逆变器及调制技术.pptx

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1、会计学1逆变器及调制技术逆变器及调制技术第一页，编辑于星期二：九点 五十七分。第第6 6章逆变器及调制技术章逆变器及调制技术第1页/共149页第二页，编辑于星期二：九点 五十七分。第6章逆变器及调制技术6.16.1概述概述6.26.2电压型逆变器及其电压型逆变器及其PWMPWM技术技术6.36.3多电平变换器的拓扑结构多电平变换器的拓扑结构6.46.4多电平变换器的多电平变换器的PWMPWM控制控制6.56.5本章小结本章小结第2页/共149页第三页，编辑于星期二：九点 五十七分。6.1概述逆变器把直流电变换成频率和电压可控的单相或三相交流电，在逆变器把直流电变换成频率和电压可控的单相或三相交

2、流电，在交流电动机调速、不间断电源等系统中得到广泛应用。在交流电交流电动机调速、不间断电源等系统中得到广泛应用。在交流电动机调速系统中，一般通过改变电动机的供电频率来实现控制电动机调速系统中，一般通过改变电动机的供电频率来实现控制电机转速的目的，但变频的同时也必须协调地改变电动机的供电电机转速的目的，但变频的同时也必须协调地改变电动机的供电电压，即同时实现变压变频压，即同时实现变压变频(Variable Voltage-Variable(Variable Voltage-Variable FrequencyFrequency，VVVF)VVVF)控制。否则，电动机将出现饱和或欠励磁，一般这对电

3、控制。否则，电动机将出现饱和或欠励磁，一般这对电动机都是不利的。通常采用电压型动机都是不利的。通常采用电压型PWMPWM变频器实现变频器实现VVVFVVVF控制，先将电源提供的交流电通过整流器变成直流，再经过逆变控制，先将电源提供的交流电通过整流器变成直流，再经过逆变器将直流逆变成频率可控的交流电。对异步电动机调速系统的主器将直流逆变成频率可控的交流电。对异步电动机调速系统的主电路部分进行电路部分进行PWMPWM控制，是进行能量控制并实现控制，是进行能量控制并实现VVVFVVVF控制思想的重要手段，与数字控制技术结合还是交流电动机其他高性控制思想的重要手段，与数字控制技术结合还是交流电动机其他

4、高性能调速控制方法的基础。能调速控制方法的基础。第3页/共149页第四页，编辑于星期二：九点 五十七分。6.2电压型逆变器及其PWM技术6.2.16.2.1电压型电压型PWMPWM逆变器的主回路逆变器的主回路6.2.26.2.2电流正弦电流正弦PWMPWM技术技术6.2.36.2.3空间矢量空间矢量PWMPWM技术技术第4页/共149页第五页，编辑于星期二：九点 五十七分。6.2.1电压型PWM逆变器的主回路1)1)晶闸管整流器调压、逆变器调频的交晶闸管整流器调压、逆变器调频的交-直直-交变压变频装置交变压变频装置(见图见图6-1a)6-1a)。2)2)不控整流、斩波器调压、六拍逆变器调频的交

5、不控整流、斩波器调压、六拍逆变器调频的交-直直-交变压变频装置交变压变频装置(见图见图6-1b)6-1b)。3)3)不控整流、不控整流、PWMPWM逆变器调压调频的交逆变器调压调频的交-直直-交变压变频装置交变压变频装置(见图见图6-1c)6-1c)。4)PWM4)PWM可控整流、可控整流、PWMPWM逆变器调压调频的交逆变器调压调频的交-直直-交变压变频装置交变压变频装置(见图见图6-1d)6-1d)。第5页/共149页第六页，编辑于星期二：九点 五十七分。6.2.1电压型PWM逆变器的主回路图6-1电压型PWM变频器的结构形式a)可控整流器调压、六拍逆变器调频b)不控整流、斩波器调压、六拍

6、逆变器调频c)不控整流、PWM逆变器调压调频d)PWM可控整流、PWM逆变器调压调频第6页/共149页第七页，编辑于星期二：九点 五十七分。6.2.2电流正弦PWM技术1.PI1.PI型方法型方法2.2.滞环定子电流控制法滞环定子电流控制法3.3.预测控制法预测控制法4.4.无差拍控制法无差拍控制法第7页/共149页第八页，编辑于星期二：九点 五十七分。1.PI型方法(1)(1)静止坐标系中三相静止坐标系中三相PIPI调节器调节器(2)d-q(2)d-q同步坐标系下同步坐标系下PIPI调节器调节器第8页/共149页第九页，编辑于星期二：九点 五十七分。(1)静止坐标系中三相PI调节器图6-2静

7、止坐标系中的PI电流调节器第9页/共149页第十页，编辑于星期二：九点 五十七分。图6-3同步旋转坐标下定子电流PI控制器(2)d-q同步坐标系下PI调节器第10页/共149页第十一页，编辑于星期二：九点 五十七分。2.滞环定子电流控制法图6-4滞环电流控制器原理示意图第11页/共149页第十二页，编辑于星期二：九点 五十七分。2.滞环定子电流控制法图6-5带delta调制器的一相滞环定子电流控制器第12页/共149页第十三页，编辑于星期二：九点 五十七分。3.预测控制法图6-6预测算法中的电流误差区域第13页/共149页第十四页，编辑于星期二：九点 五十七分。3.预测控制法图6-7电流预测P

8、WM控制第14页/共149页第十五页，编辑于星期二：九点 五十七分。4.无差拍控制法图6-8电流无差拍控制PWM第15页/共149页第十六页，编辑于星期二：九点 五十七分。6.2.3空间矢量PWM技术1.1.磁通正弦磁通正弦PWMPWM控制原理控制原理2.2.磁通轨迹控制磁通轨迹控制第16页/共149页第十七页，编辑于星期二：九点 五十七分。1.磁通正弦PWM控制原理图6-9三相逆变桥S(a,b,c)=1,上管导通；S(a,b,c)=0,下管导通。第17页/共149页第十八页，编辑于星期二：九点 五十七分。1.磁通正弦PWM控制原理图6-10电压矢量图第18页/共149页第十九页，编辑于星期二

9、：九点 五十七分。2.磁通轨迹控制由上述原理得到，要有效地控制磁通轨迹，必须解决以下三个由上述原理得到，要有效地控制磁通轨迹，必须解决以下三个问题：问题：1)1)如何选择电压矢量；如何选择电压矢量；2)2)如何确定每个电压矢量的作用时间；如何确定每个电压矢量的作用时间；3)3)如何确定每个电压矢量的作用次序。如何确定每个电压矢量的作用次序。第19页/共149页第二十页，编辑于星期二：九点 五十七分。图6-11七段式SVPWM波形2.磁通轨迹控制第20页/共149页第二十一页，编辑于星期二：九点 五十七分。6.3多电平变换器的拓扑结构6.3.16.3.1多电平变换器的特点多电平变换器的特点6.3

10、.26.3.2箝位型多电平变换器箝位型多电平变换器6.3.36.3.3级联型多电平变换器级联型多电平变换器6.3.46.3.4其他多电平结构其他多电平结构第21页/共149页第二十二页，编辑于星期二：九点 五十七分。6.3.1多电平变换器的特点1.1.概述概述2.2.多电平变换器的特点多电平变换器的特点3.3.多电平变换器结构综合多电平变换器结构综合第22页/共149页第二十三页，编辑于星期二：九点 五十七分。1.概述在传统的电路中，其输入为单一的直流源，也即两条电源母线。在传统的电路中，其输入为单一的直流源，也即两条电源母线。通过对一个恒定幅值的直流电压进行脉宽调制的方式可以改变输通过对一个

11、恒定幅值的直流电压进行脉宽调制的方式可以改变输出电压的大小和频率，但其输出为幅值相等的出电压的大小和频率，但其输出为幅值相等的PWMPWM波，该波，该PWMPWM波只有两种电平，通常称为两电平电路。与此相对应的，如果多个直流源波只有两种电平，通常称为两电平电路。与此相对应的，如果多个直流源和电力电子器件经过特定的拓扑变换，并且控制不同的直流源串联输出，和电力电子器件经过特定的拓扑变换，并且控制不同的直流源串联输出，则在变换电路的不同开关状态下，就可以在输出端得到不同幅值的多种电则在变换电路的不同开关状态下，就可以在输出端得到不同幅值的多种电平的输出。事实上这是通过多个直流电源之间的不同组合得到

12、的，采用这平的输出。事实上这是通过多个直流电源之间的不同组合得到的，采用这种原理的变换电路称为多电平电路，用这种方法实现的变换器就是多电平种原理的变换电路称为多电平电路，用这种方法实现的变换器就是多电平变换器。变换器。第23页/共149页第二十四页，编辑于星期二：九点 五十七分。2.多电平变换器的特点多电平变换器与两电平变换器相比具有明显的特点：由于电平多电平变换器与两电平变换器相比具有明显的特点：由于电平数增加，输出波形阶梯增多，就可更加接近目标调制波数增加，输出波形阶梯增多，就可更加接近目标调制波(一般为正弦波一般为正弦波)；输出电平数的增多降低了输出电压的跳变；同时输出电压谐；输出电平数

13、的增多降低了输出电压的跳变；同时输出电压谐波含量减少；阶梯波调制时，器件在基频下开通关断，损耗小波含量减少；阶梯波调制时，器件在基频下开通关断，损耗小，效率高。在同样的开关频率下，多电平电路输出的谐波分量，效率高。在同样的开关频率下，多电平电路输出的谐波分量低于两电平电路的输出，反过来，达到类似的输出波形质量，低于两电平电路的输出，反过来，达到类似的输出波形质量，多电平电路的开关频率可以降得较低，这在大功率应用当中尤多电平电路的开关频率可以降得较低，这在大功率应用当中尤为重要。为重要。多电平电路的另一个优点在于输出电压的跳变，也就是多电平电路的另一个优点在于输出电压的跳变，也就是du/dtdu

14、/dt较小。较小。第24页/共149页第二十五页，编辑于星期二：九点 五十七分。3.多电平变换器结构综合图6-12电力电子电路基本拓扑第25页/共149页第二十六页，编辑于星期二：九点 五十七分。3.多电平变换器结构综合图6-13基本开关单元第26页/共149页第二十七页，编辑于星期二：九点 五十七分。3.多电平变换器结构综合图6-14多电平变换器拓扑a)基于两电平桥臂和基本单元串-并思想的多电平变换器拓扑b)基于两电平桥臂和基本单元并-串思想的多电平变换器拓扑第27页/共149页第二十八页，编辑于星期二：九点 五十七分。6.3.2箝位型多电平变换器1.1.二极管箝位型三电平变换器二极管箝位型

15、三电平变换器2.2.二极管箝位型多电平拓扑二极管箝位型多电平拓扑3.3.电容箝位型多电平变换器电容箝位型多电平变换器4.4.通用箝位型多电平变换器通用箝位型多电平变换器第28页/共149页第二十九页，编辑于星期二：九点 五十七分。1.二极管箝位型三电平变换器1)1)三电平逆变器在解决了上高压的同时，没有双电平逆变器中两个串联器件三电平逆变器在解决了上高压的同时，没有双电平逆变器中两个串联器件的瞬时同时导通和关断问题，对器件的一致性要求低，器件受到的电压应的瞬时同时导通和关断问题，对器件的一致性要求低，器件受到的电压应力小，系统可靠性高。力小，系统可靠性高。2)2)开关产生的开关产生的d du

16、u/d/dt t比传统两电平逆变器小，对外围电路的干扰小；开关引起的电比传统两电平逆变器小，对外围电路的干扰小；开关引起的电动机损耗小，对电动机的冲击小，在开关频率附近的谐波幅值动机损耗小，对电动机的冲击小，在开关频率附近的谐波幅值也小得多。也小得多。3)3)由于三电平逆变器输出为三电平阶梯波，形状更接近正弦。由于三电平逆变器输出为三电平阶梯波，形状更接近正弦。4)4)在同样的直流电压在同样的直流电压EdEd下，比较双电平和三电平逆变器，由于双电平逆变器开关耐压为下，比较双电平和三电平逆变器，由于双电平逆变器开关耐压为EdEd，其每个开关管必须由两个开关元件串联来充当，其每个开关管必须由两个开

17、关元件串联来充当(假设器件的额定值与三电平相同假设器件的额定值与三电平相同)，这样它的开关器件数目将与三电平逆变器相同。，这样它的开关器件数目将与三电平逆变器相同。第29页/共149页第三十页，编辑于星期二：九点 五十七分。1.二极管箝位型三电平变换器图6-15NPC三电平逆变器电路结构图第30页/共149页第三十一页，编辑于星期二：九点 五十七分。但是这种三电平变换器结构也有它固有的不足：但是这种三电平变换器结构也有它固有的不足：1)1)器件所需额定电流不同。器件所需额定电流不同。2)2)电容均压问题。电容均压问题。3)3)二极管可能需要承受不同反压。二极管可能需要承受不同反压。1.二极管箝

18、位型三电平变换器第31页/共149页第三十二页，编辑于星期二：九点 五十七分。图6-16三电平拓扑输出的A相和B相电压波形1.二极管箝位型三电平变换器第32页/共149页第三十三页，编辑于星期二：九点 五十七分。图6-17三电平拓扑输出的线电压波形1.二极管箝位型三电平变换器第33页/共149页第三十四页，编辑于星期二：九点 五十七分。图6-18三电平拓扑输出到电机的相电压波形1.二极管箝位型三电平变换器第34页/共149页第三十五页，编辑于星期二：九点 五十七分。2.二极管箝位型多电平拓扑1)1)开通所有上半桥开关开通所有上半桥开关S Sa1a1、S Sa2a2、S Sa3a3、S Sa4a

19、4，输出电压为，输出电压为U Ua0a0=U Udcdc。2)2)开通开关开通开关S Sa2a2、S Sa3a3、S Sa4a4、S S，输出电压为，输出电压为U Ua0a0=3=3U Udcdc/4/4。3)3)开通开关开通开关S Sa3a3、S Sa4a4、S S、S S，输出电压为，输出电压为U Ua0a0=2=2U Udcdc/4/4。4)4)开通开关开通开关S Sa4a4、S S、S S、SSa3a3，输出电压为，输出电压为U Ua0a0=U Udcdc/4/4。5)5)开通开关开通开关S S、S S、S S、S S，输出电压为，输出电压为U Ua0a0=0=0。第35页/共149页

20、第三十六页，编辑于星期二：九点 五十七分。2.二极管箝位型多电平拓扑图6-19三相二极管箝位型五电平变换器主电路第36页/共149页第三十七页，编辑于星期二：九点 五十七分。表6-1二极管箝位型五电平电路a相开关状态与输出电压的关系2.二极管箝位型多电平拓扑第37页/共149页第三十八页，编辑于星期二：九点 五十七分。图6-20二极管箝位五电平拓扑的电压波形a)输出相电压波形b)输出线电压波形c)两电平拓扑的电机端相电压波形d)五电平拓扑的电机端相电压波形2.二极管箝位型多电平拓扑第38页/共149页第三十九页，编辑于星期二：九点 五十七分。图6-21三相电容箝位型五电平变换器主电路2.二极管

21、箝位型多电平拓扑第39页/共149页第四十页，编辑于星期二：九点 五十七分。3.电容箝位型多电平变换器以下为图以下为图6-216-21电路中电路中a a相输出电压相输出电压Ua0Ua0与桥臂开关管导通状态关系：与桥臂开关管导通状态关系：1)1)当输出当输出U Ua0a0U Udcdc时，对应开关状态为时，对应开关状态为S Sa1a1、S Sa2a2、S Sa3a3、S Sa4a4导通，其余关断。导通，其余关断。2)2)当输出当输出U Ua0a03 3U Udcdc/4/4时，对应开关状态有三种可能组合：时，对应开关状态有三种可能组合：开通开通S Sa1a1、S Sa2a2、S Sa3a3、S

22、S，其余关断，其余关断(U Ua0a0U UdcdcU Udcdc/4)/4)。开通开通S S、S Sa2a2、S Sa3a3、S Sa4a4，其余关断，其余关断(U Ua0a03 3U Udcdc/4)/4)。开通开通S Sa1a1、S S、S Sa3a3、S Sa4a4，其余关断，其余关断(U Ua0a0U Udcdc3 3U Udcdc/4/4U Udcdc/2)/2)。3)3)当输出当输出U Ua0a0U Udcdc/2/2时，对应开关状态有六种可能组合：时，对应开关状态有六种可能组合：开通开通S Sa1a1、S Sa2a2、S S、S S，其余关断，其余关断(U Ua0a0U Udc

23、dcU Udcdc/2)/2)。开通开通S S、S S、S Sa3a3、S Sa4a4，其余关断，其余关断(U Ua0a0U Udcdc/2)/2)。第40页/共149页第四十一页，编辑于星期二：九点 五十七分。3.电容箝位型多电平变换器开通开通S Sa1a1、S S、S Sa3a3、S S，其余关断，其余关断(U Ua0a0U Udcdc3 3U Udcdc/4/4U Udcdc/2-/2-U Udcdc/4)/4)。开通开通S Sa1a1、S S、S S、S Sa4a4，其余关断，其余关断(U Ua0a0U Udcdc3 3U Udcdc/4/4U Udcdc/4)/4)。开通开通S S、

24、S Sa2a2、S S、S Sa4a4，其余关断，其余关断(U Ua0a03 3U Udcdc/4/4U Udcdc/2+/2+U Udcdc/4)/4)。开通开通S S、S Sa2a2、S Sa3a3、S S，其余关断，其余关断(U Ua0a03 3U Udcdc/4/4U Udcdc/4)/4)。4)4)当输出当输出U Ua0a0U Udcdc/4/4时，对应开关状态有三种可能组合：时，对应开关状态有三种可能组合：开通开通S Sa1a1、S S、S S、S S，其余关断，其余关断(U Ua0a0U Udcdc3 3U Udcdc/4)/4)。开通开通S S、S S、S S、S Sa4a4，

25、其余关断，其余关断(U Ua0a0U Udcdc/4)/4)。开通开通S S、S S、S Sa3a3、S S，其余关断，其余关断(U Ua0a0U Udcdc/2/2U Udcdc/4)/4)。5)5)当输出当输出U Ua0a00 0时，对应开关状态为时，对应开关状态为S S、S S、S S、S S导通，其余关断。导通，其余关断。第41页/共149页第四十二页，编辑于星期二：九点 五十七分。3.电容箝位型多电平变换器由上述分析可以看出，电容箝位型多电平电路具有以下特点：由上述分析可以看出，电容箝位型多电平电路具有以下特点：1)1)需要对电容电压进行控制。需要对电容电压进行控制。2)2)需要较多

26、箝位电容。需要较多箝位电容。3)3)同一桥臂内特定开关对的状态互补。同一桥臂内特定开关对的状态互补。第42页/共149页第四十三页，编辑于星期二：九点 五十七分。4.通用箝位型多电平变换器(1)(1)通用型多电平电路结构通用型多电平电路结构(2)(2)通用型五电平电路结构通用型五电平电路结构(3)(3)通用型多电平电路的派生结构通用型多电平电路的派生结构第43页/共149页第四十四页，编辑于星期二：九点 五十七分。(1)通用型多电平电路结构1)1)每一级都是独立工作的。每一级都是独立工作的。2)2)每一级中相邻的开关器件是互锁的。每一级中相邻的开关器件是互锁的。3)3)该结构可以实现电容电压的

27、自平衡。该结构可以实现电容电压的自平衡。4)4)该拓扑具有高度的概括性。该拓扑具有高度的概括性。5)5)需要很多的可控开关管、功率二极管和电容。需要很多的可控开关管、功率二极管和电容。第44页/共149页第四十五页，编辑于星期二：九点 五十七分。(1)通用型多电平电路结构图6-22通用箝位型多电平拓扑结构第45页/共149页第四十六页，编辑于星期二：九点 五十七分。(2)通用型五电平电路结构图6-23通用型五电平变换器拓扑结构第46页/共149页第四十七页，编辑于星期二：九点 五十七分。(2)通用型五电平电路结构图6-24通过开关的通断来实现电压自平衡的工作原理a)=0时开关工作状态b)=1时

28、的开关工作状态第47页/共149页第四十八页，编辑于星期二：九点 五十七分。(2)通用型五电平电路结构表6-2输出电压分别为0，1、2、3 和 4时的开关工作状态第48页/共149页第四十九页，编辑于星期二：九点 五十七分。这种通用型多电平拓扑的特点如下：这种通用型多电平拓扑的特点如下：1)1)这种系统的电能损耗反比于电容量和开关频率。这种系统的电能损耗反比于电容量和开关频率。2)2)相比起一般的二极管箝位和电容箝位式拓扑，这种系统各级的中点电相比起一般的二极管箝位和电容箝位式拓扑，这种系统各级的中点电压都能得到很好的控制。压都能得到很好的控制。3)3)对一个对一个MM级电平的通用型多电平逆变

29、系统，所需的开关器件级电平的通用型多电平逆变系统，所需的开关器件/二极管数二极管数目为目为MM(MM-1)-1)；需要的电容器数量为；需要的电容器数量为MM(MM-1)/2-1)/2。4)4)计算简单，器件应力可达到最小化。计算简单，器件应力可达到最小化。(2)通用型五电平电路结构第49页/共149页第五十页，编辑于星期二：九点 五十七分。(3)通用型多电平电路的派生结构这种通用的多电平拓扑的应用还包括开关电容这种通用的多电平拓扑的应用还包括开关电容DC/DCDC/DC变换器和倍压电路；此外，结合其他电路的使用还可实现双向的变换器和倍压电路；此外，结合其他电路的使用还可实现双向的DC/DCDC

30、/DC变换。也可以用三电平单元代替两电平单元来实现多电平变频器。变换。也可以用三电平单元代替两电平单元来实现多电平变频器。第50页/共149页第五十一页，编辑于星期二：九点 五十七分。(3)通用型多电平电路的派生结构图6-25去除箝位开关后得到的二极管-电容箝位式系统第51页/共149页第五十二页，编辑于星期二：九点 五十七分。(3)通用型多电平电路的派生结构图6-26改进的背对背的二极管箝位式系统第52页/共149页第五十三页，编辑于星期二：九点 五十七分。6.3.3级联型多电平变换器1.1.级联型多电平变换器的典型结构级联型多电平变换器的典型结构2.2.级联型多电平变换器结构扩展级联型多电

31、平变换器结构扩展第53页/共149页第五十四页，编辑于星期二：九点 五十七分。6.3.3级联型多电平变换器图6-27H桥串联五电平变换器两相拓扑结构第54页/共149页第五十五页，编辑于星期二：九点 五十七分。1.级联型多电平变换器的典型结构1)1)采用常规低压采用常规低压IGBTIGBT器件，类似常规低压变频器，技术成熟，可靠性高。器件，类似常规低压变频器，技术成熟，可靠性高。2)2)这种这种H H桥串联型拓扑输出的电压波形随着级数的增加更加接近于正弦波，桥串联型拓扑输出的电压波形随着级数的增加更加接近于正弦波，d du u/d/dt t小，可减少对电缆和电机的绝缘损坏，无需输出滤波器就可以

32、使输出小，可减少对电缆和电机的绝缘损坏，无需输出滤波器就可以使输出电缆长度很长，电机不需要降额使用；同时，电机的谐波损耗大大减电缆长度很长，电机不需要降额使用；同时，电机的谐波损耗大大减小，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力。小，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力。第55页/共149页第五十六页，编辑于星期二：九点 五十七分。1.级联型多电平变换器的典型结构3)3)当某个功率模块损坏时，变频调速系统的主控系统通过检测确认哪一当某个功率模块损坏时，变频调速系统的主控系统通过检测确认哪一级模块损坏，可以整级将有故障的三相模块全部旁路掉，相应的系统级模块损坏，可以

33、整级将有故障的三相模块全部旁路掉，相应的系统减小输出功率，降额使用减小输出功率，降额使用(这个旁路过程本身可以持续下去，直到足以这个旁路过程本身可以持续下去，直到足以支撑电机运行的最小输出功率为止，不必更改主控系统的运行程序支撑电机运行的最小输出功率为止，不必更改主控系统的运行程序)；也可以采用特殊的控制手段，仅仅将故障模块旁路掉，仍然使输出电也可以采用特殊的控制手段，仅仅将故障模块旁路掉，仍然使输出电压对电机出线端三相对称。压对电机出线端三相对称。4)4)输入功率因数高输入功率因数高(0.95(0.95以上以上)，谐波小，整机效率高，谐波小，整机效率高(96%(96%以上以上)，对电网，对电

34、网的污染小。的污染小。第56页/共149页第五十七页，编辑于星期二：九点 五十七分。1.级联型多电平变换器的典型结构图6-287级H桥串联变频系统输出的相电压阶梯PWM波形第57页/共149页第五十八页，编辑于星期二：九点 五十七分。2.级联型多电平变换器结构扩展图6-29 三电平单元桥式串联三相多电平变换器结构第58页/共149页第五十九页，编辑于星期二：九点 五十七分。6.3.4其他多电平结构1.1.混合式多电平结构混合式多电平结构2.2.绕组双端供电型多电平变换器绕组双端供电型多电平变换器第59页/共149页第六十页，编辑于星期二：九点 五十七分。1.混合式多电平结构图6-30改进H桥级

35、联多电平拓扑结构第60页/共149页第六十一页，编辑于星期二：九点 五十七分。2.绕组双端供电型多电平变换器(1)(1)开绕组双端供电型拓扑的提出开绕组双端供电型拓扑的提出(2)(2)双逆变器供电开绕组异步电机拓扑结构分析双逆变器供电开绕组异步电机拓扑结构分析第61页/共149页第六十二页，编辑于星期二：九点 五十七分。(1)开绕组双端供电型拓扑的提出图6-31直流母线电压不独立的开绕组电动机双逆变器结构第62页/共149页第六十三页，编辑于星期二：九点 五十七分。(1)开绕组双端供电型拓扑的提出图6-32异步电机开绕组双端供电示意图第63页/共149页第六十四页，编辑于星期二：九点 五十七分

36、。(2)双逆变器供电开绕组异步电机拓扑结构分析图6-33开绕组异步电机两电平逆变桥供电示意图第64页/共149页第六十五页，编辑于星期二：九点 五十七分。(2)双逆变器供电开绕组异步电机拓扑结构分析图6-34开绕组异步电机三电平逆变桥供电示意图第65页/共149页第六十六页，编辑于星期二：九点 五十七分。(2)双逆变器供电开绕组异步电机拓扑结构分析图6-35双逆变器供电拓扑结构可以等效为两个电气网络a)用理想电压源表示的拓扑b)分解为两个电气网络第66页/共149页第六十七页，编辑于星期二：九点 五十七分。(2)双逆变器供电开绕组异步电机拓扑结构分析图6-36双端供电系统的电路模型第67页/共

37、149页第六十八页，编辑于星期二：九点 五十七分。(2)双逆变器供电开绕组异步电机拓扑结构分析第68页/共149页第六十九页，编辑于星期二：九点 五十七分。6.4多电平变换器的PWM控制6.4.16.4.1多电平载波多电平载波PWMPWM技术技术6.4.26.4.2多电平空间矢量多电平空间矢量PWMPWM技术技术6.4.36.4.3多电平载波与空间矢量的统一多电平载波与空间矢量的统一第69页/共149页第七十页，编辑于星期二：九点 五十七分。6.4.1多电平载波PWM技术1.1.三电平载波三电平载波PWMPWM控制技术控制技术2.2.多电平载波多电平载波PWMPWM技术技术第70页/共149页

38、第七十一页，编辑于星期二：九点 五十七分。1.三电平载波PWM控制技术图6-37二极管箝位型三电平逆变器示意图第71页/共149页第七十二页，编辑于星期二：九点 五十七分。1.三电平载波PWM控制技术图 6-38载波层叠PWM原理图第72页/共149页第七十三页，编辑于星期二：九点 五十七分。1.三电平载波PWM控制技术图6-39三相调制逆变器相电压波形示意图第73页/共149页第七十四页，编辑于星期二：九点 五十七分。1.三电平载波PWM控制技术图6-40载波周期内载波调制示意图第74页/共149页第七十五页，编辑于星期二：九点 五十七分。1.三电平载波PWM控制技术第75页/共149页第七

39、十六页，编辑于星期二：九点 五十七分。1.三电平载波PWM控制技术图6-41载波反相层叠调制法第76页/共149页第七十七页，编辑于星期二：九点 五十七分。1.三电平载波PWM控制技术图6-42典型三电平逆变器相电压和线电压波形a)两相电压b)对应的线电压第77页/共149页第七十八页，编辑于星期二：九点 五十七分。2.多电平载波PWM技术(1)(1)载波层叠法载波层叠法(Carrier Disposition PWM)(Carrier Disposition PWM)(2)(2)载波移相法载波移相法(PS PWM)(PS PWM)第78页/共149页第七十九页，编辑于星期二：九点 五十七分。

40、(1)载波层叠法(Carrier Disposition PWM)1)1)同相层叠方式同相层叠方式(Phase Disposition)(Phase Disposition)。2)2)正负反相层叠式正负反相层叠式(Phase Opposition Disposition)(Phase Opposition Disposition)。3)3)交替反向层叠式交替反向层叠式(Alternative Phase Opposition Disposition)(Alternative Phase Opposition Disposition)。第79页/共149页第八十页，编辑于星期二：九点 五十七分。

41、1)同相层叠方式(Phase Disposition)。图6-43五电平同相层叠方式(PD)调制示意图第80页/共149页第八十一页，编辑于星期二：九点 五十七分。2)正负反相层叠式(Phase Opposition Disposition)。图6-44五电平正负反相层叠方式(POD)调制示意图第81页/共149页第八十二页，编辑于星期二：九点 五十七分。3)交替反向层叠式(Alternative Phase Opposition Disposition)。图6-45五电平交替反向层叠方式(APOD)调制示意图第82页/共149页第八十三页，编辑于星期二：九点 五十七分。3)交替反向层叠式(A

42、lternative Phase Opposition Disposition)。图6-46桥臂的开关动作与PWM控制脉冲的对应关系第83页/共149页第八十四页，编辑于星期二：九点 五十七分。(2)载波移相法(PS PWM)图6-47两种多电平结构及单元模块第84页/共149页第八十五页，编辑于星期二：九点 五十七分。(2)载波移相法(PS PWM)图6-48PWM驱动波形与相应功率单元的对应关系第85页/共149页第八十六页，编辑于星期二：九点 五十七分。(2)载波移相法(PS PWM)图6-49PWM驱动波形与相应功率单元的对应关系第86页/共149页第八十七页，编辑于星期二：九点 五十

43、七分。6.4.2多电平空间矢量PWM技术1.1.三电平空间矢量三电平空间矢量PWMPWM控制控制2.2.多电平空间矢量多电平空间矢量PWMPWM技术技术第87页/共149页第八十八页，编辑于星期二：九点 五十七分。1.三电平空间矢量PWM控制(1)(1)三电平变换器的空间电压矢量模型三电平变换器的空间电压矢量模型(2)(2)三电平空间矢量三电平空间矢量PWMPWM合成合成(3)60(3)60坐标系坐标系SVPWMSVPWM算法算法第88页/共149页第八十九页，编辑于星期二：九点 五十七分。(1)三电平变换器的空间电压矢量模型第89页/共149页第九十页，编辑于星期二：九点 五十七分。(1)三

44、电平变换器的空间电压矢量模型第90页/共149页第九十一页，编辑于星期二：九点 五十七分。(1)三电平变换器的空间电压矢量模型第91页/共149页第九十二页，编辑于星期二：九点 五十七分。(1)三电平变换器的空间电压矢量模型图6-50三电平电路的开关模型第92页/共149页第九十三页，编辑于星期二：九点 五十七分。(1)三电平变换器的空间电压矢量模型图6-51三电平逆变器空间电压矢量分布图第93页/共149页第九十四页，编辑于星期二：九点 五十七分。(1)三电平变换器的空间电压矢量模型第94页/共149页第九十五页，编辑于星期二：九点 五十七分。(2)三电平空间矢量PWM合成为了实现三电平变换

45、器的为了实现三电平变换器的SVPWMSVPWM控制，在每个采样周期内，分为以下四个步骤：控制，在每个采样周期内，分为以下四个步骤：1)1)找出合成参考电压矢量的三个基本矢量。找出合成参考电压矢量的三个基本矢量。2)2)确定三个基本矢量的作用时间，即每个矢量对应的占空比。确定三个基本矢量的作用时间，即每个矢量对应的占空比。3)3)确定各个基本矢量对应的开关状态。确定各个基本矢量对应的开关状态。4)4)确定各开关状态的输出次序以及各相输出电平的作用时间，即确定输出确定各开关状态的输出次序以及各相输出电平的作用时间，即确定输出的开关状态序列，和对应三相的占空比。的开关状态序列，和对应三相的占空比。第

46、95页/共149页第九十六页，编辑于星期二：九点 五十七分。(2)三电平空间矢量PWM合成第96页/共149页第九十七页，编辑于星期二：九点 五十七分。图6-52三电平逆变器空间矢量小区划分(2)三电平空间矢量PWM合成第97页/共149页第九十八页，编辑于星期二：九点 五十七分。(3)60坐标系SVPWM算法1)1)坐标变换。坐标变换。2)2)选择基本矢量。选择基本矢量。3)3)计算作用时间。计算作用时间。4)4)确定输出开关状态。确定输出开关状态。第98页/共149页第九十九页，编辑于星期二：九点 五十七分。1)坐标变换。第99页/共149页第一百页，编辑于星期二：九点 五十七分。1)坐标

47、变换。图6-5560坐标系下三电平空间矢量图第100页/共149页第一百零一页，编辑于星期二：九点 五十七分。2)选择基本矢量。第101页/共149页第一百零二页，编辑于星期二：九点 五十七分。2)选择基本矢量。第102页/共149页第一百零三页，编辑于星期二：九点 五十七分。3)计算作用时间。第103页/共149页第一百零四页，编辑于星期二：九点 五十七分。3)计算作用时间。第104页/共149页第一百零五页，编辑于星期二：九点 五十七分。3)计算作用时间。第105页/共149页第一百零六页，编辑于星期二：九点 五十七分。4)确定输出开关状态。第106页/共149页第一百零七页，编辑于星期二

48、：九点 五十七分。2.多电平空间矢量PWM技术(1)(1)空间矢量模型及控制目标空间矢量模型及控制目标(2)60(2)60坐标系多电平坐标系多电平SVPWMSVPWM方法方法(3)(3)参考电压分解多电平参考电压分解多电平SVPWMSVPWM方法方法(4)(4)多电平通用多电平通用SVPWMSVPWM控制方法控制方法第107页/共149页第一百零八页，编辑于星期二：九点 五十七分。(1)空间矢量模型及控制目标图6-56多电平变换器开关模型第108页/共149页第一百零九页，编辑于星期二：九点 五十七分。(1)空间矢量模型及控制目标第109页/共149页第一百一十页，编辑于星期二：九点 五十七分

49、。(1)空间矢量模型及控制目标图6-57四电平逆变器空间矢量和开关状态图第110页/共149页第一百一十一页，编辑于星期二：九点 五十七分。(2)60坐标系多电平SVPWM方法图6-5860坐标系下五电平矢量图第111页/共149页第一百一十二页，编辑于星期二：九点 五十七分。(3)参考电压分解多电平SVPWM方法1)1)三相参考电压分解。三相参考电压分解。2)2)两电平分矢量的合成。两电平分矢量的合成。3)3)多电平参考矢量的合成。多电平参考矢量的合成。4)4)输出开关状态的选择。输出开关状态的选择。第112页/共149页第一百一十三页，编辑于星期二：九点 五十七分。(3)参考电压分解多电平

50、SVPWM方法图6-59三电平空间矢量图第113页/共149页第一百一十四页，编辑于星期二：九点 五十七分。(3)参考电压分解多电平SVPWM方法图6-60分解为六个两电平空间矢量第114页/共149页第一百一十五页，编辑于星期二：九点 五十七分。(3)参考电压分解多电平SVPWM方法图6-61参考矢量的分解第115页/共149页第一百一十六页，编辑于星期二：九点 五十七分。1)三相参考电压分解。第116页/共149页第一百一十七页，编辑于星期二：九点 五十七分。1)三相参考电压分解。图6-62参考电压示意图第117页/共149页第一百一十八页，编辑于星期二：九点 五十七分。1)三相参考电压分