新型直流電流源TPWM級聯(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。此波形的基波過零點為零電位。因此經(jīng)過其后面的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)，故可以選用廉價的低頻開關器件如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，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行比較產(chǎn)生驅(qū)動脈沖的比較器，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控制電流源的整流電壓來實現(xiàn)的，故在圖中沒有畫出。
這里應當指明的一點是，影響TPWM調(diào)制模式的參數(shù)有兩個：一個是調(diào)制度M=UT／Uc，另一個是載波比F=ωC／ωT為3的倍數(shù)，一般令M=1，F(xiàn)≥9。F越大對輸出電流波形的改善效果越好，但同時要求開關管的開關速度越來越快，成本也越來越高。

2 N個三相基本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，而后再通過各相的GT02H橋進行同步逆變而得到三相交流電流輸出的一種三相TPWM直流電流源級聯(lián)式多電平逆變器。A相N個TPWM直流電流源直接并聯(lián)疊加的電路，如圖6所示。這種逆變器的特點是把級聯(lián)疊加和TPWM控制，從逆變器的開關移到了直流電流源TPWM控制開關VTAl、VTA2……VTAN上進行。這種改革給級聯(lián)式多電平逆變器帶來了很多優(yōu)點：減少了開關管的數(shù)量；減少了TPWM等效總開關次數(shù)；使逆變開關工作在zCS狀態(tài)；利用廉價的低速開關器件如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中各個直流電流源控制開關VTA1、VTA2、VTAN的TPWM控制，必須采用同一個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，便于級聯(lián)疊加。

用N=4個三相基本TPWM直流電流源逆變器并聯(lián)級聯(lián)疊加的三相9電平逆變器的原理電路，如圖7所示。四個直流電流源的電流Id1=Id2=Id3=Id4，通過各自的TPWM控制開關VTAl、VTA2、VTA3、VTA4對電流進行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A相梯形波uTA作為調(diào)制波進行調(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。然后對這種直流電流源電流通過后面的GT02HA橋進行同步逆變后，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，它是保證實現(xiàn)相間TPWM控制準確換流的關鍵。

3 N個三相基本TPWM直流電流源逆變器并聯(lián)疊加的特點與開發(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，這對電動機會產(chǎn)生很不利的影響，而采用N個三相基本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個三相基本TPWM直流電
流源逆變器并聯(lián)疊加，是根據(jù)文獻介紹的直流電源PWM級聯(lián)式多電平逆變器，通過電壓型一電流型逆變器的對偶性開發(fā)出來的，因此兩者具有相同的電路結(jié)構型式，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，都具有較快的動態(tài)反應速度，都是使用元器件數(shù)量最少，開關損耗最少，逆變效率最高，造價最低的一種多電平逆變器。只不過一個是電壓型多電平逆變器，另一個是電流型多電平逆變器而已。也正是由于這個差異，就使兩者之間出現(xiàn)了如下的不同特點：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，使電路更為簡化，但必須采用TPWM控制，而不能采用SPWM控制，以保證相間準確換流，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)過我們長時間的研究最新開發(fā)出來的一種新型電流型多電平逆變器，其特點是托級聯(lián)疊加和TPWM控制從逆變器中分離出來，移到直流電流源TPWM控制開關上實現(xiàn)，以達到減少開關器件數(shù)量、減少開關損耗的目的。這種研發(fā)的指導思想，實際是對多電平逆變器進行電路簡化的一種技術改革，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，是當前多電平逆變器研究的一個新的重要的發(fā)展方向。

4 結(jié)束語
通過本文的介紹，新型直流電流源TPWM級聯(lián)式多電平逆變器，是一種最新研發(fā)出來的性能優(yōu)越的多電平逆變器。與當前鉗位式或級聯(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：
①所用器件最少，成本最低；
②等效總開關次數(shù)最少，逆變效率最高；
③逆變開關工作在ZCS狀態(tài)，可以用GTO或SCR作開關；
④TPWM控制方法簡單，動態(tài)響應塊；
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；