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非对称H桥五电平逆变器及其通用调制策略

发布时间:2020-06-30 18:30:37 阅读: 来源:自吸泵厂家

1 引言混合多电平逆变器的功率开关承受的电压应力不同,因此同一拓扑中可以采用不同的功率器件,充分利用了功率开关各自的优点。非对称h桥是混合多电平逆变器中最基本、最典型的一类拓扑,其半桥的功率开关可以分别工作在基频和高频pwm方式,与传统多电平逆变器相比,在输出相同电平数的情况下,减少了功率器件,降低了开关损耗[1,2]。本文首先对非对称h桥五电平逆变器进行了分析,利用其结构特点,提出一种通用的调制策略。最后以电容箝位型非对称h桥拓扑为实验平台,对所提调制策略进行了实验验证。

本文引用地址: 非对称h桥五电平逆变器

非对称h桥拓扑是混合多电平拓扑中最基本、最典型的一类拓扑,其半桥的功率开关可以分别工作在基频和高频pwm方式,与传统多电平逆变器相比,在输出相同电平数的情况下,减少了功率器件,降低了开关损耗。目前最具有实用价值的三种五电平非对称h桥有:双向开关非对称h桥、二极管箝位型非对称h桥和电容箝位型非对称h桥,分别如图1(a)、(b)、(c)所示。图1(a)的双向开关型五电平逆变器通过双向开关(s5和d1~d4)和h桥(s1~s4),将两个直流电源e的电压组合输出五电平交流电压;图1(b)为二极管箝位型五电平逆变器,其左半桥为二极管箝位型三电平半桥,右半桥为两电平半桥,而图1(c)为电容箝位型五电平逆变器,其左半桥为电容箝位型三电平半桥。

传统的多电平逆变器有三类:二极管箝位型、飞跨电容型、h桥级联型,附表为五电平逆变器单相所需功率器件对比表,与传统的三类五电平逆变器相比,前三类拓扑采用电压应力为1:1的功率开关,导致拓扑所需功率开关最多;图1的非对称h桥五电平逆变器混合应用电压应力比为1:2的功率开关,以较少的功率开关输出五电平电压,从输出电压电平数和所用功率开关数的角度来说,比前三类拓扑具有更大的优势。

3 通用调制策略

图1中的非对称h桥五电平逆变器已有的调制策略分别采用特定次谐波消去法[3]和方波-消谐波pwm合成调制策略[4],前者在电机驱动场合的频繁宽调速范围过程中,开关转换时刻的查表值与真实值之间会存在一定的偏差,后者需要把高、低频功率开关的半桥进行分离调制,计算出高频功率开关半桥的调制波,增加了调制策略的复杂性。针对这些问题,本文提出一种对非对称h桥五电平逆变器具有通用性的调制策略。

3.1 通用调制策略原理

目前常用的“半桥”主要有三种类型:两电平半桥hb1、二极管箝位型n电平半桥hb2、电容箝位型n电平半桥hb3。而将这三类“半桥”进行有序混合,构成通用非对称h桥如图2所示。图中hbx’表示这个“半桥”相对于hbx以较少的耐高压功率开关工作于阶梯波调制方式,而hbx则以较多的低压功率开关工作于pwm调制状态,x为1、2、3,偶数m为直流电源的标么系数,输出电压的每个电平电压为e。非对称h桥的特点是,当pwm调制状态的半桥hbx的功率开关承受e的关断电压应力时,右半桥hbx’的功率开关承受的关断电压应力最大需达到me,限制了其功率开关只能为低频、耐高压器件。而图1中的三种非对称h桥五电平拓扑是图2的通用非对称h桥当m=1时的特例。

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