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混合型多電平逆變器電路設(shè)計研究

作者： 時間：2012-03-07 來源：網(wǎng)絡(luò) 收藏
在混合電平式逆變器研究的基礎(chǔ)之上，文獻[7]提出將NPC逆變H橋單元與傳統(tǒng)逆變H橋單元級聯(lián)的5/3型混合單元式拓撲結(jié)構(gòu)方案，如圖2(a)所示，NPC全橋逆變單元可有效克服逆變器高壓單元電壓應(yīng)力過高的缺點。NPC全橋逆變單元可輸出5種電平，傳統(tǒng)H橋單元可輸出3種電平，其數(shù)學描述為n1＝5，n2＝3，n＝2，根據(jù)公式1和3可得，當Uc1＝3Uc2=3E時，輸出可達最大電平數(shù)N＝5×3＝15，表2(a)給出相電壓為正時的各單元電平輸出狀態(tài)。若Uc1的直流母線端采用二極管不可控整流，在相電壓輸出為2E或4E時，會出現(xiàn)NPC全橋單元將其變換的電能一部分注入到了H橋單元，另一部分能量輸送給負載，即產(chǎn)生電流倒灌問題。為了獲得更多的冗余狀態(tài)，則必須減少Uc1與Uc2的比值，文獻[7]選用Uc1＝2Uc2，表2(b)給出了Uc1＝2Uc2=2E時輸出電壓的合成情況，雖然輸出電壓從15電平降為11電平，但由于多出了一些狀態(tài)，從而可根據(jù)負載電流的方向來選擇不同的狀態(tài)組合，以避免出現(xiàn)電流倒灌現(xiàn)象。但該電路使用器件較多。

　　文獻[11]提出了基于NPC三電平變換單元與H橋變換單元級聯(lián)的不對稱型逆變器（Asymmetric Inverter），單相拓撲結(jié)構(gòu)如圖2(b)所示。該電路高壓NPC逆變單元采用的是 IGCT 器件，低壓H橋單元器件采用的是IGBT 開關(guān)器件。其中高壓3電平NPC逆變單元是主要逆變電路，Uc1為3E，這部分電路給輸出提供了主要的電平電壓和大部分輸出功率，因此將NPC逆變單元稱為主逆變單元；低壓的 H 橋逆變電路單元則是輔助逆變電路，Uc2為E，這部分電路給輸出提供了輔助改善波形的電平電壓和小部分輸出功率，因此將這部分逆變電路稱為輔助逆變單元。在功率器件選用上，該電路采用了一種組合的方法，同時利用了兩種不同開關(guān)器件的優(yōu)點：IGCT的高阻斷能力和IGBT的快速開關(guān)能力。但該電路在相電壓輸出為＋2E或者－2E時，輔助逆變單元將輸出對應(yīng)的反相電壓－1E或者＋1E，在有功應(yīng)用中，也會出現(xiàn)電流倒灌現(xiàn)象。如果Uc1為2E，Uc2為E，則可避免電流倒灌現(xiàn)象。

4、混合型逆變器拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計方法要點

　　由前面分析可知，混合型逆變器存在高壓單元電壓應(yīng)力過高、低壓單元電流倒灌的問題。為了解決以上問題，在設(shè)計時可從以下兩方面進行改進：

　　（1）克服高壓單元功率器件電壓應(yīng)力過高問題　　

　

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