基于SVPWM的三電平逆變器的研究

王天正 李魯祥 劉千 趙立正

【摘 要】三電平逆變器與兩電平逆變器相比有很多優點。每個開關管受到直流側母線電壓一半的電壓，更適合于高電壓場合的應用；每次開關時電壓的變化量是兩電平逆變器的一半，效率在理論上可以提高一倍；死區時間減少到兩電平逆變器的一半，輸出波形的諧波也會減少。本文介紹了在SVPWM工作方式下，二極管鉗位型三電平逆變器的開關管的導通次序和導通時間的計算，以及中點電位平衡的控制策略。

【關鍵詞】二極管鉗位型三電平逆變器；SVPWM控制算法；中點電位平衡控制

引言

近年來，多電平逆變器在電力電子領域受到越來越多的關注，多電平逆變器就是實現電壓階梯輸出波形，可以減少諧波含量，提高波形的輸出質量。

在多電平逆變器的控制算法的研究上，現在通用的有正弦波脈沖調制（sinusoidal pulse width modulation，SPWM）和空間矢量脈沖寬度調制（space vector pulse width modulation，SVPWM）兩種調制方法。本文主要介紹了SVPWM控制策略，雖然其計算復雜，但它對電壓的利用率高，開關損耗小，更加適用于大功率的場合。

1二極管鉗位型三電平逆變器

二極管鉗位型逆變器由兩個完全相同的電容和三個橋臂組成。為保證在流入相同的電流的時，中點電位波動更小，電容應取的大一些，本實驗中取10000uf。拓撲結構如圖表1所示。

當Sa1和Sa2導通，Sa3和Sa4關斷時，輸出端相當于連接在了P點，輸出為正電平；當Sa2和Sa3導通，Sa1和Sa4關斷時，輸出端相當于直接連接在了O點，輸出為零電平；當Sa3和Sa4導通，Sa1和Sa2關斷時，輸出端直接連接在了N點，輸出為負電平。通過不同的開關管組合導通方式，在每一相上形成不同的輸出電壓。開關狀態與輸出電平的對應狀態如表格1所示。

2 三相三電平逆變的SVPWM控制策略

三電平空間矢量算法將平面分成了24個區域，當旋轉矢量落在不同的區域時，由不同的基本矢量合成。矢量圖如圖表2所示。

現在以矢量落在1號區域為例，進行矢量作用時間的計算，1號區域如圖表3所示。

將旋轉矢量正交分解可得： ， ， ，聯立以上三個公式可解得： ， ， ，再乘以相應的周期時間便可以求解出V1矢量、V2矢量和零矢量所對應的作用時間。同理可以求解I扇區內其他區域作用時間，將所得結果列入表格2。

3中點電位控制方法

在SVPWM算法中，只有小矢量對中點電位有明確的影響方向，正負小矢量對中點電位的影響是相反的，可以利用小矢量的這個特點進行中點電位的平衡控制。通過檢測中點電位情況，適當調整正負小矢量所占的時間比例，就可以有效控制中點電位。

4實驗結果

相電壓波形圖如圖表4所示，線電壓波形圖如圖表5所示。

參考文獻：

[1]金紅元，鄒云屏等.三電平PWM整流器研究[M].北京：碩士學位論文，2006.

[2]李春燕，嚴仰光，陳新等.基于DSP的數字控制研究[M].碩士學位論文，2004.

[3]吳敏，蘇建會徽等.基于空間矢量法的三電平[M].碩士學位論文，2006.

作者簡介：

王天正，男，1998年5月，青島理工大學，

李魯祥，男，1997年7月，青島理工大學

劉千，男，1998年4月，青島理工大學

趙立正，男，1997年12月，青島理工大學

（作者單位：青島理工大學）