2011.4、庄琴琪.三电平逆变电源的研究[D]. 浙江工业大学,2011.5、英国电力电子协会.电力电子工程师手册[M]. 第三版. 北京: 机械工业出版社,2017.。
大功率三电平逆变器一、引言随着电力电子技术的不断发展,三电平逆变器作为一种新型的逆变器拥有着广泛的应用前景。
在众多的三电平逆变器中,大功率三电平逆变器因其具有较高的转换效率、可靠性和稳定性等优点而备受关注。
本文将对大功率三电平逆变器进行详细介绍。
二、大功率三电平逆变器的结构大功率三电平逆变器由直流侧、中间电路和交流侧组成。
其中,直流侧包括整流桥和滤波电容;中间电路包括两个分别与整流桥相连的分支,每个分支包括两个开关管和一个中间点;交流侧包括输出滤波器和负载。
三、大功率三电平逆变器的工作原理1. 正常工作状态下:当开关管S1、S2均导通时,直流侧充满了能量,并将能量传输到中间点1上;当开关管S3、S4均导通时,直流侧充满了能量,并将能量传输到中间点2上。
此时,在交流输出端口上形成一个正弦波形式的交流信号。
2. 故障工作状态下:当开关管S1、S4均导通时,直流侧充满了能量,并将能量传输到中间点1上;当开关管S2、S3均导通时,直流侧充满了能量,并将能量传输到中间点2上。
此时,在交流输出端口上形成一个矩形波形式的交流信号。
四、大功率三电平逆变器的优点1. 降低谐波:大功率三电平逆变器具有更好的输出波形质量和较低的谐波含量,可以有效地降低对负载的影响。
2. 提高效率:大功率三电平逆变器具有较高的转换效率,可以节省能源和成本。
3. 提高可靠性:大功率三电平逆变器具有更好的稳定性和可靠性,可以减少故障率和维修成本。
五、大功率三电平逆变器在实际应用中的应用1. 光伏发电系统:大功率三电平逆变器可以将太阳能板产生的直流信号转换为交流信号,并接入公共电网中。
2. 风力发电系统:大功率三电平逆变器可以将风力发电机产生的直流信号转换为交流信号,并接入公共电网中。
3. 电动汽车充电桩:大功率三电平逆变器可以将交流电转换为直流电,以满足电动汽车的充电需求。
六、结论大功率三电平逆变器具有较高的转换效率、可靠性和稳定性等优点,在实际应用中具有广泛的应用前景。
三电平变换器无感母排设计陈静【摘要】为了抑制大功率三电平变换器关断过电压的产生,从减小连接线路杂散电感出发,对无感叠层母排结构合理设计.首先,根据三电平变换器的拓扑结构和工作原理,阐述产生尖峰电压的四种强迫换流回路.然后,基于电磁场理论,提出回路面积最小化的无感母排设计原则,并应用到三电平防爆变换器中.实验结果表明,所用无感母排设计方法合理,有效抑制器件关断过电压,提高系统工作可靠性.【期刊名称】《电气自动化》【年(卷),期】2013(035)005【总页数】3页(P64-66)【关键词】三电平;叠层母排;关断过电压;杂散电感;电磁干扰【作者】陈静【作者单位】淮阴师范学院物电学院,江苏淮安223300【正文语种】中文【中图分类】TM4640 引言目前,高压变频器因其处理功率大、开关频率高,回路杂散电感不容忽视。
功率器件关断过电压,一方面是变频器主要EMI干扰源之一;另一方面,导致开关损耗增加,限制了开关频率进一步提高。
因此,降低变频器杂散电感尤为重要。
而叠层母排的应用,可抑制器件暂态过电压,降低空间EMI,提高变频器工作的可靠性。
1 三电平变换器电压尖峰的产生中点箝位型(Neutral Point Clamped—NPC)三电平变换器拓扑如图1所示。
每相桥臂由四个IGBT(Sx1~Sx4)、四个反并联二极管和两个箝位二极管(Dx1、Dx2)组成,其中 x=a、b、c。
输出电压有三种取值:+Ud/2、0、-Ud/2,对应三种开关状态 1、0、-1。
开关暂态中,回路杂散电感及高di/dt,导致器件产生关断过电压,击穿器件[1]。
该关断过电压产生的表达式为:其中Uov是关断过电压过,isw是关断电流,Lstray是回路总杂散电感。
可以看出,器件关断电压尖峰与回路杂散电感值有关,减小杂散电感是最有效的过电压抑制方法。
图1 NPC三电平变换器拓扑结构NPC三电平变换器共有14种基本换流模式,其中8种为强迫换流,6种自然换流[2-3]。
中大容量三电平逆变电源研制中的抗干扰技术1 引言多电平逆变器能够提供电压较高、容量较大的逆变电源,在很多场合已经得到了广泛应用。
在实现高电压、大容量的同时,其性能也比普通两电平逆变器有了很大的提高,如输出波形好,每个开关器件承受的电压应力较小,开关损耗低等,因而成为人们研究的热点课题。
但是多电平逆变器的应用中,不可避免地存在着一些干扰问题。
这些干扰不同程度地影响了系统的正常工作,使系统无法可靠运行,严重时甚至导致系统瘫痪。
因此,emi和emc成为多电平逆变器研制中必须认真对待的问题。
三电平逆变器是多电平逆变器中最简单又最实用的一种电路。
本文以在三电平移车逆变电源的研制实践中总结的经验,浅谈了中大容量多电平逆变器的干扰问题和抗干扰措施。
2 三电平移车逆变电源及其干扰原理分析移车逆变电源是为提供电力机车库内调试或段内检修时移车所需电源而设计的装置,特点是要求能适合低频、低速及大电流工况下让交流传动机车或动车慢速平稳地运行。
其输入电压为380v、50hz工频交流电源,直流侧电压可达530v,整个装机容量达160kva。
电源主电路结构采用二极管篏位式,如图1所示。
图1 三电平逆变器主电路其中,是1200v、400a的igbt模块,~是反并联续流二极管,、为篏位二极管。
以x(x=a,b,c)相为例说明其工作原理为: 和导通时x相输出正电平p; 和导通时,x相输出负电平n; 和导通时,x相输出零电平0。
因此,逆变器交流侧每相输出电压相对于直流侧电压有3种取值的可能,这也就是三电平逆变器名称的由来。
三电平逆变器要求主管和vx4不能同时导通,并且和,和的控制脉冲是互反的,这也就是要求开关状态p和0之间、0和n之间可以相互过渡。
p和n之间不能直接相互过渡,必须通过中间状态0来过渡。
逆变器的干扰源可以分为两种:外部干扰和内部干扰。
外部干扰是指系统所处的外部空间环境对逆变器产生的干扰,既包括逆变器工作时现场周围的供电和用电设备对逆变器产生的影响,也包括雷击等自然现象给逆变器带来的危害。
基于空间矢量控制的三电平逆变器的研究的开题报告一、研究背景和意义三电平逆变器是一种高性能、高效率、高可靠性的逆变器,其应用范围广泛,已经成为现代电力电子学中的一个研究热点。
在工业控制和电力电子领域,三电平逆变器已经成为一种非常重要的电力转换技术。
该技术在电动汽车控制、风力发电、太阳能发电、电源系统、高压变频传动等领域有着广泛的应用。
近年来,随着电力电子技术的不断发展,三电平逆变器的控制算法和控制策略也得到了大幅度的提高。
空间矢量控制是一种常用的控制策略,它可以提高电力转换效率和控制精度。
因此,基于空间矢量控制的三电平逆变器研究具有极高的研究价值。
二、研究内容和方法本研究旨在深入探究基于空间矢量控制的三电平逆变器的控制算法和控制策略,通过仿真分析和实验验证,验证空间矢量控制对于三电平逆变器的控制精度和效率的提高。
研究内容主要包括:1、三电平逆变器的结构原理和控制方法;2、空间矢量控制策略的基本原理和实现方法;3、采用Simulink等仿真软件建立基于空间矢量控制的三电平逆变器模型,并进行仿真分析;4、搭建实验平台,进行基于空间矢量控制的三电平逆变器的实验验证和分析。
三、研究预期成果本研究预期达到以下成果:1、深入探究基于空间矢量控制的三电平逆变器的控制算法和控制策略,构建完整的控制框架;2、通过仿真分析验证空间矢量控制在三电平逆变器中的控制效果和优点;3、实现基于空间矢量控制的三电平逆变器的控制器设计,提高逆变器的控制精度和效率;4、搭建实验平台,进行基于空间矢量控制的三电平逆变器的实验验证和分析。
四、研究难点和解决思路本研究的难点主要包括:1、如何构建基于空间矢量控制的三电平逆变器的控制框架;2、如何通过仿真分析验证空间矢量控制在三电平逆变器中的控制效果和优点;解决思路:1、通过对研究对象的深入了解和调研,根据逆变器的结构原理和控制方法,构建完整的控制框架,针对研究对象的特点,选择合适的空间矢量控制策略;2、利用Simulink等仿真软件,建立基于空间矢量控制的三电平逆变器模型,并进行仿真分析;通过仿真结果的对比,验证空间矢量控制策略在三电平逆变器中的优势。
多电平逆变器技术的研究与应用近年来,随着电力电子技术的发展,逆变器技术也得到了长足的发展。
多电平逆变器作为一种新型的逆变器技术,已经在工业控制、电力电子等领域得到广泛应用。
本文将介绍多电平逆变器技术的研究与应用。
一、多电平逆变器的原理多电平逆变器是指通过在电路中增加多个电平,使输出电压具有多种电平值。
在基于单相桥式逆变器的三相多电平逆变器中,通过采用多种电压级别(如2N+1)的电路来生成不同电压输出。
采用多电平逆变器,可以使输出电压的纹波减小,使负载电流的谐波减小,从而提供更加平稳、纹波更小的电源,提高系统的可靠性。
二、多电平逆变器的应用多电平逆变技术已经在许多领域得到了广泛的应用,如电网并联逆变器、电动汽车、风力发电等。
其中,电动汽车是多电平逆变器技术应用最为广泛的领域之一。
采用多电平逆变器技术的电动汽车具有输出电压平稳、驱动电机转矩平滑、控制精度高等特点,可以大大提升电动汽车的性能和稳定性。
三、多电平逆变器技术的研究目前,多电平逆变器技术的研究主要集中在以下几个方面:1. 多电平逆变器拓扑研究。
多电平逆变器可以通过不同的电路拓扑实现,目前主要有MLI(多电平逆变器)、NPC(中点飞地式)和H桥三种拓扑。
多电平逆变输出的品质取决于拓扑的选取,不同拓扑在输出电压纹波、谐波失真、开关损耗上有所不同。
2. 多电平逆变器控制技术研究。
多电平逆变器的控制技术也是多方面的。
当前控制方法主要有全桥和谐波抑制控制、直接功率控制法、电流控制法和Vectrol Orientation 控制法等。
3. 多电平逆变器特性分析与优化。
通过对多电平逆变器的分析,可以对其输出性能进行优化。
例如,可以通过增加支路数目、改变电压平衡方式等方式提升系统的电压平衡性,减少谐波失真和开关损耗。
四、多电平逆变器技术发展趋势多电平逆变器技术的发展将呈现以下趋势:1. 多电平逆变器拓扑结构优化。
随着电力电子技术的发展,多电平逆变器的拓扑结构逐渐趋于复杂,未来的研究重点将放在进一步优化多电平逆变器拓扑结构,减少系统部件的数量和尺寸,提高系统性能和性价比。
三电平电压型逆变器一、引言逆变器是将直流电转换为交流电的装置,广泛应用于电力系统、电动汽车和可再生能源等领域。
三电平电压型逆变器是一种高效、可靠的逆变器拓扑结构,其具有较低的谐波失真和较高的功率因数。
本文将深入探讨三电平电压型逆变器的原理、特点和应用。
二、原理三电平电压型逆变器是一种多电平输出的逆变器拓扑结构,通过控制开关器件的开关状态,可以实现输出电压在三个不同电平之间切换。
其原理基于PWM(脉宽调制)技术,通过调整开关器件的导通时间比例,控制输出电压的幅值和频率。
三、特点三电平电压型逆变器具有以下特点: 1. 低谐波失真:通过增加输出电压的电平数,可以减小逆变器输出电压的谐波含量,提高电力质量。
2. 高功率因数:三电平电压型逆变器的输入电流波形接近正弦波,功率因数较高,减小了对电力系统的污染。
3. 高效率:相比传统的两电平逆变器,三电平电压型逆变器在同样输出功率下具有更高的转换效率。
4. 可靠性强:三电平电压型逆变器结构简单、稳定可靠,适用于各种工况和环境。
四、应用三电平电压型逆变器广泛应用于以下领域: ### 1. 电力系统在电力系统中,三电平电压型逆变器用于调节和控制电网的电压和频率,提高电力传输效率和稳定性。
### 2. 电动汽车电动汽车需要将电池的直流电转换为交流电供给电动机,三电平电压型逆变器可以提供稳定、高效的电能转换。
### 3. 可再生能源可再生能源如太阳能和风能的输出电压为直流,需要经过逆变器转换为交流电。
三电平电压型逆变器可以提供高质量的电能转换,减小对电力系统的影响。
五、总结三电平电压型逆变器是一种高效、可靠的逆变器拓扑结构,具有低谐波失真、高功率因数和高效率等特点。
它在电力系统、电动汽车和可再生能源等领域有着广泛的应用前景。
随着能源需求的增加和电力质量的要求提高,三电平电压型逆变器将发挥越来越重要的作用,推动能源转型和可持续发展。
三电平逆变器的设计摘要:多电平逆变器是近年来电力电子领域中中高压大功率应用场合研究的一个热点,这种逆变器用小容量的器件输出高容量、高质量的电能,因此在中高压变频调速、交流柔性输电系统等场合得到广泛的关注。
本文从二极管箝位型三电平的拓扑电路出发,详细分析了三电平的SVPWM原理,介绍了三电平的电压空间矢量控制策略(SVPWM),用电压空间矢量方程求解了每个扇区内四个小三角形的电压空间矢量和三电平母线箝位电压空间矢量控制策略,在母线箝位SVPWM方法中由于存在每一个小扇区中有一个开关状态保持不变,从而使得开关频率最小化。
最后仿真实验证实了这种空间矢量控制策略的特点,并将这种方法与一般的SPWM方法进行比较,发现其开关损耗小,电流畸变也小。
关键词:三电平逆变器;中点箝位三电平逆变器;母线箝位SVPWMClamp Diode-type Inverter DesignAbstract: During recent years, multilevel inverter has been widely researched in high power level application with high voltage output. Power energy with characteristic of high capacity and high quality can be achieved by this type of inverter, in which relatively small capability and low voltage switches are adopted. So this technique has been widely concentrated in such application as medium-high voltage transducer and Flexible AC Transmission SystemIn this paper, the principle of the three-level SVPWM is specified consequently based on the circuit topology of NPCTLI three-level inverter. And the three-level SVPWM is introduced, and then the voltage space vector of four small triangles in each sector is solved using the voltage space vector equation. Because a switch isn’t changed in the small triangle of each in bus clamped SVPWM, switching frequency of use makes minimum. At last, achievement of the SVPWM driving signal by using the tool of SIMULINK is discussed. The loss of switch and THD of current can be reduced compared with usual SPWM technique.Key words: Three-level Inverter; NPCTLI ,Bus Clamped Space Vector Pulse Width Modulation第一章引言电力电子学作为一门研究电能变换的理论、方法和应用的专门学科,其主要任务就是“随心所欲”的使用电能——高效率地提供任意形式和容量的电能。
大容量三电平逆变器叠层母排的研究
摘要:1500V大容量集中式三电平逆变器,分布杂散电感对IGBT的关断特性有
着重要影响,叠层母排的设计能有效减小杂散电感,抑制各功率器件的关断电压
尖峰,省去吸收电容,使结构紧凑。本文提出了一种复合铜排的设计,通过理论
与仿真计算了该设计方案的杂散电感,并用实验加以验证,最后给出了系统结构
和实验波形。
关键词:三电平逆变器,杂散电感,叠层母排
1 引言
直流母线回路电感的大小与母线的连接方式有很大关系,通常采用的铜排连
接由于正负母线间距较大,因此回路面积较大,导致较大的等效电感。叠层平面
母排由紧密贴合的正负极铜板和夹在两者之间的绝缘材料构成三明治结构,绝缘
片采用高绝缘强度材质,厚度较小,保证了正负铜板之间极小的回路面积,减小
了等效电感。
本文提出了一种复合叠层母排设计,以1500V 大容量逆变器为研究对像,最
后通过仿真和实验加以验证,证明是该叠层铜排的设计是有效的。
2 三电平逆变器换流回路杂散电感的影响分析
三电平逆变器存在换流过程,研究其中输出相电压为正的换流情况,其中
IGBT由开通转为关断的基本状态有两种,其他状态都可以依此类推,图1(a)表
示T1正在关断,T3正在开通,电流流向负载端(为正方向),图1(b)表示T3
正在关断,T1正在开通,电流流向直流侧(为负方向)。在换流过程中,电流
IT1或IT3正在减小,电流IDc1或IDF正增大,这两路突变电流会在其经过的各段
连接线路和器件的杂散电感上感应产生高频电压,如下图1(a)与图1(b)所
示,这些铜排连接线路和器件构成一个“换流回路”。
换流过程中产生的感应电压为:
式中, 为T1管换流过程中各段连接铜排及器件杂散电感的总和。
IGBT T1管上的电压应力为:
可见,换流回路上叠加的感应电压与直流电压一起加在图1(a)的T1,或图
1(b)的T3上,产生关断电压尖峰。尖峰过高,可能会导致IGBT过压击穿、开
关损耗增大等负面问题。杂散电感 越小,T1管的应力UT1越小。
本文提到的复合叠层母排就是尽可能的减小各IGBT在换流过程中的杂散电感。
3 低杂感母线铜排的设计
3.1 多层母排的叠层原理研究
叠层母排如下图2所示,平面母排的总电感由两部分组成:每块铜板磁通自
铰链产生的内电感 ,磁通穿过两块极板包围面积造成的外电感 ,内电感 可用如
下公式计算:
式中 是相对磁导率, 为空气磁导率。上式说明,内电感 与平面母线的长度L
成正比,与铜排间的间距无关,为了减小铜排的杂感感量,应尽可能减小铜排长
度。
当 和 时,外电感 可以近似得到:
若 ,式可以简化为:
由上式可知,如果平面母排长度L越短,铜排间距d越小,铜排宽度w越大,
叠层母排的内、外电感就越小。
3.2 三电平逆变器的叠层母排设计
三电平逆变器采用半桥IGBT模块(集成两个IGBT管),共采用3个IGBT模
块,如下图3所示,即IGBT模块1/2/3,有AC1铜排、AC2铜排、P铜排、0极
铜排、N铜排共五层,依次分别为:AC1铜排为模块2连接至模块3之间的铜排,
AC2铜排为模块1至模块3之间的铜排,正极、中点N极、负极。0铜排位于P
铜排与N铜排中间,磁场可以相互抵消,且0铜排与P铜排间的最高耐压仅为
750Vdc,非最高电压为1500Vdc,减小了绝缘材料的强度要求;AC1铜排位于上
面第二层,AC2铜排位于最上面一层。
4 仿真与实验结果
4.1 杂散电感仿真分析
用Q3D仿真软件得到,T1管换流回路的杂感仿真值为35nH,同样可仿真得
到T4管换流回路的杂感仿真值为22nH。
4.2 实验结果分析
将上述方案设计的叠层母排,与功率模组一起做双脉冲测试,测试方法为:
将T2管的e极与直流母线的N点用空心电感短接,T1管关断,T2发双脉冲,T3
管常通,T4管关断,如图5,Vdc加载400V~750V电压,T1发双脉冲,T2管常
通,T3与T4管常关断;当Vdc侧加750Vdc,第二个脉冲导通时刻,如图6所示:
T1管电压Vce在第二个脉冲导通时刻产生的缺口电压△U约为192V;T1管
电流变化率为 ;二极管反向恢复电流△I=278A,反向恢复后电流的拖尾时间约为
0.521us;杂散电感Ls=△U/( )=39.97nH;因此IGBT T1管对应的换流回路杂散
电感为39.97nH。将其他IGBT管按同样方法做双脉冲测试,测得的杂感及电压尖
峰如下表1:
可见,在直流侧最高输入1500Vdc时,T2管的最高电压应力为1038V,满足
1200V IGBT的规格要求,铜排的杂散电感设计是满足要求的。
(黄色为双脉冲电压,绿色为Vce电压,红色为电流)
5 总结
本文研究了大容量三电平逆变器换流回路杂散电感的影响,及叠层母排杂散
电感的产生机理,及对IGBT关断特性的影响。以1500V大容量逆变器为研究对
像,仿真与实验证实了复合的叠层母排设计能有效减小铜排杂感,并减小关断剑
锋,省掉吸收电容,使结构紧凑,是可行的方案。
参考文献:
[1]易荣,赵争鸣,袁立强. 高压大容量变换器中母排的优化设计[J].电工技术
学报,
[2]吴文力,赵治华,潘启军,陶涛. IGBT复合母排换流回路电感研究 [J].电力
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