中高压变频多电平逆变电路的研究

论文摘要

近年来,以多电平形式实现高压输出的多电平变频器成为中高压变频领域重要的发展方向。在这期间产生了大量的多电平拓扑结构,比如最常使用的二极管钳位型,电容钳位型,H桥级联型结构等,但这几种类型各有自己的优缺点,还难以达到理想的效果。本文在分析了现有的拓扑结构的基础上,将“多电平逆变电路基本单元”这一概念加以推广,给出了一种通用式多电平功率变换器的拓扑结构。这种拓扑结构电路是以由电容钳位的半桥式逆变电路为基本单元,按照金字塔的结构形式组成的多级电路,其结构具有高度的概括性,是构造多种逆变器的基础,其他电路都可以视为这种电路的特例。这种逆变器结构的优点是不需要借助附加的电路来抑制直流侧电容电压的偏移问题,从理论上实现了电容钳位的电压自平衡。论文首先介绍几种现有逆变电路的结构和特点。其次采用多电平逆变电路基本单元分析法构造出通用式多电平逆变器的拓扑结构,并详细分析了通用式多电平逆变器的拓扑结构特点、工作原理、控制策略以及与其它现有拓扑结构之间的关系。说明了通用拓扑结构对于分析和构造新型拓扑的基础作用,针对其特点分析采了多载波PWM调制策略,对现有的控制策略进行改进使之更适合于控制通用拓扑结构,并利用MATLAB对模型进行了仿真,得出了逆变器的一些仿真波形。随后使用仿真和数学方法对输出电压的谐波含量进行分析,两种方法取得的分析结果一致,取得了满意效果。本文的研究对于中高压变频器的深入研究具有借鉴意义。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究中高压变频技术的目的和意义
• 1.2 中高压变频技术的发展状况
• 1.3 多电平逆变器概述
• 1.4 脉宽调制（PWM）技术在中高压变频器控制中的应用状况
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第二章 多电平逆变电路主要拓扑结构及演变
• 2.1 最初的三电平逆变器
• 2.2 钳位式多电平逆变器
• 2.2.1 二极管钳位式多电平逆变器
• 2.2.2 电容钳位式多电平逆变器
• 2.2.3 有源中点钳位式多电平逆变器
• 2.3 级联式多电平逆变器
• 2.4 衍生拓扑
• 2.4.1 层叠式多单元逆变器
• 2.4.2 有源中点钳位型多电平逆变器
• 2.5 结论
• 第三章 基本单元分析法构造逆变电路
• 3.1 多电平逆变器的基本单元分析
• 3.2 多电平基本单元概念的提出
• 3.3 组合式多电平逆变器电路的构造
• 3.3.1 基本单元先并联后串联组合电路
• 3.3.2 基本单元先串联后并联组合电路
• 3.4 结论
• 第四章 通用式多电平逆变器
• 4.1 通用式多电平逆变器的特点
• 4.2 通用拓扑和其他拓扑之间的关系
• 4.3 通用式多电平逆变器工作原理
• 4.4 结论
• 第五章 通用式逆变电路多载波 PWM 调制策略研究
• 5.1 载波移相PWM
• 5.1.1 载波移相PWM 调制输出电压表达式
• 5.1.2 载波移相PWM 调制仿真实验
• 5.2 载波层叠PWM
• 5.3 混合多载波PWM 调制技术仿真
• 5.4 结论
• 结束语
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢