大容量三电平逆变器叠层母排的研究
三电平变流器载波交叠与层叠策略的对比研究
三电平变流器载波交叠与层叠策略的对比研究
李宁;王跃;雷万钧;王兆安
【期刊名称】《电力电子技术》
【年(卷),期】2015(049)001
【摘 要】分析了应用于三电平中点箝位型(NPC)变流器的载波交叠调制策略基本
原理,并从对中点电压波动的影响、总谐波畸变率(THD)特性两方面与传统载波调
制策略进行对比研究.分析表明载波交叠策略比载波层叠策略引起的中点电压波动
小,输出脉冲基波幅值大,但输出相电压和线电压脉冲中含有低次谐波,THD较大.实
验结果验证了分析的正确性.
【总页数】3页(P17-19)
【作 者】李宁;王跃;雷万钧;王兆安
【作者单位】西安交通大学,电气工程学院,陕西西安710049;西安交通大学,电气工
程学院,陕西西安710049;西安交通大学,电气工程学院,陕西西安710049;西安交通
大学,电气工程学院,陕西西安710049
【正文语种】中 文
【中图分类】TM46
【相关文献】
1.三电平逆变器调制策略及载波交叠调制线性度方法 [J], 季必胜;郁建周;梁光耀;
杨青;陶艳华
2.三电平NPC变流器双调制波载波调制策略调制波最优解的研究 [J], 李宁;王跃;
郭伟;王兆安
3.新型三电平NPC变流器双调制波载波调制策略 [J], 李宁;王跃;王兆安;张辉
4.低载波比下三电平中点钳位变流器改进型同步载波脉宽调制策略研究 [J], 高瞻;
李耀华;葛琼璇;赵鲁;张波
5.一种三电平中点钳位变流器改进型载波反相层叠脉宽调制策略 [J], 高瞻;李耀华;
葛琼璇;赵鲁;王珂
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三电平逆变器变频调速系统的研究
三电平逆变器变频调速系统的研究随着电力电子技术和微处理器技术的不断发展，三电平逆变器变频调速系统在工业领域中的应用越来越广泛。
这种调速系统具有高效率、高可靠性、节能等优点，因此受到许多行业的青睐。
本文将对三电平逆变器变频调速系统进行深入研究，旨在为其在工业控制领域中的更好应用提供理论支持和实践指导。
三电平逆变器变频调速技术是一种基于电力电子器件逆变器的高效调速方法。
其基本原理是通过改变逆变器的开关状态，控制交流电机的转速，从而实现电机的调速。
三电平逆变器相较于传统的两电平逆变器，具有更高的电压利用率、更低的谐波畸变和更好的电磁兼容性等优点。
因此，三电平逆变器变频调速系统在工业领域具有广泛的应用前景。
建立三电平逆变器变频调速系统的数学模型，包括三电平逆变器模型和交流电机模型。
通过MATLAB/Simulink进行系统仿真，探究不同参数对系统性能的影响。
结果表明，随着电机转速的增加，三电平逆变器的开关频率也相应增加，系统效率得到提高；同时，适当的调制策略能够有效降低谐波畸变和电磁干扰。
基于异步电动机和矢量控制的三电平逆变器变频调速控制策略，通过将异步电动机的定子电流分解为转矩分量和磁通分量，并分别对其进行控制，从而实现电机的精确调速。
对该控制策略进行仿真分析，结果表明该策略具有较高的控制精度和响应速度，并且在不同负载和电机参数下均表现出良好的鲁棒性。
为验证所提出控制策略的有效性和优越性，搭建了三电平逆变器变频调速实验平台，并对不同参数设置下的调速效果进行了比较。
实验结果表明，采用基于异步电动机和矢量控制的三电平逆变器变频调速控制策略的实验系统，具有更高的调速精度、更快的响应速度和更好的鲁棒性。
对比传统的两电平逆变器变频调速系统，三电平逆变器变频调速系统在效率和性能上均表现出显著优势。
通过对三电平逆变器变频调速系统的深入研究，本文成功建立了一套完整的数学模型，提出了一种基于异步电动机和矢量控制的三电平逆变器变频调速控制策略，并通过实验验证了其有效性和优越性。
基于svpwm的三电平逆变器控制策略研究
基于svpwm的三电平逆变器控制策略研究
基于svpwm（Space Vector Pulse Width Modulation）的三电平
逆变器控制策略研究是一个有趣又有兴趣的话题，尤其是在有需要开
发出新一代控制策略以满足市场不断提高要求时，受到越来越多的关注。
SVPWM是一种多相双向逆变器控制的有效方式，它能够在负载测动
或静态状态时提供有效的响应，以调节输出电压并减少电磁悬浮。
然而，当输出功率较大时，可能会出现火花现象，增加了损耗，影响了
系统效率。
因此，采用三电平逆变器技术减少了火花现象，可以改善
输出功率对分部多脉冲控制的响应。
SVPWM技术与三电平逆变器的结合构成了一种适用于三电平逆变器
的新一代控制策略，可以有效改善该系统的性能。
在研究中，已经实
现了针对三电平逆变器的改进的SVPWM策略，调节了单相的输出电压，将负载拖动电流降低至最低，并且可以对输入电压的变化作出及时响应，从而提高系统效率。
此外，由于信号电平与控制精度之间的关系，本文还介绍了如何
可以使用基于三电平逆变器的SVPWM策略来提高信号电平和控制精度
之间的性能。
该方案利用不同的控制方法来控制三相的逆变器的输出，通过理论和仿真结果，得出了显著的改善效果。
总而言之，基于svpwm的三相逆变器控制策略研究可能会取得长
足的进展，以满足市场的新一代控制需求。
在相关的研究工作中已经
取得了良好的成果，并且有望在未来继续发展，使得三电平逆变器能
够发挥更好的控制性能。
三相三电平逆变器SVPWM控制研究
作者简介：王璨(1986-)，女，硕士研究生，主要研究方向电力电子.
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船舶机电设备 2011/06
图 1 中点箝位三电平逆变电路图
图 2 三电平逆变器空间电压矢量分布图
A 、 B 、 C 各桥臂的三态开关变量。以 A 相桥臂为例，若 Sa=0，则表示开关管T1、T2关断，T3、T4导通；Sa=1，则 表示开关管T1、T4关断，T2、T3导通；Sa=2，则表示开关 管T3、T4关断，T1、T2导通 。 A相输出端A对电源中点O的电压UAO可以用A相开关 变量结合输入直流电压Udc来表示：
V1 t1 + V2 t2 + V7 t7 = Vref T t1 + t2 + t7 = T
v v v v
其中， Vref 为目标电压矢量。
v
图 3 参考电压矢量的分解
用，且开关矢量的作用是对称的。 3）零矢量的作用时间是等份分配的。 在三电平逆变电路中，每相的开关状态有三种， 即-1（N），0（O），1（P），对应的交流侧输出电压 为-Udc/2，0，Udc/2。综合考虑以上因素，表1给出了当参 考矢量在空间逆时针转动时第一扇区开关矢量的作用顺 序，表中每一列从上到下为矢量的作用顺序。
2空间矢量pwm算法将如图2所示的电压空间矢量按大六边形的六个大矢12aaodcsvu?12bbodcsvu?12ccodcsvu?1100112101abadcbcbcacvsuvsvs?????????????????????????????????2111216112anadcbnbcncvsuvsvs????????????????????????????????????0203mmu1234323coscossinsin323coscossinsin34sinsin33coscossinsinmmmm??????????????66船舶机电设备201106academicresearch技术交流图3参考电压矢量的分解可知当1mm时坐标属于区域1
基于SVPWM的三电平逆变器的研究
基于SVPWM的三电平逆变器的研究作者：王天正李鲁祥刘千赵立正来源：《科学导报·科学工程与电力》2019年第09期【摘要】三电平逆变器与两电平逆变器相比有很多优点。
每个开关管受到直流侧母线电压一半的电压，更适合于高电压场合的应用；每次开关时电压的变化量是两电平逆变器的一半，效率在理论上可以提高一倍；死区时间减少到两电平逆变器的一半，输出波形的谐波也会减少。
本文介绍了在SVPWM工作方式下，二极管钳位型三电平逆变器的开关管的导通次序和导通时间的计算，以及中点电位平衡的控制策略。
【关键词】二极管钳位型三电平逆变器；SVPWM控制算法；中点电位平衡控制引言近年来，多电平逆变器在电力电子领域受到越来越多的关注，多电平逆变器就是实现电压阶梯输出波形，可以减少谐波含量，提高波形的输出质量。
在多电平逆变器的控制算法的研究上，现在通用的有正弦波脉冲调制（sinusoidal pulse width modulation，SPWM）和空间矢量脉冲宽度调制（space vector pulse width modulation，SVPWM）兩种调制方法。
本文主要介绍了SVPWM控制策略，虽然其计算复杂，但它对电压的利用率高，开关损耗小，更加适用于大功率的场合。
1二极管钳位型三电平逆变器二极管钳位型逆变器由两个完全相同的电容和三个桥臂组成。
为保证在流入相同的电流的时，中点电位波动更小，电容应取的大一些，本实验中取10000uf。
拓扑结构如图表1所示。
当Sa1和Sa2导通，Sa3和Sa4关断时，输出端相当于连接在了P点，输出为正电平；当Sa2和Sa3导通，Sa1和Sa4关断时，输出端相当于直接连接在了O点，输出为零电平；当Sa3和Sa4导通，Sa1和Sa2关断时，输出端直接连接在了N点，输出为负电平。
通过不同的开关管组合导通方式，在每一相上形成不同的输出电压。
开关状态与输出电平的对应状态如表格1所示。
2 三相三电平逆变的SVPWM控制策略三电平空间矢量算法将平面分成了24个区域，当旋转矢量落在不同的区域时，由不同的基本矢量合成。
三电平可调逆变电源研究的开题报告
三电平可调逆变电源研究的开题报告一、研究背景随着电力电子技术的不断发展和应用，逆变电源已经成为现代电力电子技术中的一项重要技术。
在工业、交通、通讯等各个领域中发挥着越来越重要的作用。
传统的逆变电源结构中通常采用两级全桥电路，虽然这种结构简单，但效率低、功率密度小；为了提高其效率，同时又要保证小体积、轻重量等特点，近年来出现了三电平可调逆变电源，它具有更高的变换效率和更小的体积重量比。
二、研究目的本研究旨在探索三电平可调逆变电源的原理、拓扑结构和控制策略，分析其特点和优缺点，并研制出一套实用化、高性能的工业应用样机。
三、研究内容1、三电平电路的基本原理和特点分析；2、三电平可调逆变电源的拓扑结构分析；3、三电平可调逆变电源的控制策略研究；4、电路的建模、仿真分析，性能评价；5、实验验证及性能测试。
四、预期成果1、掌握三电平可调逆变电源的基本原理和特点；2、建立三电平可调逆变电源的模型和仿真平台；3、设计出一套实用化、高性能的三电平可调逆变电源工业应用样机；4、实现电路的实验验证及性能测试。
五、研究意义本研究能够为三电平可调逆变电源的应用提供技术支持、推动其在工业应用中的普及和应用。
同时，对于电力电子学科研究和发展具有一定的意义和价值。
六、研究方法本研究主要采用文献调研、电路建模和仿真、实验验证及性能测试等方法进行。
七、进度安排第一阶段：文献调研，寻找研究资料、归纳整理；第二阶段：电路建模及仿真，分析电路特点、建立模型和仿真；第三阶段：控制策略研究，分析控制特点和策略；第四阶段：设计实验验证电路，进行性能测试。
八、参考文献1、黄一元. 可调质量三电平逆变电源技术研究[D]. 武汉理工大学,2008.2、谢建红.新型三电平可逆变技术及其在UPS中的应用研究[D].华中科技大学,2004.3、王禹.三电平可变电压电源逆变器的研究[D]. 西北工业大学,2011.4、庄琴琪.三电平逆变电源的研究[D]. 浙江工业大学,2011.5、英国电力电子协会.电力电子工程师手册[M]. 第三版. 北京: 机械工业出版社,2017.。
三电平NPC逆变器SVPWM控制策略及中点电位平衡研究
三电平NPC逆变器SVPWM控制策略
三电平NPC逆变器SVPWM控制策略
SVPWM是一种先进的空间矢量调制技术，通过将一个采样周期内的三个电压矢 量分配到两个开关器件上，可以获得与常规PWM相比更高的调制效率和更好的输 出波形质量。对于三电平NPC逆变器，SVPWM控制策略的关键是选取合适的调制方 式、脉宽调制参数和中点电位控制策略。
中点电位平衡研究
中点电位的影响主要有以下几个方面：
中点电位平衡研究
1、输出波形质量：中点电位不平衡会导致输出波形畸变，产生谐波污染；
中点电位平衡研究
2、开关器件的可靠性：中点电位不平衡会导致开关器件承受电压增大，降低 其可靠性；
中点电位平衡研究
3、系统的稳定性：中点电位不平衡会影响系统的稳定运行，可能导致系统振 荡甚至崩溃。
结论与展望
结论与展望
本次演示对三电平NPC逆变器SVPWM控制策略及中点电位平衡问题进行了深入 研究，提出了一种有效的控制方法。实验结果表明，该方法可以有效提高逆变器 的性能和可靠性。然而，在实际应用中仍存在一些问题需要进一步探讨，例如如 何进一步优化脉宽调制参数和中点电位平衡控制策略，以获得更好的输出波形质 量和系统稳定性。
三电平NPC逆变器SVPWM控制策略
电流跟踪控制参数也是SVPWM控制策略的重要组成部分。本次演示采用PI （Proportional-Integral）控制器来实现电流跟踪控制，通过调节PI控制器的 参数，达到快速跟踪输出电流的目的。
中点电位平衡研究
中点电位平衡研究
中点电位平衡问题是三电平NPC逆变器运行过程中的一个关键问题。中点电位 的平衡与否直接影响到逆变器的性能和可靠性。中点电位的产生原因是逆变器两 个半桥中点电压的差值，它可能会导致半桥电容充放电不平衡，进而影响逆变器 的正常工作。
大功率三电平逆变器
大功率三电平逆变器一、引言随着电力电子技术的不断发展，三电平逆变器作为一种新型的逆变器拥有着广泛的应用前景。
在众多的三电平逆变器中，大功率三电平逆变器因其具有较高的转换效率、可靠性和稳定性等优点而备受关注。
本文将对大功率三电平逆变器进行详细介绍。
二、大功率三电平逆变器的结构大功率三电平逆变器由直流侧、中间电路和交流侧组成。
其中，直流侧包括整流桥和滤波电容；中间电路包括两个分别与整流桥相连的分支，每个分支包括两个开关管和一个中间点；交流侧包括输出滤波器和负载。
三、大功率三电平逆变器的工作原理1. 正常工作状态下：当开关管S1、S2均导通时，直流侧充满了能量，并将能量传输到中间点1上；当开关管S3、S4均导通时，直流侧充满了能量，并将能量传输到中间点2上。
此时，在交流输出端口上形成一个正弦波形式的交流信号。
2. 故障工作状态下：当开关管S1、S4均导通时，直流侧充满了能量，并将能量传输到中间点1上；当开关管S2、S3均导通时，直流侧充满了能量，并将能量传输到中间点2上。
此时，在交流输出端口上形成一个矩形波形式的交流信号。
四、大功率三电平逆变器的优点1. 降低谐波：大功率三电平逆变器具有更好的输出波形质量和较低的谐波含量，可以有效地降低对负载的影响。
2. 提高效率：大功率三电平逆变器具有较高的转换效率，可以节省能源和成本。
3. 提高可靠性：大功率三电平逆变器具有更好的稳定性和可靠性，可以减少故障率和维修成本。
五、大功率三电平逆变器在实际应用中的应用1. 光伏发电系统：大功率三电平逆变器可以将太阳能板产生的直流信号转换为交流信号，并接入公共电网中。
2. 风力发电系统：大功率三电平逆变器可以将风力发电机产生的直流信号转换为交流信号，并接入公共电网中。
3. 电动汽车充电桩：大功率三电平逆变器可以将交流电转换为直流电，以满足电动汽车的充电需求。
六、结论大功率三电平逆变器具有较高的转换效率、可靠性和稳定性等优点，在实际应用中具有广泛的应用前景。
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大容量三电平逆变器叠层母排的研究
摘要：1500V大容量集中式三电平逆变器，分布杂散电感对IGBT的关断特性有
着重要影响，叠层母排的设计能有效减小杂散电感，抑制各功率器件的关断电压
尖峰，省去吸收电容，使结构紧凑。本文提出了一种复合铜排的设计，通过理论
与仿真计算了该设计方案的杂散电感，并用实验加以验证，最后给出了系统结构
和实验波形。
关键词：三电平逆变器，杂散电感，叠层母排
1 引言
直流母线回路电感的大小与母线的连接方式有很大关系，通常采用的铜排连
接由于正负母线间距较大，因此回路面积较大，导致较大的等效电感。叠层平面
母排由紧密贴合的正负极铜板和夹在两者之间的绝缘材料构成三明治结构，绝缘
片采用高绝缘强度材质，厚度较小，保证了正负铜板之间极小的回路面积，减小
了等效电感。
本文提出了一种复合叠层母排设计，以1500V 大容量逆变器为研究对像，最
后通过仿真和实验加以验证，证明是该叠层铜排的设计是有效的。
2 三电平逆变器换流回路杂散电感的影响分析
三电平逆变器存在换流过程，研究其中输出相电压为正的换流情况，其中
IGBT由开通转为关断的基本状态有两种，其他状态都可以依此类推，图1（a）表
示T1正在关断，T3正在开通，电流流向负载端（为正方向），图1（b）表示T3
正在关断，T1正在开通，电流流向直流侧（为负方向）。在换流过程中，电流
IT1或IT3正在减小，电流IDc1或IDF正增大，这两路突变电流会在其经过的各段
连接线路和器件的杂散电感上感应产生高频电压，如下图1（a）与图1（b）所
示，这些铜排连接线路和器件构成一个“换流回路”。
换流过程中产生的感应电压为：
式中， 为T1管换流过程中各段连接铜排及器件杂散电感的总和。
IGBT T1管上的电压应力为：
可见，换流回路上叠加的感应电压与直流电压一起加在图1（a）的T1，或图
1（b）的T3上，产生关断电压尖峰。尖峰过高，可能会导致IGBT过压击穿、开
关损耗增大等负面问题。杂散电感 越小，T1管的应力UT1越小。
本文提到的复合叠层母排就是尽可能的减小各IGBT在换流过程中的杂散电感。
3 低杂感母线铜排的设计
3.1 多层母排的叠层原理研究
叠层母排如下图2所示，平面母排的总电感由两部分组成：每块铜板磁通自
铰链产生的内电感 ，磁通穿过两块极板包围面积造成的外电感 ，内电感 可用如
下公式计算：
式中 是相对磁导率， 为空气磁导率。上式说明，内电感 与平面母线的长度L
成正比，与铜排间的间距无关，为了减小铜排的杂感感量，应尽可能减小铜排长
度。
当 和 时，外电感 可以近似得到：
若 ，式可以简化为：
由上式可知，如果平面母排长度L越短，铜排间距d越小，铜排宽度w越大，
叠层母排的内、外电感就越小。
3.2 三电平逆变器的叠层母排设计
三电平逆变器采用半桥IGBT模块（集成两个IGBT管），共采用3个IGBT模
块，如下图3所示，即IGBT模块1/2/3，有AC1铜排、AC2铜排、P铜排、0极
铜排、N铜排共五层，依次分别为：AC1铜排为模块2连接至模块3之间的铜排，
AC2铜排为模块1至模块3之间的铜排，正极、中点N极、负极。0铜排位于P
铜排与N铜排中间，磁场可以相互抵消，且0铜排与P铜排间的最高耐压仅为
750Vdc，非最高电压为1500Vdc，减小了绝缘材料的强度要求；AC1铜排位于上
面第二层，AC2铜排位于最上面一层。
4 仿真与实验结果
4.1 杂散电感仿真分析
用Q3D仿真软件得到，T1管换流回路的杂感仿真值为35nH，同样可仿真得
到T4管换流回路的杂感仿真值为22nH。
4.2 实验结果分析
将上述方案设计的叠层母排，与功率模组一起做双脉冲测试，测试方法为：
将T2管的e极与直流母线的N点用空心电感短接，T1管关断，T2发双脉冲，T3
管常通，T4管关断，如图5，Vdc加载400V~750V电压，T1发双脉冲，T2管常
通，T3与T4管常关断；当Vdc侧加750Vdc，第二个脉冲导通时刻，如图6所示：
T1管电压Vce在第二个脉冲导通时刻产生的缺口电压△U约为192V；T1管
电流变化率为 ；二极管反向恢复电流△I=278A，反向恢复后电流的拖尾时间约为
0.521us；杂散电感Ls=△U/（ ）=39.97nH；因此IGBT T1管对应的换流回路杂散
电感为39.97nH。将其他IGBT管按同样方法做双脉冲测试，测得的杂感及电压尖
峰如下表1：
可见，在直流侧最高输入1500Vdc时，T2管的最高电压应力为1038V，满足
1200V IGBT的规格要求，铜排的杂散电感设计是满足要求的。
（黄色为双脉冲电压，绿色为Vce电压，红色为电流）
5 总结
本文研究了大容量三电平逆变器换流回路杂散电感的影响，及叠层母排杂散
电感的产生机理，及对IGBT关断特性的影响。以1500V大容量逆变器为研究对
像，仿真与实验证实了复合的叠层母排设计能有效减小铜排杂感，并减小关断剑
锋，省掉吸收电容，使结构紧凑，是可行的方案。
参考文献：
[1]易荣，赵争鸣，袁立强. 高压大容量变换器中母排的优化设计[J].电工技术
学报，
[2]吴文力，赵治华，潘启军，陶涛. IGBT复合母排换流回路电感研究 [J].电力
电子技术，2013，47（2）：36～40.