三电平逆变器载波PWM方法的研究

论文摘要

近年来,三电平逆变器由于具有输出容量大、输出电压高、电流谐波含量小等优点,在高压大功率交流电机变频调速领域得到了广泛的应用。本文主要对三电平逆变器的拓扑结构及控制方法进行了深入研究,并对二极管箝位型三电平逆变器的各种载波PWM方法进行了理论和仿真研究。本文首先对多电平逆变器的研究意义和发展现状做了较为详细的综述。其次研究了三电平逆变器的三种基本拓扑结构,对各种结构的工作原理和优缺点进行了阐述。在此基础上,研究了多电平逆变器的各种PWM控制方法,并对三电平逆变器的载波PWM方法进行了详细介绍。本文基于控制自由度组合的思想,在已有的几种载波PWM法的基础上提出了三种新的载波PWM方法,并搭建了MATLAB/Simulink仿真模型。仿真结果表明与传统的载波PWM法相比,本文所提出的载波反相交叠—开关频率优化PWM法的直流电压利用率更大,但这种方法的缺点是谐波较大。另外,本文以中点箝位型三电平逆变器的基本拓扑结构为基础,分析了中点电位不平衡的原因,并对各种载波PWM方法进行了仿真研究。仿真结果表明本文提出的载波反相交叠—开关频率优化等PWM法的中点电压的偏移值与其它方法差别不大,都比较小。最后,本文对三电平逆变器共模电压产生的原因及载波PWM方法对共模电压的影响进行了分析,仿真结果证明了载波反相交叠—开关频率优化等上下载波反相的PWM方法可以降低共模电压。为了消除共模电压的影响,本文还提出了消除共模电压的载波PWM方法,并对其进行了仿真验证。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 多电平逆变器的产生背景和意义
• 1.2 多电平逆变器的发展过程及研究现状
• 1.2.1 多电平逆变器的发展过程
• 1.2.2 多电平逆变器的研究现状
• 1.3 本文所做工作
• 2 三电平逆变器拓扑结构
• 2.1 二极管箝位型三电平逆变器
• 2.1.1 拓扑结构与工作原理
• 2.1.2 二极管箝位型三电平逆变器特点
• 2.2 飞跨电容型三电平逆变器
• 2.2.1 拓扑结构及工作原理
• 2.2.2 飞跨电容型三电平逆变器特点
• 2.3 级联型多电平逆变器
• 2.3.1 拓扑结构及工作原理
• 2.3.2 级联型多电平逆变器特点
• 2.4 本章小结
• 3 三电平逆变器PWM控制方法
• 3.1 多电平逆变器PWM控制方法
• 3.2 三电平逆变器载波PWM控制方法
• 3.2.1 载波层叠PWM方法
• 3.2.2 载波反相层叠PWM方法
• 3.2.3 开关频率优化PWM方法
• 3.2.4 载波交叠PWM方法
• 3.2.5 载波交叠-开关频率优化PWM方法
• 3.3 本章小结
• 4 三电平逆变器新的载波PWM控制方法
• 4.1 控制自由度组合的思想
• 4.2 新的载波PWM控制方法
• 4.2.1 反相开关频率优化PWM方法
• 4.2.2 载波反相交叠PWM方法
• 4.2.3 载波反相交叠-开关频率优化PWM方法
• 4.3 载波比对输出电压的影响分析
• 4.3.1 上下载波同相
• 4.3.2 上下载波反相
• 4.4 仿真分析
• 4.4.1 仿真模型的建立
• 4.4.2 仿真结果
• 4.5 本章小结
• 5 三电平逆变器中点电位平衡问题的研究
• 5.1 中点电位平衡问题产生的原因
• 5.2 载波PWM控制方法对中点电压影响的仿真分析
• 5.2.1 高调制度下的仿真结果
• 5.2.2 低调制度下的仿真结果
• 5.3 本章小结
• 6 三电平逆变器共模电压问题的研究
• 6.1 共模电压的定义
• 6.2 逆变器共模电压的产生原因
• 6.3 载波PWM控制方法对共模电压影响的仿真分析
• 6.3.1 高调制度下的仿真结果
• 6.3.2 低调制度下的仿真结果
• 6.4 消除共模电压的载波PWM方法
• 6.4.1 基本思想
• 6.4.2 仿真研究
• 6.5 小结
• 7 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集