目前,，三電平逆變器是實(shí)現(xiàn)中高壓,、大容量電機(jī)調(diào)速的主要方式之一，與傳統(tǒng)的兩電平逆變器相比,，其優(yōu)點(diǎn)是能承受高電壓,、電壓電流上升率低等。但是,，由于其逆變狀態(tài)比傳統(tǒng)兩電平多,，加上前端三線整流所帶來(lái)的中點(diǎn)電壓波動(dòng)，其控制算法的復(fù)雜程度也隨之增大,。電壓空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)本質(zhì)上依賴于開(kāi)關(guān)矢量的選擇和開(kāi)關(guān)矢量作用時(shí)間的計(jì)算,，通過(guò)優(yōu)化開(kāi)關(guān)矢量，降低開(kāi)關(guān)頻率,，從而減少了交流側(cè)電流的總諧波畸變率,，提高了母線電壓利用率。
1 三電平逆變器主電路結(jié)構(gòu)
三電平逆變器主電路結(jié)構(gòu)主要是二極管中點(diǎn)箝位(NPC)式,，如圖1所示,。
以電源中點(diǎn)為參考，每一相可以輸出1,、0和-1三種電平,。以U相為例，其輸出規(guī)律為：當(dāng)S1,、S2開(kāi)通,。S3、S4關(guān)斷時(shí),，輸出電壓為1,；當(dāng)S2、S3開(kāi)通,，S1,、S4關(guān)斷時(shí)，輸出電壓為0,；當(dāng)S1,、S2關(guān)斷，S3,、S4開(kāi)通時(shí),，輸出電壓為-1。
對(duì)三相三電平逆變器而言,，每相都有3種(1,、0,、-1)電平輸出，所以三相共有33=27個(gè)電平狀態(tài)輸出,，對(duì)應(yīng)著空間矢量的27個(gè)矢量狀態(tài),，如圖2所示。
2 三電平SVPWM算法的實(shí)現(xiàn)
2．1 參考電壓矢量位置和輸出電壓矢量的確定
SVPWM算法的首要任務(wù)就是判斷參考電壓矢量位于哪個(gè)區(qū)域及該區(qū)域中的哪個(gè)小三角形,，然后依此確定相應(yīng)的輸出電壓矢量,。為了防止輸出電壓產(chǎn)生很高的dv／dt，每次輸出狀態(tài)切換時(shí),，開(kāi)關(guān)狀態(tài)只切換一個(gè)電平,。第I象限正三角形中矢量分區(qū)如圖3所示，其它象限矢量的分析可參照第I象限,。先根據(jù)參考矢量的角度確定出該矢量位于圖2所示的6個(gè)正三角形區(qū)域中的哪一個(gè),，然后可以依據(jù)如下3條規(guī)則進(jìn)一步判斷位于哪個(gè)小三角形。參考電壓矢量所在小三角形的3個(gè)頂點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓矢量就作為參考電壓矢量的基本矢量,。
參考電壓矢量為：
2．2 輸出電壓矢量作用時(shí)間的計(jì)算
在采樣周期內(nèi),，對(duì)于給定的參考電壓矢量Vref可以由3個(gè)基本電壓矢量來(lái)合成，根據(jù)伏秒平衡原理,，滿足方程組：
式中：T1,，T2，T3分別為矢量V1,，V2,，V3對(duì)應(yīng)的作用時(shí)間；TS為采樣周期,。由此方程組得到各基本矢量的作用時(shí)間,，再根據(jù)基本矢量與開(kāi)關(guān)狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，就可以確定開(kāi)關(guān)狀態(tài)及其輸出形式,。
(1)當(dāng)參考矢量在A區(qū)時(shí),，Vref由V0，V1,，V3合成,，作用時(shí)間分別為T0，T1,，T3可得計(jì)算公式如下：
依此類推,，當(dāng)參考矢量在B、C,、D區(qū)時(shí),，也可得到相應(yīng)的計(jì)算公式，不再累述,。
2．3 輸出電壓矢量的作用順序
在每個(gè)SVPWM控制周期中,，需合理安排輸出電壓矢量的作用順序,，輸出電壓矢量作用順序的原則：
(1)為了減少逆變器開(kāi)關(guān)損耗，任一時(shí)刻逆變器僅有一條支路產(chǎn)生通斷動(dòng)作,，并且每條支路狀態(tài)只能由-1變到0,，或由1變到0，或反之,，不允許-1與1之間直接互變,；
(2)盡可能選擇到每個(gè)區(qū)域內(nèi)所有空間電壓矢量,，另外考慮到區(qū)域和扇區(qū)之間矢量過(guò)渡的平滑性,，每個(gè)區(qū)域內(nèi)應(yīng)該先選擇小矢量。由此原則可得到圖3中各區(qū)域輸出電壓矢量的作用順序如表1所示,。
3 結(jié)束語(yǔ)
仿真結(jié)果證明SVPWM控制三電平逆變器是可行的,。而且可以看出三電平逆變器主要特點(diǎn)是由多個(gè)電平臺(tái)階合成的輸出電壓正弦波形，因此,，在相同開(kāi)關(guān)頻率條件下,，與傳統(tǒng)的兩電平逆變器相比，電壓上升率及諧波含量都大大減少,，改善了輸出電壓波形,。線電流波形接近正弦，諧波含量少,，并且能很快趨于穩(wěn)定,。另外，逆變電路中開(kāi)關(guān)管上電壓額定值為直流母線上電壓的一半,，使低壓開(kāi)關(guān)器件可以應(yīng)用于高壓變換器中,。