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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
在混合电平式逆变器研究的基础之上,文献[7]提出将NPC逆变H桥单元与传统逆变H桥单元级联的5/3型混合单元式方案,如图2(a)所示,NPC全桥逆变单元可有效克服逆变器高压单元电压应力过高的缺点。NPC全桥逆变单元可输出5种电平,传统H桥单元可输出3种电平,其数学描述为n1=5,n2=3,n=2,根据公式1和3可得,当Uc1=3Uc2=3E时,输出可达最大电平数N=5×3=15,表2(a)给出相电压为正时的各单元电平输出状态。若Uc1的直流母线端采用二极管不可控整流,在相电压输出为2E或4E时,会出现NPC全桥单元将其变换的电能一部分注入到了H桥单元,另一部分能量输送给负载,即产生电流倒灌问题。为了获得更多的冗余状态,则必须减少Uc1与Uc2的比值,文献[7]选用Uc1=2Uc2,表2(b)给出了Uc1=2Uc2=2E时输出电压的合成情况,虽然输出电压从15电平降为11电平,但由于多出了一些状态,从而可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。但该电路使用器件较多。

  文献[11]提出了基于NPC三电平变换单元与H桥变换单元级联的不对称型逆变器(Asymmetric Inverter),单相如图2(b)所示。该电路高压NPC逆变单元采用的是 IGCT 器件,低压H桥单元器件采用的是IGBT 开关器件。其中高压3电平NPC逆变单元是主要逆变电路,Uc1为3E,这部分电路给输出提供了主要的电平电压和大部分输出功率,因此将NPC逆变单元称为主逆变单元;低压的 H 桥逆变电路单元则是辅助逆变电路,Uc2为E,这部分电路给输出提供了辅助改善波形的电平电压和小部分输出功率,因此将这部分逆变电路称为辅助逆变单元。在功率器件选用上,该电路采用了一种组合的方法,同时利用了两种不同开关器件的优点:IGCT的高阻断能力和IGBT的快速开关能力。但该电路在相电压输出为+2E或者-2E时,辅助逆变单元将输出对应的反相电压-1E或者+1E,在有功应用中,也会出现电流倒灌现象。如果Uc1为2E,Uc2为E,则可避免电流倒灌现象。

4、混合型逆变器设计方法要点

  由前面分析可知,混合型逆变器存在高压单元电压应力过高、低压单元电流倒灌的问题。为了解决以上问题,在设计时可从以下两方面进行改进:

  (1)克服高压单元功率器件电压应力过高问题  



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