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混合型多电平逆变器电路设计研究

作者: 时间:2012-03-07 来源:网络 收藏
 以两逆变单元级联为例,每个H桥逆变单元可以输出3个电平,其数学描述为n1=3,n2=3,n=2,根据公式1和3可得,当Uc2=3Uc1=3E 时,输出可达最大电平数N=3×3=9。但每一个输出合成电压电平所对应的两个单元的输出是唯一的,由表1(a)给出相电压为正时的各单元电平输出状态可知,没有冗余的状态。如果 Uc2的直流母线端采用二极管不可控整流,在相电压输出为2E时,逆变单元2输出为3E,而逆变单元1输出为-1E,出现逆变单元2将其变换的电能一部分注入到了逆变单元1,另一部分能量输送给负载,即产生电流倒灌问题,从而导致电容电压不平衡,这种情况是显然不希望出现的。为了获得更多的冗余状态,则必须减少Uc2与Uc1的比值,可选用Uc2=2Uc1。表1(b) 给出了Uc2=2Uc1=2E时输出电压的合成情况,显然输出电压从9电平降为了7电平,但多出了一些冗余状态,从而可以根据负载电流的方向,来选择不同的状态组合,以避免出现电流倒灌现象。

  H桥混合型逆变器在给定逆变单元数量的基础上,可大大提高输出电压电平数量。但由于电压以2S、3S倍数增加,而功率器件的耐压有限,所以H桥混合型逆变电路的串联级数不能无限增加,实际系统的级联数目多不会超过3。

  在级联型逆变器研究的基础之上,文献[9]提出一种采用NPC逆变H桥五电平单元作为逆变单元的多电平,文献[10]将此改进成NPC混合型逆变器,如图1(b)所示。由于NPC全桥逆变单元可产生五种电平,由式1和式3可知,最大电压等级比为1:5,Vao电平数可达25,大大提高了输出电压的电平数目。同样方法分析可知,当电压比为1:4和1:5时,该逆变器也会产生电流倒灌现象。为了避免电流倒灌现象,该电路最大电压比为1:3,单相输出电平数为17。相对于H桥混合型逆变器,该电路减少了直流电源的数目,但增加了功率器件数量及控制复杂度。

3、混合单元式逆变器分析



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