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随着大功率自关断器件和智能高速微控制芯片的不停发展，大功率电力电子变流装置得到了越来越深入的研究，在大容量电机驱动、交直流电力传输等场所的应用范围也越来越广泛了。在大功率电力电子变流装置的实现上，一个重要的问题就是大功率器件的工作频率较低，无法适应PWM技能等优秀的调制技能。载波移相正弦波脉宽调制技能（Carrier phase-shifted SPWM，以下简称CPS-SPWM）是为了办理该问题而提出的新技能。 田纳西大学的Peng F.Z.等人于1996年提出了级联H桥型变流器的拓扑布局，并用于无功赔偿［1］。级联H桥变流器主电路拓扑布局如图1{京电港论坛}所示，由N个单相全桥模块在交换侧串联构成一相桥臂对，直流侧相互独立，如图1{京电港论坛}（a）所示。由3个桥臂对通过Y型大概△毗连构成三相系统，如图1{京电港论坛}（b）所示便为Y型接法示意图。相对于二极管钳位型多电平变流器和飞跨电容型多电平变流器，这种级联H桥型变流器具有如下优点： 1）各变流器单位布局相同，容易实现模块化设计、安装、维修； 2）直流侧相互独立，电压平衡容易实现； 3）各变流器单位工作对称，开关负荷平衡。 在电压型变更电路中．输出的交换电压为矩形波。早期常用多重化技能把几个矩形波输出组合成迫近正弦波的波形。以提高容量、减小谐波对于Lx个三相变流电路单位（每个单位三相，此处用Lx表现多重化中三相变流器的单位数，以和下面N表现H桥的单位数区分，本京电港论坛文章以每3-H桥为一个单位），将其输出波形的相位各错开π／（3Lx），连同抵消它们之间相位差的变压器（移相变压器），可以构成脉波数为6Lx、的变流器系统。输出波形中包罗6kLx±1（k为正整数）次的谐波。但多重化技能存在以下不敷：布局复杂，系统动态响应差；各装置输入／输出波形须错开一定的相位，造成基波损失。 多电平组合变流器是接纳CPS―SPWM技能和多重化技能相联合的变流器。该类变流器等效开关频率高、开关损耗小、动态响应快、通频带宽，便于接纳差别的控制计谋。H桥型拓扑在多电平变流器的根本拓扑中，具有布局简朴、需要最少数量的器件、不需要大量的钳位二极管和飞跨电容、易于模块化和接纳软开关技能等优点。本京电港论坛文章先容H桥的几种根本布局及其级联形式，并以级联3-H桥为例．用TMS3201LF2407 DSP发出控制三相单模块和单相两模块H桥的脉冲信号，使之分别输出三相三电平和单相五电平。频谱分析表明只含有开关整倍次及其边带谐波，和理论分析的完全一致。 1 H桥拓扑布局H桥多电平变流器的根本布局有两种：一种为三电平H桥（3-LeveL H-hridge．3-H），另一种为五电平H桥（5-LeveL H-bridge，5-H）。其中，五电平H桥又包罗二极管钳位型和电容钳位型两种。3-H桥变流器的根本单位如图1{京电港论坛}所示，这个根本单位可产生3电平输出：同时导通S1和S3或S2和S4，就可在两桥臂间产生极性相反的电平；当同时导通S1和S2或S3和S4时．则输出零电平。 5-H桥变流器的根本单位如图2{京电港论坛}所示．以一极管钳位型为例来说明其电平生成情况、图2{京电港论坛}（a）所示5-H单位由全桥式中点钳位式电路组成，适当改变逆变器中晶体管的开关状态，a点和n点可跟d0，d1和d2相连。假设直流侧电压Vdc为2E，电容上的电压为Vdc／2。5-H桥根本单位输出电压Van可以有五种差别的取值：-2E，-E，0，E和2E。在这个拓扑中，电容上的电压可以通过对冗余状态的选择保持平衡。 以图1{京电港论坛}及图2{京电港论坛}中的根本电路单位为底子，可以得到图3{京电港论坛}所示的级联3-H变流器和图4{京电港论坛}所示级联5-H变流器。由3一H级联而成的电压型变频器已由美国罗宾康公司发明并申请专利，取名为完美无谐波变频器。根据系统对输出电压，电平数的要求可决定级联的单位数。级联3-H桥型变流器有许多优点：得到同样电平数输出时，使用的元器件最少；每个变流器单位的布局相同，容易举行模块化设汁和封装；各变流器单位之间相对独立，容易引入软开关控制；直流侧的均压比力容易实现；各变流器单位的工作负荷一致等。对于级联3-H变流器，级联单位数N（每个3-H变流器为一个单位）和输出波形电平数W之间满意W=2N+l的关系；级联5-H变流器对应关系为：W=4N+l。以上各变流器单位的独立直流源电压值相同。故若将各独立电压源的电压值分别取为E、2E、4E……2N-1E，则其输出的电平数就大幅度地增加到2N+1一l，即得到所谓的改进的级联H桥型多电平变流器（Modified Cascade否H-bridgeMullevel Converter）。但此种拓扑导通器件数增多，开关损耗加大，电路整体效率下降，调制计谋变得复杂，因而仍在探索阶段。 2 载波相移SPWM（CPS-SPWM）调制原理相移SPWM调制技能的根本思想是：在变流器单位数为N的电压型SPWM组合装置中，各变流器单位接纳共同的调制波信号sm，其频率为fm。各变流器单位的三角载波频率为fc，将各三角载波的相位相互错开三角载波周期的1／（2N），即三角载波Trl（1）、Trl（2）、Trl（3）……Trl（2N）的相位依次相差Tc／（2N）（式中Tc=l／fc）．以变流器单位数N即是4为比方图5{京电港论坛}（a）所示。各模块输出如图5{京电港论坛}（b）所示．每个模块的输出都是两个三角波与调制波相交产生的PWM信号的叠加．是三逻辑信号叠加后输出如图5{京电港论坛}（c）所示。2N个三角波Tri（i=1．2．3……2N）在整个调制波周期内匀称分布，所以，从输出频谱看，N个单位构成的级联型变流器等效为2N单位的相移SPWM组合变流器，输出为（2N+1）电平的PWM信号。其频域模型为 式中除以下身分外均为零： 1）信号输出f=fm 由此可见，接纳载波相移方式的N单位变流器输出信号电压提高N倍．呈线性放大；等效开关频率提高2N倍。 3 实验接纳CPS―SPWM调制方法的级联型H桥变流器，能够在不使用变压器的情况下，在较低的器件开关频率下实现高载波频率的效果。本京电港论坛文章以3-H桥为例举行实验，对于N单位级联型3-H桥，产生（2N+1）电平的输出，需要4N个开关管，即4N路PWM信号：由3N个单位级联型3-H桥模块组成的三相变流器产生三相（2N+1）电平，需要12N个开关管，12N路PWM信号。目前盛行的控制器TMS320LF2407 DSP是Tl公司专为数字电机控制而设计的新一代数字处理器，2407在一块芯片上集成了两个事件管理器，共可以产生6对互补的PWM信号，可用于三相单模块的三电平输出，或单相五电平输出。实验输出波形如图6{京电港论坛}及图8{京电港论坛}所示。频谱分布如图7{京电港论坛}及图9{京电港论坛}所示。 结语频谱分析（图7{京电港论坛}，图9{京电港论坛}）表明，对于三相三电平谐波畸变率THD=O.6005，接纳CPS―SPWM调制方法输出五电平的谐波畸变率降到THD=0.2911。同时由频谱图显然可见，输出波形中只含有Nf次及其边带谐波（其中N为变流器单位数，f为单个开关频率）即变流器的等效开关频率提高到了N倍。当级联的模块数增加时，输出波形的谐波会成比例地向高次移动，从而使得总的谐波畸变率大幅度低落，因而使得CPS―SPWM技能应用到H桥拓扑中在大功率方面有广阔的应用前景。 技能资料出处:网络整理 |
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