專利名稱：一種中性點(diǎn)箝位h橋五電平高壓變頻器及其調(diào)制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高壓變頻器的技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種中性點(diǎn)箝位/H橋(NPC/H)五電平高壓變頻器及其調(diào)制方法。
背景技術(shù)：
多電平變頻器越來越廣泛地應(yīng)用于軋鋼、煤炭、鐵路、船舶、水利等高壓大功率傳動領(lǐng)域，其電壓變化率dv/dt小，輸出電壓電流諧波含量低，功率開關(guān)器件的耐壓等級低?，F(xiàn)有的中高壓大功率變頻器多采用三電平NPC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其輸出相電壓為三個電平級數(shù)。此外也有H橋級聯(lián)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過級聯(lián)可以得到不同的輸出電壓電平級數(shù)。空間電壓矢量調(diào)制法(SpaceVector Pulse Width Modulation，SVPWM)是多電平逆變器的一種脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation, PWM)控制方法，多電平SVPWM的實現(xiàn)也有不同的方法。通常采用七段式SVPWM，但是該方法的缺點(diǎn)是:算法復(fù)雜，計算量大，需要特別考慮開關(guān)器件的散熱問題。而且，在器件開關(guān)頻率相同的情況下，該算法的逆變器等效開關(guān)頻率低，輸出電壓諧波含量高，器件開關(guān)損耗高。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種中性點(diǎn)箝位/H橋(NPC/H)五電平高壓變頻器及其調(diào)制方法，其在器件開關(guān)頻率相同的情況下，逆變器等效開關(guān)頻率低，輸出電壓諧波含量高，器件開關(guān)損耗高；而且可以拓展至任意電平級數(shù)的逆變器。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種中性點(diǎn)箝位/H橋五電平高壓變頻器，其包括預(yù)充電電路、18路脈沖變壓器、整流橋、3個五電平NPC/H-橋單元、12塊脈沖驅(qū)動板和控制板；其中，所述預(yù)充電電路經(jīng)所述18路脈沖變壓器和所述整流橋分別與所述3個五電平NPC/H-橋單元連接，所述控制板通過所述12塊脈沖驅(qū)動板與所述3個五電平NPC/H-橋單元連接。根據(jù)上述的中性點(diǎn)箝位/H橋五電平高壓變頻器，其中，所述五電平NPC/H-橋單元包括直流側(cè)電源和逆變電路，其中，所述直流側(cè)電源由輸入側(cè)移相變壓器、整流器和直流側(cè)電容構(gòu)成，所述逆變電路由兩個NPC橋臂構(gòu)成H橋，每個NPC橋臂由四個IGBT和兩個二級管構(gòu)成。根據(jù)上述的中性點(diǎn)箝位/H橋五電平高壓變頻器，其中，所述控制器包括FPGA和DSP。進(jìn)一步地，根據(jù)上述的中性點(diǎn)箝位/H橋五電平高壓變頻器，其中，所述DSP用于算法運(yùn)算，所述FPGA用于產(chǎn)生脈沖觸發(fā)所述五電平NPC/H-橋單元中的IGBT。根據(jù)上述的中性點(diǎn)箝位/H橋五電平高壓變頻器，其中，每個脈沖驅(qū)動板用于觸發(fā)所述五電平NPC/H-橋單元中的兩個IGBT。另外，本發(fā)明還提供了一種基于上述的中性點(diǎn)箝位/H橋五電平高壓變頻器的三段式空間矢量脈寬調(diào)制方法，其包括以下步驟:步驟一、選擇下一首發(fā)狀態(tài):對于任意的開關(guān)狀態(tài)[Sa，Sb，S。]，定義其開關(guān)狀態(tài)值S為:
權(quán)利要求
1.一種中性點(diǎn)箝位/H橋五電平高壓變頻器，其特點(diǎn)在于，包括預(yù)充電電路、18路脈沖變壓器、整流橋、3個五電平NPC/H-橋單元、12塊脈沖驅(qū)動板和控制板；其中，所述預(yù)充電電路經(jīng)所述18路脈沖變壓器和所述整流橋分別與所述3個五電平NPC/H-橋單元連接，所述控制板通過所述12塊脈沖驅(qū)動板與所述3個五電平NPC/H-橋單元連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中性點(diǎn)箝位/H橋五電平高壓變頻器，其特征在于，所述五電平NPC/H-橋單元包括直流側(cè)電源和逆變電路，其中，所述直流側(cè)電源由輸入側(cè)移相變壓器、整流器和直流側(cè)電容構(gòu)成，所述逆變電路由兩個NPC橋臂構(gòu)成H橋，每個NPC橋臂由四個IGBT和兩個二級管構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中性點(diǎn)箝位/H橋五電平高壓變頻器，其特征在于，所述控制器包括FPGA和DSP。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的中性點(diǎn)箝位/H橋五電平高壓變頻器，其特征在于，所述DSP用于算法運(yùn)算，所述FPGA用于產(chǎn)生脈沖觸發(fā)所述五電平NPC/H-橋單元中的IGBT。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中性點(diǎn)箝位/H橋五電平高壓變頻器，其特征在于，每個脈沖驅(qū)動板用于觸發(fā)所述五電平NPC/H-橋單元中的兩個IGBT。
6.一種基于權(quán)利要求1所述的中性點(diǎn)箝位/H橋五電平高壓變頻器的三段式空間矢量脈寬調(diào)制方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、選擇下一首發(fā)狀態(tài): 對于任意的開關(guān)狀態(tài)[sa，Sb, SJ，定義其開關(guān)狀態(tài)值S為: S=Zsi /=a,b,c 此外，定義兩個參數(shù)來描述開關(guān)順序的變化，開關(guān)狀態(tài)變化總量△ S和單相開關(guān)狀態(tài)變化值δS: Δ5= Σ 5 -^ι /=a,b,c SS = max I S'n -S；31 r=a,b,c 然后，根據(jù)以下原則得出第二個開關(guān)順序的首發(fā)狀態(tài): 1)找出下一個三角形中具有最小開關(guān)狀態(tài)變化總量AS的所有開關(guān)狀態(tài)，如果含有多于一個狀態(tài)，那么進(jìn)行下一步； 2)選擇具有最小的單相開關(guān)狀態(tài)變化值SS的開關(guān)狀態(tài)，如果還有多余狀態(tài)，那么進(jìn)行下一步； 3)選擇具有最小開關(guān)狀態(tài)值S的首發(fā)狀態(tài)完成算法； 步驟二、設(shè)計開關(guān)順序: 對于每個扇區(qū)中的16個三角形，將每個三角形中的各個開關(guān)狀態(tài)值根據(jù)降序依次標(biāo)號為①至⑤，同一個三角形中的狀態(tài)值為連續(xù)的整數(shù)；根據(jù)開關(guān)順序產(chǎn)生規(guī)律表，含有圓點(diǎn)和箭頭的直線表示開關(guān)順序，圓點(diǎn)位置則表示首發(fā)狀態(tài)；開關(guān)順序根據(jù)首發(fā)狀態(tài)得出，含有箭頭的直線經(jīng)過3個開關(guān)狀態(tài)，形成三段式開關(guān)順序，每個扇區(qū)中的三角形含有5種開關(guān)順序，并且根據(jù)首發(fā)狀態(tài)選擇其中的I種作為開關(guān)順序； 步驟三、開關(guān)順序解碼: 利用解碼表將數(shù)字編碼轉(zhuǎn)換成驅(qū)動信號，其中，解碼表為5種可能的數(shù)字編碼_2，-1,O, I和2，進(jìn)而產(chǎn)生門極驅(qū)動信號；數(shù)字編碼I和-1對應(yīng)著兩種不同的電路狀態(tài)，數(shù)字編碼O對應(yīng)著三種不同的電路狀態(tài)。
7.根據(jù)上述的中性點(diǎn)箝位/H橋五電平高壓變頻器的三段式空間矢量脈寬調(diào)制方法，其特征在于，步驟二中，開關(guān)順序設(shè)計的約束條件為:開關(guān)狀態(tài)的改變僅僅涉及一個橋臂的兩個開關(guān)器件，即一個 器件導(dǎo)通，另一個器件截止。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種中性點(diǎn)箝位/H橋五電平高壓變頻器及其調(diào)制方法，該變頻器包括預(yù)充電電路、18路脈沖變壓器、整流橋、3個五電平NPC/H-橋單元、12塊脈沖驅(qū)動板和控制板；其中，所述預(yù)充電電路經(jīng)所述18路脈沖變壓器和所述整流橋分別與所述3個五電平NPC/H-橋單元連接，所述控制板通過所述12塊脈沖驅(qū)動板與所述3個五電平NPC/H-橋單元連接。本發(fā)明克服現(xiàn)有空間矢量脈寬調(diào)制算法，等效開關(guān)頻率低，輸出電壓諧波含量高，器件開關(guān)損耗高的不足，提供了一種實用的五電平高壓變頻器。
文檔編號H02M7/487GK103151946SQ20131009968
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月26日
發(fā)明者姜建國, 潘慶山, 劉賀, 羅*, 徐亞軍, 喬樹通 申請人:上海交通大學(xué)