1、1三相三电平逆变器空间电压矢量速记法张庆范 山 东 大 学二极管中点箝位式 NPC(Neutral Point Clamped)三相三电平逆变器,每相桥臂有四个电力电子器件 T1、T 2、T 3、T 4，四个续流二极管 D1、D 2、D 3、D 4，二个箝位二极管 D5、D 6。每相桥臂可以安排三种开关状态，若用 Sa 、S b 、S c 表示A、B、C 三相桥臂的开关状态，则 Sa 、S b 、S c应是三态开关变量。用 Sa 变量表示 A 相桥臂开关状态。若 T1、T 2断，T 3、T 4通，S a = 0，A 接电源负端，V a0、=-V D/2若 T1、T 4断，T 2、T 3通，S
2、a = 0，A 接电源 0 端，V a0、=0若 T3、T 4断，T 1、T 2通，S a = 0，A 接电源正端，V a0、=+V D/2A 相桥臂开关 Sa开关变量状态Sa1(T1)Sa2(T2)Sa3(T3)Sa4(T4)VA0输出电压Sa开关状态1 1 0 0 +VD/2 2 P0 1 1 0 0 1 O0 0 1 1 -VD/2 0 N2定义三相桥臂三态开关变量 Sa Sb Sc，每相桥臂开关 Sa 、S b 、S c都有三种开关状态 0、1、2（或 N、O、P，-1、0、1）。Sa = 0、1、2 S b = 0、1、2 Sc = 0、1、22 2 21 1 10Sa0Sb0Sc三
3、相三电平逆变器共有 33=27 种开关状态，开关状态为（S a Sb Sc）3，每一种开关状态（S a Sb Sc）都对应一组确定的电压 Va0、V b0、 Vc0，从而对应一个确定的空间电压矢量 V。对应的 27 个特定空间电压矢量是 V0、V 1、V 26，定义矢量（S a Sb Sc）的各个矢量为：V 0(000),V1(001),V2(002),V3(010),V4(011),V5(012),V6(020),V7(021),V8(022),V9(100),V10(101),V11(102),V12(110),V13(111),V14(112),V15(120),V16(121),V17
4、(122),V18(200),V19(201),V20(202),V21(210),V22(211), V24(220), V25(212),V26(221),V27(222)。以上用文字叙述的方法记住这 27 种空间电压矢量，确实是件不容易的事，不如发明一种新的快速记忆方法空间电压矢量速记法。3空间电压矢量速记法C 相 3 列 9 行 0、1、2B 相 9 行 3 列 0、1、2A 相 9 行 3 列 0、1、2。sa sb sc sa sb sc sa sb scV0 0 0 0 0 0 1 0 0 2V3 0 1 0 0 1 1 0 1 2V6 0 2 0 0 2 1 0 2 2V9 1
5、 0 0 1 0 1 1 0 2V12 1 1 0 1 1 1 1 1 2V15 1 2 0 1 2 1 1 2 2V18 2 0 0 2 0 1 2 0 2V21 2 1 0 2 1 1 2 1 2V24 2 2 0 2 2 1 2 2 2A 相输出端 A 对电源终点 0 的电压 Va0可用 A 相开关变量 Sa与直流输入电压 VD表示。Va0 =（S a -1）/2 S a = 0、1、2, V a0 =-VD/2 、0、+V D/2。输出线电压为：V ab= Va0- Vb0=（S a -Sb）/2 。 43.DC/DC 变换电路 直流斩波电路Buck 降压斩波电路Boost 升压斩波电
6、路Buck-Boost 两象限可逆直流斩波电路四象限直流斩波电路V1V2VoutS1S2V1Vout1S1S2V2V3Vout2S3S4V1V2Vout1S1S2Vout2S3S4(a) 多电平变换器的基本单元 (b) 基本单元的串联 (c) 基本单元的并联图 1-14 多电平变换器的基本单元及其串、并联4.DC/AC 变换电路单相逆变电路 画出两基本单元电路的并联电路图；三相逆变电路 画出三基本单元电路的并联电路图；三相电压型逆变器567三相三电平逆变器利用两个 IGBT 器件（两桥臂）串联电路作为基本单元，设计IGBT 变换器电路。 二极管箝位三电平三相电压型（IGBT）逆变器。画出一相（
7、两基本单元电路的串联）主电路电路图。S1S2S3S4Dc2Dc1C1C2D1D2D3D4Vo 2E8空间矢量 PWM 方法(SVPWM)多电平 SVPWM 方法和两电平 SVPWM 方法一样，是一种建立在空间矢量合成概念上的 PWM 方法。多电平 SVPWM 方法是由两电平 SVPWM推广所得到的。以三相三电平电路为例，它的每一相可输出正(P)、零(O)、负(N)三种状态，如果将三相的 3 种状态进行组合，则三相三电平逆变器可能输出 3=27 种状态，由此可画出三相三电平的六角形空间矢量图，如图 1-18 所示。) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) 234561BDABDC其
8、中 24 种为非零矢量(有六种空间位置重合)，3 种零矢量，这24 种非零矢量将圆周分为 12 个 30区域(两电平是 6 个 60区域)。并且空间电压矢量的模不再是如两电平中固定为直流侧电压 Vdc，而是有 Vdc、 Vdc/2、Vdc/2 三种情况。因此，可以认为多电平逆变3器空间电压矢量法的控制思想与两电平 SPWM 是一致的：对某一个参9考电压矢量，用所在区域相应的电压矢量适时合成，切换所得。不同点在于多电平 SVPWM 的电压矢量更“密集”，模大小可选择的种类更多，合成时“过渡”更自然，所合成磁链更接近圆磁场，因而控制更精确，输出电压谐波更小。空间电压矢量法是一种较为优越和应用广泛的
9、多电平逆变器 PWM方法，其优越性表现在：在大范围的调制比内具有很好的性能；无需其它控制方法所需存储的大量角度数据；直流电压利用率高等。当然这一方法应用在五电平以上的场合，会存在控制算法过于复杂的问题。10图 1-18 三相三电平空间矢量图11121.1.1. 二极管箝位型多电平逆变器 5678图 1-1 所示是二极管箝位型五电平逆变器的单臂电路结构。分压电容 ，1234C因此 ；每相桥臂有 8 个开关器件 S1S8 串联，每 4 个开关器件同时1234VVcc处于导通或关断状态，其中(S1，S5)、(S2，S6)、(S3，S7)、(S4，S8)为互补工作的开关对，也即当其中的一个开关导通时，
10、另一个一定关断；反之亦然；Dc1，Dc1, Dc2，Dc2 , Dc3，Dc3为箝位二极管。五电平逆变器的输出电压及其对应的开关状态如表 1-1 所示。对于 n 电平的二极管箝位型逆变器拓扑，每个桥臂需要(n-1)个直流分压电容，2(n-1)个主开关器件，(n-1)(n-2)个箝位二极管。通过组合三个相同的单臂电路，利用相同的分压电容，可以容易得到三相电路，如图 12 所示。S1S8S2S3S4S5S6S7C1C2C3C4Dc3Dc6Dc4Dc5Dc8Dc9Dc10Dc11Dc12Dc1Dc2VoV1V2V3V4V5Dc7Vdc表 1-1 二极管箝位型五电平逆变器输出电压与开关状态之间的关系(“1”表示开关器件导通状态，“0”表示开关器件关断状态)开关状态输出电压S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8Vdc/2 1 1 1 1 0 0 0 0Vdc/4 0 1 1 1 1 0 0 00 0 0 1 1 1 1 0 0V dc/4 0 0 0 1 1 1 1 0V dc/2 0 0 0 0 1 1 1 113C1C2C3C4V1V2V3V4V5C5C6C7voS1S2S3S4S5S6S7S8G1G2G3G4G5G6G7Vout2Vout1VoV1V2G8图 46 混合二极管箝位级联型多电平拓扑
