新型直流電流源TPWM級聯(lián)式多電平逆變器

引言

2008年4月我在本刊上曾發(fā)表過一篇“直流電源PWM級聯(lián)與多電平逆變器的技術(shù)改革”的文章，這是針對電壓型逆變器而寫的。實際上，根據(jù)電壓型與電流型逆變器的對偶性原理，這種改革的思想也同樣可以應(yīng)用到電源型逆變器。

所謂電流型TPWM（Trapezoida-PWM）逆變器的級聯(lián)，就是把N個出電流為TPWM波形的相同三相逆變器進行并聯(lián)疊加。當(dāng)前常用的三相電流型TPWM逆變器的共同特點是，并聯(lián)疊加與TPwM控制，都是在逆變器上進行的，這種級聯(lián)方式存在著使用的器件較多、開關(guān)損耗較大、制造成本較高的缺點。如果把并聯(lián)疊加與TPWM控制都移到直流電流源上進行，可以減少使用元器件的數(shù)量，特別是可以減少使用TPWM開關(guān)器件的數(shù)量，并使逆變開關(guān)自然地工作在ZCS狀態(tài)。這樣，不僅僅提高了逆變效率，同時也大大降低了逆變器
的制造成本。

l 基本三相TPWM直流電流源逆變器的工作原理
基本三相TPWM直流電流源逆變器的原理電路如圖1所示。這是一種新型三相TPWM直流電流源逆變器。它與一般的三相電流型TPWM逆變器有一個很大的差別，即輸出電流的TPWM控制，不是在逆變開關(guān)上進行的，而是在直流電流源上進行的。即在直流電流源與各相輸出2H橋逆變器2HA、2HB、2HC之間，分別串入了一只開關(guān)管VTA、VTB、VTC，用這三個開關(guān)管對直流電流源進行TPWM控制，使各相直流電流IdA、IdB、IdC。得到像單相全波整流器輸出電壓那樣的TPWM直流電流源波形，而后將此波形再經(jīng)過后面的GTO2HA、GTI2HB、GTO2Hc逆變橋的同步ZCS逆變，就可以變成為三相TPWM交流電流輸出。

不過對于電流型逆變器直流電流源進行TPWM控制，不同于對電壓型逆變器直流電源的SPWM控制，即它不能各相獨立地對直流電流源進行TPWM控制，必須按照電流三相逆變器TPWM控制的特點，將三個相的直流電流源一起同時進行TPWM控制，使三相的直流電流源的輸出電流IdA+IdB+IdC=Id，以保證在TPWM調(diào)制工作過程中，使直流電流源Id的輸出電流穩(wěn)定不變。
下面介紹三相基本TPWM直流電流源逆變器的工作原理。
圖1所示的三相基本TPWM直流電流源逆變器，采用的是變載波三角波TPWM控制，其中梯形調(diào)制波的波形，和兩組相位相差180 o的載波三角波的波形如圖2所示，在TPWM控制過程中，兩組載波三角波uc和uc'，必須以各相調(diào)制波uT的周期為間隔，交替地進行切換，并與各相梯形調(diào)制波uT進行比較，在梯形波大于三角波的部分產(chǎn)生正脈沖，小于部分產(chǎn)生零脈沖，用這樣的TPWM控制法，對三相電流型逆變器的直流電流源分別在開關(guān)TVA、TVB、TVc上進行TPWM控制，就可以保證換流在相鄰相之間自動準(zhǔn)確地進行，并保證使直流電流源Id兩端的輸出電流Id=IdA+IdB+IdC穩(wěn)定不變。
三相梯形調(diào)制波uTA、uTB uTC與兩組載波三角波uC和uC'切換位置的對應(yīng)關(guān)系如圖3所示。各相均須按照梯形波的周期，交替地進行切換。
對于圖l所示的三相基本TPWM直流電流源逆變器中的電流源Id，采用上述的TPWM控制得到的各相直流電電流IdA、IdB、IdC和Id的工作波形，如圖4所示。由此工作波形圖可以看出：逆變器的換流是在相鄰相之間進行的。例如在圖4中區(qū)間A的t1～t5期間，電流是在A、C相之間轉(zhuǎn)換；在區(qū)間B的t6～t10。期間，電流是在B、C相之間轉(zhuǎn)換；在區(qū)間C，電流是在A、B相之間轉(zhuǎn)換；在區(qū)間D，電流又回到在A、C相之間轉(zhuǎn)換……。