非對稱H橋五電平逆變器及其通用調(diào)制策略
圖2的通用非對稱h橋的右半橋工作在基頻方波調(diào)制時,其驅(qū)動信號與調(diào)制波的過零點同步。根據(jù)調(diào)制波所在正負(fù)區(qū)域的位置及左半橋hbx輸出電壓電平對應(yīng)的開關(guān)狀態(tài),確定出基波周期內(nèi)載波的分布狀態(tài)。而3種類型的“半橋”中功率開關(guān)呈互補(bǔ)對,因此載波數(shù)量即為左半橋hbx的功率開關(guān)互補(bǔ)對數(shù)量,也就是直流電源的標(biāo)么系數(shù)m。圖3為非對稱h橋拓?fù)涞?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/通用">通用調(diào)制策略,載波cm、cm’根據(jù)輸出電壓電平對應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行有序?qū)盈B分布。而正負(fù)區(qū)域內(nèi),載波層疊的位置需根據(jù)輸出電平對應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)決定,調(diào)制波vref與其所在的載波ci層進(jìn)行分層、分區(qū)pwm調(diào)制,得到對應(yīng)功率開關(guān)si互補(bǔ)對的pwm驅(qū)動信號,使得非對稱h橋的uo輸出與載波ci對應(yīng)的pwm電平層。而在此時間區(qū)域內(nèi),其它功率開關(guān)均處于導(dǎo)通/關(guān)斷狀態(tài)。
由圖1的非對稱h橋五電平逆變器的工作機(jī)理可得,非對稱h橋的右半橋的功率開關(guān)均工作于基頻,左半橋功率開關(guān)驅(qū)動信號為pwm互補(bǔ)對,例如圖1(a)中功率開關(guān)s1、s5(或s2、s5)互補(bǔ);圖1(b) 功率開關(guān)s1、s3互補(bǔ)且s2、s4互補(bǔ);圖1(c)功率開關(guān)s1、s4互補(bǔ)且s2、s3互補(bǔ)。由圖3的非對稱h橋通用調(diào)制原理可得非對稱h橋五電平逆變器通用調(diào)制原理如圖4所示。非對稱h橋五電平逆變器在調(diào)制波的正半周期內(nèi),需要2路垂直分布的載波c1、c2,調(diào)制波與這兩路載波進(jìn)行spwm調(diào)制,分別對應(yīng)得到非互補(bǔ)功率開關(guān)s1、s2的驅(qū)動信號,使得五電平逆變器輸出對應(yīng)于載波c1、c2的兩個pwm電平層1、2。右半橋s5的驅(qū)動信號由調(diào)制波的過零點決定。在調(diào)制波的負(fù)半周期內(nèi),載波交錯分布到調(diào)制波的負(fù)區(qū)域,完成負(fù)半周期的spwm調(diào)制,輸出pwm電平層1’、2’。
4 實驗結(jié)果
為了驗證非對稱h橋五電平逆變器的通用調(diào)制策略,本文以單相電容箝位型五電平非對稱h橋拓?fù)錇閷嶒炂脚_,進(jìn)行實驗驗證。直流母線電壓e=20v,載波頻率fc=2khz,調(diào)制波頻率fm=50hz,調(diào)制度ma=0.95,rl負(fù)載,r=100ω,l=63ml。
圖5為功率開關(guān)s1、s5驅(qū)動信號實驗波形,功率開關(guān)s1~s4均工作于高頻pwm狀態(tài),功率開關(guān)s5、s6工作于基頻狀態(tài)。圖6為逆變器輸出電壓與箝位電容電壓實驗波形,uo為逆變器輸出的五電平電壓,uo為逆變器箝位電容電壓,由于正、負(fù)半周期地對箝位電容進(jìn)行充、放電,使得電容電壓存在較小的波動,但通用調(diào)制策略使得箝位電容電壓達(dá)到了較好的平衡。圖7為逆變器輸出電壓與負(fù)載電流實驗波形,il為負(fù)載電流(電阻r兩端電壓),rl負(fù)載使得負(fù)載電流具有較好的正弦度。
5 結(jié)束語
本文對三種非對稱h橋五電平逆變器進(jìn)行了分析,在此基礎(chǔ)上提出一種對非對稱h橋通用的調(diào)制策略,適用于三種非對稱h橋五電平逆變器。最后,通過單相電容箝位型五電平逆變器實驗平臺,驗證了所提方法的正確性與有效性。
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