新型直流電流源TPWM級(jí)聯(lián)式多電平逆變器

電流轉(zhuǎn)移的方向如圖4中的箭頭所示。這樣，三相的GT02H橋直流電流源的直流電流波形如圖4中的IdA、IdB、Idc所示，都得到了TPWM調(diào)制。其中每一相的TPWM直流電流波形，就像是單相全波整流器輸出電壓的TPWM電流波形。此波形的基波過(guò)零點(diǎn)為零電位。因此經(jīng)過(guò)其后面的GT02H橋的ZCS同步逆變，就可以得到三相基本TPWM直流電流源逆變器的三相交流電流iA、iB、iC的輸出。由于GT02H橋逆變器是工作在ZCS狀態(tài)，故可以選用廉價(jià)的低頻開(kāi)關(guān)器件如GTO或SCR等。
三相基本TPWM直流電流源逆變器的控制電路示意圖如圖5所示，圖中核心部分有四個(gè)，即三相梯形波發(fā)生器、兩組載波三角波發(fā)生器、兩組載波三角波切換電路和梯形調(diào)制波與載波三角波進(jìn)行比較產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖的比較器，其中兩組載波三角波切換電路是電流型TPWM逆變器特有的。在圖5中，由于調(diào)節(jié)逆變器輸出電流是通過(guò)控制電流源的整流電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的，故在圖中沒(méi)有畫(huà)出。
這里應(yīng)當(dāng)指明的一點(diǎn)是，影響TPWM調(diào)制模式的參數(shù)有兩個(gè)：一個(gè)是調(diào)制度M=UT／Uc，另一個(gè)是載波比F=ωC／ωT為3的倍數(shù)，一般令M=1，F(xiàn)≥9。F越大對(duì)輸出電流波形的改善效果越好，但同時(shí)要求開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)速度越來(lái)越快，成本也越來(lái)越高。

2 N個(gè)三相基本TPwM直流電流源逆變器的并聯(lián)疊加
三相基本TPWM直流電流源逆變器的并聯(lián)疊加，是把N個(gè)如圖1所示的三相基本TPWM直流電流源逆變器中各相TPWM直流電流源，按照A、B、C三相分別直接并聯(lián)疊加，而后再通過(guò)各相的GT02H橋進(jìn)行同步逆變而得到三相交流電流輸出的一種三相TPWM直流電流源級(jí)聯(lián)式多電平逆變器。A相N個(gè)TPWM直流電流源直接并聯(lián)疊加的電路，如圖6所示。這種逆變器的特點(diǎn)是把級(jí)聯(lián)疊加和TPWM控制，從逆變器的開(kāi)關(guān)移到了直流電流源TPWM控制開(kāi)關(guān)VTAl、VTA2……VTAN上進(jìn)行。這種改革給級(jí)聯(lián)式多電平逆變器帶來(lái)了很多優(yōu)點(diǎn)：減少了開(kāi)關(guān)管的數(shù)量；減少了TPWM等效總開(kāi)關(guān)次數(shù)；使逆變開(kāi)關(guān)工作在zCS狀態(tài)；利用廉價(jià)的低速開(kāi)關(guān)器件如GTO或scR等；提高了逆變效率；降低了制造成本；非常適合于7～l 5電平大功率電流型逆變器使用。這是我們近期新開(kāi)發(fā)的一種新型電流型多電平逆變器。這種多電平逆變器輸出電流的m=2N+l，要得到這樣的交流電流波形輸出，圖6中各個(gè)直流電流源控制開(kāi)關(guān)VTA1、VTA2、VTAN的TPWM控制，必須采用同一個(gè)A相梯形波μTA作為調(diào)制波，兩組載波三角波μc1～μcN；μcl’―μcN必須依次滯后2丌／N相位角，以使IdA1、IdA2……IdAN具有相同的基波電流，便于級(jí)聯(lián)疊加。

用N=4個(gè)三相基本TPWM直流電流源逆變器并聯(lián)級(jí)聯(lián)疊加的三相9電平逆變器的原理電路，如圖7所示。四個(gè)直流電流源的電流Id1=Id2=Id3=Id4，通過(guò)各自的TPWM控制開(kāi)關(guān)VTAl、VTA2、VTA3、VTA4對(duì)電流進(jìn)行TPWM控制，它們的載波三角波uC1、uc2、uc3、uc4和ucl’、uc2’、uc3’、uc4’依次滯后2丌／4相位角，并共同采用同一個(gè)A相梯形波uTA作為調(diào)制波進(jìn)行調(diào)制，得到各電流源的TPWM輸出電流IdA1、IdA2、IdA3、IdA4。IdA=IdA1+IdA2+IdA3+IdA4就是A相輸出到GT02HA逆變器上的直流輸入電流源電流，此電流是一個(gè)類似于單相全波整流電壓波形的直流TPWM波形如圖7中的波形所示。然后對(duì)這種直流電流源電流通過(guò)后面的GT02HA橋進(jìn)行同步逆變后，就可以得到9電平TPWM A相交流電流iA輸出。三相交流輸出電流中的B相和C相的工作原理和輸出電流波形，與A相相同。

該多電平逆變器的控制電路如圖8所示。這是一種原理示意圖，它主要由圖5所示的4個(gè)控制電路組合而成的，其中最重要的是兩組載波三角波uC和uC’的切換電路，它是保證實(shí)現(xiàn)相間TPWM控制準(zhǔn)確換流的關(guān)鍵。

3 N個(gè)三相基本TPWM直流電流源逆變器并聯(lián)疊加的特點(diǎn)與開(kāi)發(fā)前景
原始的120。方波電流型逆變器，存在著輸出電流波形差，波形中含有較多奇次諧波，這對(duì)電動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生很不利的影響，而采用N個(gè)三相基本TPWM直流電流源逆變器并聯(lián)疊加，可以極大限度地改善輸出電流的波形，使諧波含量大大減少。
N個(gè)三相基本TPWM直流電
流源逆變器并聯(lián)疊加，是根據(jù)文獻(xiàn)介紹的直流電源PWM級(jí)聯(lián)式多電平逆變器，通過(guò)電壓型一電流型逆變器的對(duì)偶性開(kāi)發(fā)出來(lái)的，因此兩者具有相同的電路結(jié)構(gòu)型式，輸出電流(壓)都比較接近于正弦，都可以不用輸出交流濾波器，都具有較快的動(dòng)態(tài)反應(yīng)速度，都是使用元器件數(shù)量最少，開(kāi)關(guān)損耗最少，逆變效率最高，造價(jià)最低的一種多電平逆變器。只不過(guò)一個(gè)是電壓型多電平逆變器，另一個(gè)是電流型多電平逆變器而已。也正是由于這個(gè)差異，就使兩者之間出現(xiàn)了如下的不同特點(diǎn)：電壓型多電平逆變器要用疊加二極管和反饋二極管，采用的是SPWM控制；而電流型多電平逆變器不用疊加二極管和反饋二極管，使電路更為簡(jiǎn)化，但必須采用TPWM控制，而不能采用SPWM控制，以保證相間準(zhǔn)確換流，和電流源輸出電流的穩(wěn)定不變。
三相基本TPWM直流電流源并聯(lián)疊加多電平逆變器，是經(jīng)過(guò)我們長(zhǎng)時(shí)間的研究最新開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種新型電流型多電平逆變器，其特點(diǎn)是托級(jí)聯(lián)疊加和TPWM控制從逆變器中分離出來(lái)，移到直流電流源TPWM控制開(kāi)關(guān)上實(shí)現(xiàn)，以達(dá)到減少開(kāi)關(guān)器件數(shù)量、減少開(kāi)關(guān)損耗的目的。這種研發(fā)的指導(dǎo)思想，實(shí)際是對(duì)多電平逆變器進(jìn)行電路簡(jiǎn)化的一種技術(shù)改革，由于這種改革，也使電流型多電平逆變器的性能有了明顯的提高，是當(dāng)前多電平逆變器研究的一個(gè)新的重要的發(fā)展方向。

4 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)本文的介紹，新型直流電流源TPWM級(jí)聯(lián)式多電平逆變器，是一種最新研發(fā)出來(lái)的性能優(yōu)越的多電平逆變器。與當(dāng)前鉗位式或級(jí)聯(lián)式電壓型多電平逆變器、典型電流型TPWM疊加式多電平逆變器相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
①所用器件最少，成本最低；
②等效總開(kāi)關(guān)次數(shù)最少，逆變效率最高；
③逆變開(kāi)關(guān)工作在ZCS狀態(tài)，可以用GTO或SCR作開(kāi)關(guān)；
④TPWM控制方法簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)塊；
⑤輸出電流接近于正弦，可以不用交流濾波器；
⑥最適合于電平數(shù)m=7～15的大、中功率逆變器；
⑦體積小、重量輕；