三電平逆變器SVPWM控制策略及實(shí)驗驗證

Mark3= （5）

1）當調制比mMark1，即旋轉矢量V*處于扇區D1時(shí)，V*是由V0、V1和V2三個(gè)電壓矢量合成的，如圖3所示。根據矢量合成原理，可以列出如下方程

(6)

解式（6）得

（7）

圖3 旋轉矢量在D1扇區的矢量圖

2）當調制比Mark1mMark2，即旋轉矢量V*處于扇區D7時(shí)，V*是由V1、V2和V7三個(gè)電壓矢量合成的，可列出如下方程 (8)

解式（8）得

(9)

3)當調制比Mark2mMark3，且0θ30°，即旋轉矢量V＊處于扇區D13時(shí)，V＊是由V1、V13和V7三個(gè)電壓矢量合成的,可列出如下方程

（10）

解式（10）得

（11）

4)當調制比Mmark2mMark3，且30°θ60°，即旋轉矢量V＊處于扇區D14時(shí)，V＊是由V2、V7和V14三個(gè)電壓矢量合成的，可列出如下方程

（12）

解式（12）得

（13）

這樣，在計算其它五個(gè)區間的Tx，Ty，Tz時(shí)，只要將式（7）、（9）、（11）和（13）中的θ值分別用θ－60°，θ－120°，θ－180°，θ－240°，θ－300°來(lái)替代即可實(shí)現對整個(gè)矢量空間的計算。

4 最小開(kāi)關(guān)損耗調制算法

在三電平逆變器中，由于冗余開(kāi)關(guān)狀態(tài)的存在，使得一個(gè)電壓矢量對應于兩個(gè)或三個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，因此必須使用一定的算法來(lái)減少開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數，從而減少開(kāi)關(guān)損耗。減少開(kāi)關(guān)損耗算法的基本原則是每次開(kāi)關(guān)狀態(tài)的變化只引起一相電壓的變化并且只有兩個(gè)互補開(kāi)關(guān)管的觸發(fā)信號發(fā)生變化，從而減少了開(kāi)關(guān)損耗并降低了開(kāi)關(guān)頻率。例如，在圖2中，空間矢量從D14扇區旋轉到D15扇區，A、B、C三相開(kāi)關(guān)管的狀態(tài)就可以按照（221→220→210→110→110→210→220→221）→（221→220→120→110→110→120→220→221）的順序來(lái)變化。當空間矢量V＊旋轉到D14扇區時(shí)，這時(shí)的空間矢量是由V2（用開(kāi)關(guān)狀態(tài)221或110表示）、V7（用開(kāi)關(guān)狀態(tài)210表示）和V14（用開(kāi)關(guān)狀態(tài)220表示）三個(gè)矢量共同合成的，第一個(gè)括號內開(kāi)關(guān)狀態(tài)的調制順序就是空間矢量在D14扇區的調制順序。當空間矢量V＊旋轉到D15扇區時(shí)，這時(shí)的空間矢量是由V2（用開(kāi)關(guān)狀態(tài)221或110表示）、V14（用開(kāi)關(guān)狀態(tài)220表示）和V8（用開(kāi)關(guān)狀態(tài)120表示）三個(gè)矢量共同合成的，第二個(gè)括號內開(kāi)關(guān)狀態(tài)的調制順序就是空間矢量在D15扇區的調制順序。其中，開(kāi)關(guān)狀態(tài)221和110代表同一個(gè)矢量V2，以它作為開(kāi)關(guān)狀態(tài)的起始狀態(tài)和末尾狀態(tài)進(jìn)行過(guò)渡。因此，無(wú)論是在扇區的內部還是在兩個(gè)扇區之間，開(kāi)關(guān)狀態(tài)的每一次變化都只有橋臂互補驅動(dòng)信號的兩個(gè)管子開(kāi)關(guān)狀態(tài)發(fā)生了變化，從而減少了開(kāi)關(guān)損耗。

5 實(shí)驗研究

本實(shí)驗主電路拓撲如圖1所示，二極管鉗位型三電平逆變器的主開(kāi)關(guān)器件選用2SK1941，其最大承受電壓可達600V，最大通態(tài)電流16A。鉗位二極管選擇IXY SDESI30，它所能承受的最大通態(tài)電流為12A。逆變PWM開(kāi)關(guān)頻率為5kHz，輸出正弦波基波頻率為278Hz。本數字控制系統是基于TMS320F240 DSP芯片，12路驅動(dòng)信號分別由TMS320F240經(jīng)控制電路產(chǎn)生，全比較單元的六路PWM輸出分別驅動(dòng)ABC三相的S1和S3管，單比較單元的三路PWM信號及其反相信號經(jīng)死區電路后分別驅動(dòng)逆變器的S2和S4管。本控制是通過(guò)dq變換，把正弦交流檢測量轉變?yōu)閐q直流反饋量，再分別進(jìn)行PI調節，然后通過(guò)SVPWM模塊對三電平逆變器進(jìn)行控制。圖4為三相三電平逆變器的控制系統結構圖。

圖4 三電平控制系統結構圖

圖5(a)和圖5(b)分別是二極管鉗位型三電平逆變器輸出相電壓VAN、VBN、VCN和輸出線(xiàn)電壓VBC、VAC的實(shí)驗波形，我們能夠很明顯地看出三電平的形狀，三電平要比兩電平更逼近正弦，因此可以在開(kāi)關(guān)頻率不是很高并且不增加開(kāi)關(guān)管的耐壓值的情況下，獲得較低的諧波畸變率。

(a) 相電壓VAN、VBN、VCN波形

(b) 線(xiàn)電壓VBC、VAC波形