三电平三相逆变器27空间矢量速记法

1、三相三电平逆变器空间电压矢量速记法张庆范山东大学二极管中点箝位式 NPC(Neutral Poi nt Clamped) 三相三电平逆 变器,每相桥臂有四个电力电子器件 、T2、T3、T4,四个续流二极管 D、D、D3、D4,二个箝位二极管 D5、D6。每相桥臂可以安排三种开关状态，若用Sa、Sb、S表示A、BC三相桥臂的开关状态，则 S、S、Sc应是三态开关变量。用Sa变量表示A相桥臂开关状态。若、T2 断，T3、T4 通，Sa= 0，A 接电源负端，Va。、=-Vd/2若 Tl、T4 断，T2、T3 通，Sa= 0，A 接电源 0 端，Va。、=0若 T3、T4 断，Tl、T2 通，Sa=

2、 0，A 接电源正端，Va0、=+VD/2A相桥臂开关Sa开关变量状态Sa1(T 1)S2(T2)Sa3(T3)Sa4(T4)VA0输出电压Sa开关状态1100+V)/22P011001O0011-V D/20N定义三相桥臂三态开关变量Sa Sb Sc，每相桥臂开关S、Sb、S都有三种开关状态0、1、2 (或N O P，-1、0、1)。Sa = 0、1、2 S b = 0、1、2 S c = 0、1、22Sa2Sb2S111000三相三电平逆变器共有33=27种开关状态，开关状态为(Sa SbSc) 3,每一种开关状态(Sa Sb Sc)都对应一组确定的电压V、Vb。、Vco,从而对应一个确定

3、的空间电压矢量V。对应的27个特定空间电压矢量是Vo、Vi、V26，定义矢量(SaSbSc) 的 各 个 矢 量 为：Vo(OOO), W001), V2(002), M(010), U(011),V 5(012),V 6(020),V 7(021) ,V8(022), V9(100), M°(101),V ii(102),V i2(110),V i3(111),V i4(112),V 15( 120),V i6(121),V i7(122),V i8(200),V i9(201),V 2°(202),V 2i(210),V 22(211 ),V 24(220), V 25

4、(212),V 26(221),V 27(222)。以上用文字叙述的方法记住这27种空间电压矢量，确实是件不容易的事，不如发明一种新的快速记忆方法一一空间电压矢量速记 法。空间电压矢量速记法C相3列9行0、1、2B相9行3列0、1、2A相9行3列0、1、2SaSbScSaSbScSaSbScV0000001002V3010011012V6020021022V9100101102V1211011111218200201202V21210211212V24220221222A相输出端A对电源终点0的电压Vao可用A相开关变量Sa和直流输 入电压Vd表示。Va0 = （ S

5、a -1 ） /2 S a = 0、1、2, V a0 =-V D/2、0、+"/2。输出线电压为：Vab= Va0- V b0=（ Sa -Sb） /2。3.DC/DC变换电路直流斩波电路Buck降压斩波电路Boost升压斩波电路Buck-Boost两象限可逆直流斩波电路四象限直流斩波电路(a)多电平变换器的基本单元图1-14多电平变换器的基本单元及其串、并联(b)基本单元的串联4.DC/AC变换电路单相逆变电路 画出两基本单元电路的并联电路图; 三相逆变电路 画出三基本单元电路的并联电路图; 三相电压型逆变器05 153306“ABOPgTAI2IIIII&8088009

6、888!2W不6Z°2(a)三和逆变主电路580809889899891cotCDtcotCDtcotcotCDtcotCA2兀an| yo)ry、oo&9QQQCCN©BZABn ;J 4n :1"sssssssssssSS88S&i yn2BC(C)三角形负裁(d)星形负载;(f) T6TtT2导通零值电路A _ R _(e) t5t6Tj导通等值电路Q C(g) TXT2T3导通會值电路ABrH=FcB轴20(a)电路c轴(b)空间矢量VN(c)矢1(101)的电路 通态开关 器件T©BC2(010)第3扇区3(011)卩3第4扇区

7、Vx1(001)c轴扇区.2j60°6(110)第 1 jo扇区第5A轴4(100)第6扇区扇区忆5(101)(d) 6个特定欠量456561612123234345456561612123234345456561612123234345154623154623154623状念Sa=lSSSSSSSSBKd ； 盘、沖C<xXXx>! Q,:Sc = la a IVSSSSSBk叽一；5r ! ?r k-rsz:Sf4111 11 11 11 1 |riitIkxwXSxi ；iiiiiNNNNKNS3SKNMS0IAN%N%NSKSNNSi4.I.'%A 二險屮

8、iKXsNWXliiir/D :7pm：!PH-:：；:扑厂nTVKrrrrrrKrrrm IIIaIIIIIIIIIIIIIIIa)t 2ITK-6(c):相二电平逆蜚电鼬电压波形VBO(3三相二电平逆变电賂11LJVAH(d)-相三电平逆变电毬也岀波腿三相三电平逆变器利用两个IGBT器件(两桥臂)串联电路作为基本单元，设计 IGBT变换器电路。二极管箝位三电平三相电压型(IGBT)逆变器。 画出一相(两基本单元电路的串联)主电路电路图。4._1i-2ES3/Jp空间矢量PWM方法(SVPWM)多电平SVPWI方法和两电平 SVPWI方法一样，是一种建立在空间矢量合成概念上的 PWM方法。多

9、电平 SVPW方法是由两电平 SVPWM推广所得到的。以三相三电平电路为例，它的每一相可输出正（P）、零（0）、负（N）三种状态，如果将三相的3种状态进行组合，则三相 三电平逆变器可能输出33=27种状态，由此可画出三相三电平的六 角形空间矢量图，如图1-18所示。V11(-1-11)V10(0-11)V9(1-11)113DB11)0)18(10-1)V15(-11-1)V16(01 -1)V17(11-1)0) (-10-1)0)(00-DBV2(101)8(1 -10)(0-10)AV1V12(-101V13(-111)V14(-110)(0-1-1) V7(1-1-1)其中24种为非零

10、矢量（有六种空间位置重合），3种零矢量，这24种非零矢量将圆周分为12个30°区域（两电平是6个60°区域）。并且空间电压矢量的模不再是如两电平中固定为直流侧电压Vdc,而是有Vdc、3Vdc/2、Vdc/2三种情况。因此，可以认为多电平逆变器空间电压矢量法的控制思想和两电平 SPW是一致的：对某一个参考电压矢量，用所在区域相应的电压矢量适时合成，切换所 得。不同点在于多电平SVPWI的电压矢量更“密集”，模大小可选 择的种类更多，合成时“过渡”更自然，所合成磁链更接近圆磁 场，因而控制更精确，输出电压谐波更小。空间电压矢量法是一种较为优越和使用广泛的多电平逆变器 PWM方

11、法，其优越性表现在：在大范围的调制比内具有很好的性能；无 需其它控制方法所需存储的大量角度数据；直流电压利用率高等。 当然这一方法使用在五电平以上的场合，会存在控制算法过于复杂 的问题。STA TE 11 I 201 J9 I IS I 21 I 24 H5 I 6 I 7 I 8 I 5 I 2 > 1 I 120 I 19 I0兀2n<c）输出电压波形图图1-18三相三电平空间矢量图Ti-lKiC2=P犹4-Q-lt4-i-olT4- hJA広-l2k -l-%4-A +B-UBC +化A-EJN(a)电路结构D5TJ 2PAA 3P! ±L T.|2gABCN(b)

12、零态屆=0T3.T4导通，T>T空截止(c) 1 态，阴=1T"T?导通，"J斗戡止N（2蘇Sa=2TpTj导通,T'Tq戡止1.1.1.二极管箝位型多电平逆变器 问图1-1所示是二极管箝位型五电平逆变器的单臂电路结构。分压电容因此vcl；每相桥臂有8个开关器件S1 S8串联，每4个开关器件同时处于导通或关断状态，其中(S1 , S5)、(S2 , S6)、(S3 , S7)、(S4 , S8)为互补工作的开关对，也即当其中的一个开关导通时，另一个一定关断；反之亦然；Del, Dc1',Dc2，Dc2',Dc3, Dc3'为箝位二极管。五电平逆变器的输出电压及其对应的开关状态如表1-1所示。对于n电平的二极管箝位型逆变器拓扑，每个桥臂需要(n-1)个直流分压电容，2(n-1)个主开关器件，(n-1)( n-2) 个箝位二极管。通过组合三个相同的单臂电路，利用相同的分压电容，可以容易得到三相电路，如图1-2所示。V5C1¥V4Dc8c3Dc9c4S1S2VdcV3Dc10c5V2C4-I-V1Dc11Dc6S3S4S6Dc2N Vo表1-1二极管箝位型五电平逆