关键字 |
| 多电平逆变器(多层互连),不对称级联h桥多电平逆变器(ACMLI),水平转移载体基于正弦脉宽调制(LSCPWM)技术。 |
介绍 |
| 多级电力转换技术是一个非常快速增长的电力电子领域有潜力进一步发展[1]- [7]。最具吸引力的应用这一技术在中压(2.3 - -13.8 KV)和高功率范围(0.2 -40兆瓦),和包括马达驱动器、配电、电能质量和电力空调应用[2]- [5]。普通的两层逆变器不能用于高功率和高电压应用程序由于功率处理能力的限制和评级的半导体器件[6],[8]。克服半导体电压和电流评级有限,一些系列和/或并联必须从而允许更大的工作电压,进而增加了权力他们能够处理[9]。由于他们与一个更好的谐波频谱合成波形的能力,达到更高的电压,多级逆变器在过去的几十年里收到越来越多的关注。三个最重要的拓扑已经提出了多级逆变器[5]- [11]:diode-clamped (neutral-clamped);电容器箝(飞行电容器)和级联h桥多电平逆变器与独立的直流源。二极管夹需要更多没有二极管和飞行的电容器电容平衡问题。此外,其他几个拓扑已经提出了文献[5],[7]。的级联h桥多电平逆变器有更多没有的优势,如模块化结构和减少不需要的组件比较其他拓扑。提出它是拓扑等驱动的应用程序符合要求的高额定功率(THD和切换损失减少。 |
| 对于高级操作,级联h桥多电平逆变器的首选,但主要缺点是要求多个直流源,这是在许多应用程序中并不可行。,目的是减少直流源的数量需要级联h桥多电平逆变器,一个侧重于不对称级联h桥多电平逆变器使用不平等的直流源在每一个阶段来生成一个三阶段相同步骤多级输出[15]。有很多调制技术在文献中讨论控制等多电平逆变器选择性谐波消除[5],[7],空间矢量调制舰载正弦脉冲宽度调制[9],等等。在本文中,水平转移舰载变频调速技术是用于ACMLI是因为它的简单逻辑,容易实现的优点。 |
对称与不对称级联h桥多电平逆变器 |
| 一个相对较新的电源转换器结构、级联h桥多电平逆变器与单独介绍了直流源。这个新的转换器可以避免额外的钳位二极管和电容电压平衡。图1显示了基本结构的级联h桥多电平逆变器通过单独的三相直流源的配置。不同程度的交流终端电压逆变器串联连接。阶段的输出电压合成了逆变器输出的总和。每个单相全桥逆变器可以生成三个输出级,+ Vdc, 0, - Vdc。这是通过连接交流侧的直流源顺序通过四个半导体电力设备。图2说明了电压极性(正0和负极性)第一h桥单元根据开关状态。 |
图1三相Y-configured ACMLI |
图2输出电压极性第一h桥单元 |
| 这种方法介绍了使用独立直流源产生的想法一个几乎是正弦交流电压波形。每个h桥逆变器连接到自己的直流源。通过级联每个Hbridge逆变器的输出电压,产生一个加强电压波形。对于许多应用程序很难使用独立直流源和太多的直流源需要很多长电缆和可能导致电压不平衡的直流源。减少所需的直流源的级联h桥多电平逆变器,提出了一个不对称拓扑,使用较小的桥梁和直流源。这个方案因此提供了产生高电压的能力在更高的速度和较低的开关频率固有的低开关损耗和高转换效率。 |
图3一阶段腿7和9-level ACMLI的 |
图4一阶段腿ACMLI 15和27-level |
| 在ACMLI,直流电压比二元和三元是最受欢迎的。二进制数列在h桥逆变器的直流电压有比1:2:4:8…。:2 n - 1和最大输出电压(2 n - 1)直流电压和电压水平(2 n + 1 - 1)。在三元发展直流电压的振幅有比1:3:9…。:3 N - 1和最大输出电压达到((3 N - 1) / 2)直流电压和电压水平将3 N,其中N是没有的。H-Bridges。图3和图4显示了一个不对称的电源电路级联h桥多电平逆变器。清晰的图,只有一个阶段腿图所示。7和9-level ACMLI只需要两个H-Bridges分别与二元和三元比例见图3和15 27-level ACMLI三H-Bridges需要分别与二元和三元比,如图4所示。在这种拓扑中,每个单元都有单独的直流环节电压在不同的比率获得不同的水平。 Each H-Bridge cell may have positive, negative or zero voltage. Final output voltage is the sum of all H-bridge cell voltages and is symmetric with respect to neutral point, so the number of voltage levels is odd. The output voltage of each H-Bridge cell for both binary and ternary ratio are given in Table. 1 and Table. 2 respectively. |
表。1每个h桥单元的输出电压为7和15水平 |
表。2的输出电压为9和27-level h桥单元
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| 7个水平不对称级联h桥多电平逆变器由两个H-bridges组成。直流电压比例1:2直流和最大输出电压3伏直流。7-level输出电压的开关状态表3所示。 |
表3 7-level输出电压的开关状态 |
| 九级不对称级联h桥多电平逆变器还包括两个H-bridges。但直流电压比例1:3直流和最大输出电压4直流。9-level输出电压的开关状态表4所示。 |
表4 9-level输出电压的开关状态
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| 15水平不对称级联h桥多电平逆变器由三个H-bridges。直流电压的比例1:2伏直流电和最大输出电压是7直流。15水平输出电压的开关状态表5所示。 |
表5 15水平输出电压的开关状态 |
| 27级不对称级联h桥多电平逆变器还包括三个H-bridges。但直流电压比例1:3直流电压和最大输出电压是13伏直流。27-level输出电压的开关状态表6所示。 |
表。6 27-level输出电压的开关状态 |
基于载波的正弦脉宽调制技术 |
| 这种高度传统技术是基于比较的正弦参考载波信号通常选择三角和修改阶段或垂直位置,减少输出电压谐波含量。由于这种技术的简单性和流行,它将在本文详细分析和将被用作多级的调制器拓扑。 |
| 舰载调制方案多级逆变器通常可以分为两类:相转移和level-shifted调节。两个调制方案可以应用于不对称级联h桥多电平逆变器。总谐波失真的相移调制高于level-shifted调制。因此,我们考虑过level-shifted调制。m-level提出了多电平逆变器使用水平转移多载波调制方案需要(m - 1)三角航空公司,都拥有相同的频率fc和振幅Ac。垂直(m - 1)三角航空公司处理,这样他们占领彼此相邻的乐队。我和频率的参考波形振幅fmand放在中间的运营商。参考波不断与每一个载波信号。有三种类型的舰载PWM技术转移水平如下: |
答:性格相技术(PD) |
| 运营商的垂直偏移7-level ACMLI与PD技术见图5。可以看出,所有的航空公司都是一样互相毗邻阶段和参考正弦波放在中间的运营商。在这里,一个正弦波与六个三角信号。同样,对其他级别一个正弦波与(m - 1)三角信号相比,m是否定的。的水平。 |
图5参考和载波信号PD技术:(a) 7-level (b) 9-level (c) 15水平(d) 27-level |
b .反对派性格相技术(POD) |
| 航空公司的垂直偏移各级ACMLI POD技术见图6。可以看出,他们同样分为两组根据积极/消极的平均水平。在这种彼此相反的两组相同时保持阶段。参考波放在中间的运营商。在这里,一个正弦波与六个三角信号。同样,对其他级别一个正弦波与(m - 1)三角信号相比,m是否定的。的水平。 |
图6 POD技术参考和载波信号:(a) 7-level (b) 9-level (c) 15水平(d) 27-level |
c .替代反对派性格相技术(无足的) |
| 运营商的垂直偏移为各级ACMLI无足的技术是图7所示。在这种技术中,所有运营商彼此相反的阶段,参考波放在中间的运营商。在这里,一个正弦波与六个三角信号。同样,对其他级别一个正弦波与(m - 1)三角信号相比,m是否定的。的水平。 |
图7为无足的技术参考和载波信号:(a) 7-level (b) 9-level (c) 15水平(d) 27-level |
研究在MATLAB中实现 |
| 三个阶段的模拟7,9、15和27-level不对称级联h桥多电平逆变器的方法,使用MATLAB / SIMULINK进行了如图8所示。这里脉冲发生器的子系统建模一个引用波(正弦波)和(m - 1)载波信号(三角波)。第一((m - 1) / 2)三角波应用在正弦波的正半周,第二个((m - 1) / 2)三角波在负半周期的正弦波。 |
| 基于概念解释调制技术,8个脉冲生成7 & 9-level和12脉冲生成15 & 27-level。这些脉冲是给ACMLI的开关在一个阶段的腿。同样为剩余的两个阶段生成的脉冲,通过改变调制信号的移相角度120度。图9:代表7-level的逻辑电路。根据这个概念设计其他层次的逻辑电路也。 |
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图9逻辑电路 |
结果与讨论 |
| 性能分析与不同级别各级ACMLI将变频调速技术喂养一个三相鼠笼式感应电动机。也正在进行谐波分析各级ACMLI即与不同的变频调速技术。,PD,豆荚,无足的。在这里讨论的所有所得的波形细节和官很明显,减少了通过增加ACMLI的水平。因此可以得出结论,ACMLI给低飞的更高层次。相比之下的各级ACMLI美联储感应电动机驱动,是很重要的检查系统的一些参数。参数和评级的三相鼠笼式感应电动机系统中指定表。7。 |
表。7参数和评级的三相感应电动机系统 |
| 阶段的输出电压波形的9、15和27-level ACMLI与三相鼠笼式感应电动机负荷使用LSCPWM技术图13所示。可以观察到有几级的电压波形和27-level电压波形接近正弦波形,如图13所示。 |
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| 三相定子电流是更接近正弦,如图14所示。的速度响应三相鼠笼式感应电动机驱动该转换器已经15所示。峰值超过1600 rpm,峰值后开始安定下来。在时间0.15秒完全静下心来额定转速1440转。介绍了在稳定状态下,一个小的速度脉动由于输出电压的谐波,特别是第五和第七次谐波。同样的力矩图16所示包含一些涟漪,因为谐波。从Fig.17代表谐波频谱,它可以观察到,总谐波失真(THD) 27-level ACMLI使用无足的技术为相电压的调制指数为4.15% 1和规定限额内电能质量标准 |
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| ACMLI |
| 比较所有ACMLIis所示表的水平。8。%性能指标等,(表示数量的直流总线利用率),波峰因素(CF)和形式(FF)相关的电能质量问题已经评估,提出和分析。多电平逆变器系统的结果,而不同的正弦脉宽调制技术。观察到的是27级产生的总谐波失真是4.15%低于其他级别的ACMLI也观察到通过使用无足的技术官少通过比较其他技术。 |
表。8各级ACMLI的性能比较 |
结论 |
| 低的干扰是更频繁地提到了多电平逆变器的优点。看来,使用多级逆变器的最大原因是低飞,这样不需要使用过滤器。NPCMLI和CCMLI相比,CMLI需要更少的组件,每个电压等级都需要相同数量的组件。然而,资源的数量更高,phase-leg能够创建一个数量的电压水平。减少所需的直流源的级联h桥多电平逆变器,提出了一个不对称拓扑,使用较小的桥梁和直流源。这个方案因此提供了产生高电压的能力在更高的速度和较低的开关频率固有的低开关损耗和高转换效率。相电压的拉力不同水平下研究了各级ACMLI转移载体基于正弦脉宽调制技术,如PD,豆荚,无足的官越观察到27级ACMLI也得出结论,无足的是最好的技术。 |
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