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混合型多電平逆變器電路設計研究

作者： 時間：2012-03-07 來源：網(wǎng)絡 收藏
　以兩逆變單元級聯(lián)為例，每個H橋逆變單元可以輸出3個電平，其數(shù)學描述為n1＝3，n2＝3，n＝2，根據(jù)公式1和3可得，當Uc2＝3Uc1=3E 時，輸出可達最大電平數(shù)N＝3×3＝9。但每一個輸出合成電壓電平所對應的兩個單元的輸出是唯一的，由表1(a)給出相電壓為正時的各單元電平輸出狀態(tài)可知，沒有冗余的狀態(tài)。如果 Uc2的直流母線端采用二極管不可控整流，在相電壓輸出為2E時，逆變單元2輸出為3E，而逆變單元1輸出為－1E，出現(xiàn)逆變單元2將其變換的電能一部分注入到了逆變單元1，另一部分能量輸送給負載，即產(chǎn)生電流倒灌問題，從而導致電容電壓不平衡，這種情況是顯然不希望出現(xiàn)的。為了獲得更多的冗余狀態(tài)，則必須減少Uc2與Uc1的比值，可選用Uc2＝2Uc1。表1(b) 給出了Uc2＝2Uc1=2E時輸出電壓的合成情況，顯然輸出電壓從9電平降為了7電平，但多出了一些冗余狀態(tài)，從而可以根據(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。

　　H橋混合型逆變器在給定逆變單元數(shù)量的基礎上，可大大提高輸出電壓電平數(shù)量。但由于電壓以2S、3S倍數(shù)增加，而功率器件的耐壓有限，所以H橋混合型逆變電路的串聯(lián)級數(shù)不能無限增加，實際系統(tǒng)的級聯(lián)數(shù)目多不會超過3。

　　在級聯(lián)型逆變器研究的基礎之上，文獻[9]提出一種采用NPC逆變H橋五電平單元作為逆變單元的多電平拓撲結構，文獻[10]將此改進成NPC混合型逆變器，如圖1(b)所示。由于NPC全橋逆變單元可產(chǎn)生五種電平，由式1和式3可知，最大電壓等級比為1:5，Vao電平數(shù)可達25，大大提高了輸出電壓的電平數(shù)目。同樣方法分析可知，當電壓比為1:4和1:5時，該逆變器也會產(chǎn)生電流倒灌現(xiàn)象。為了避免電流倒灌現(xiàn)象，該電路最大電壓比為1:3，單相輸出電平數(shù)為17。相對于H橋混合型逆變器，該電路減少了直流電源的數(shù)目，但增加了功率器件數(shù)量及控制復雜度。

3、混合單元式逆變器拓撲結構分析

　　

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