零電壓開(kāi)關(guān)三相三電平二極管中點(diǎn)箝位逆變器及其調(diào)制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及三相三電平逆變器，尤其涉及一種零電壓開(kāi)關(guān)三相三電平二極管中點(diǎn) 箝位逆變器拓?fù)浼捌湔{(diào)制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 逆變器是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的裝置，常見(jiàn)的拓?fù)淙缛嗳娖蕉O管中點(diǎn)箝 位逆變器，包括由十二個(gè)反并聯(lián)有二極管的全控主開(kāi)關(guān)（Sal~Sa4,Sbl~Sb4,Sel~S。4)及六 個(gè)箝位二極管〇)ap，Dan，Dbp，Dbn，Dep，Dm)組成的三相橋臂，分別接在各相橋臂輸出中點(diǎn)與負(fù) 載之間的輸出電感（La，Lb，L。)，接在三相橋臂輸入端與直流電源之間的兩個(gè)直流母線電容 (QC2)。電路工作在硬開(kāi)關(guān)狀態(tài)，存在二極管反向恢復(fù)現(xiàn)象，期間開(kāi)關(guān)損耗大，限制了工作 頻率的提高，導(dǎo)致需采用較大的濾波器，降低了電路效率并存在電磁干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種可以抑制二極管反向恢復(fù)電流，減小開(kāi)關(guān)損耗，提高電 路效率，減少電磁干擾的零電壓開(kāi)關(guān)二極管中點(diǎn)箝位三相三電平逆變器及其調(diào)制方法。
[0004] 本發(fā)明的零電壓開(kāi)關(guān)三相三電平二極管中點(diǎn)箝位逆變器，包括由十二個(gè)反并聯(lián)有 二極管的全控主開(kāi)關(guān)及六個(gè)箝位二極管組成的三相橋臂，分別接在各相橋臂輸出中點(diǎn)與負(fù) 載之間的輸出電感，接在三相橋臂輸入側(cè)直流母線正負(fù)端之間的兩個(gè)直流母線電容，其特 征是：三相橋臂的十二個(gè)主開(kāi)關(guān)分別并聯(lián)電容，在三相橋臂的正輸入端和第一直流母線電 容正極之間接入第一諧振電感，第一諧振電感的正極連接第一直流母線電容正極，第一諧 振電感的負(fù)極連接三相橋臂的正輸入端，在三相橋臂的負(fù)輸入端和第二直流母線電容負(fù)極 之間接入第二諧振電感，第二諧振電感的正極連接三相橋臂的負(fù)輸入端，第二諧振電感的 負(fù)極連接第二直流母線電容負(fù)極，在第一諧振電感兩端跨接由反并聯(lián)有二極管的第一輔助 開(kāi)關(guān)與第一箝位電容相串聯(lián)的電路，其中第一箝位電容的負(fù)極連接第一諧振電感正極，第 一輔助開(kāi)關(guān)中反并二極管陽(yáng)極連接第一諧振電感負(fù)極，在第二諧振電感兩端跨接由反并聯(lián) 有二極管的第二輔助開(kāi)關(guān)與第二箝位電容相串聯(lián)的電路，其中第二箝位電容的正極連接第 二諧振電感負(fù)極，第二輔助開(kāi)關(guān)中反并二極管陰極連接第二諧振電感正極，在第一輔助開(kāi) 關(guān)兩端并聯(lián)第一電容，在第二輔助開(kāi)關(guān)兩端并聯(lián)第二電容，在三相橋臂的正輸入端和兩個(gè) 直流母線電容中點(diǎn)之間接入反并聯(lián)有二極管的第一短路開(kāi)關(guān)，在三相橋臂的負(fù)輸入端和兩 個(gè)直流母線電容中點(diǎn)之間接入反并聯(lián)有二極管的第二短路開(kāi)關(guān)。
[0005] 本發(fā)明的零電壓開(kāi)關(guān)三相三電平二極管中點(diǎn)箝位逆變器的調(diào)制方法，其特征在 于：采用三電平空間矢量不連續(xù)調(diào)制矢量作用時(shí)間及三相比較值計(jì)算模塊，三角載波I，三 角載波II，輔助開(kāi)關(guān)及短路開(kāi)關(guān)所需兩相比較值選取模塊，輔助開(kāi)關(guān)Sp及短路開(kāi)關(guān)SZp比 較值計(jì)算模塊，輔助開(kāi)關(guān)Sn及短路開(kāi)關(guān)Szn比較值計(jì)算模塊，鋸齒載波I，鋸齒載波II，十二 個(gè)比較器，六個(gè)反相器，兩個(gè)與非門(mén)，兩個(gè)與門(mén)，十四個(gè)上升沿延時(shí)模塊，兩個(gè)下降沿延時(shí)模 塊，對(duì)零電壓開(kāi)關(guān)三相三電平二極管中點(diǎn)箝位逆變器的三相橋臂主開(kāi)關(guān)的空間矢量進(jìn)行不 連續(xù)調(diào)制以及輔助開(kāi)關(guān)和短路開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)制；
[0006] 參考矢量v,ef連接三電平空間矢量不連續(xù)調(diào)制矢量作用時(shí)間及三相比較值計(jì)算模 塊的輸入端，三電平空間矢量不連續(xù)調(diào)制矢量作用時(shí)間及三相比較值計(jì)算模塊輸出的三相 比較值uma與第一比較器的正輸入端和第二比較器的負(fù)輸入端相連，三角載波I連接第一 比較器的負(fù)輸入端，三角載波II連接第二比較器的正輸入端，第一比較器的輸出端同時(shí)連 接第一上升沿延時(shí)模塊和第一反向器的輸入端，第一反向器的輸出端連接第二上升沿延時(shí) 模塊的輸入端，第一上升沿延時(shí)模塊輸出主開(kāi)關(guān)Sal的驅(qū)動(dòng)信號(hào)vgeSal，第二上升沿延時(shí)模塊 輸出主開(kāi)關(guān)Sa3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)vgeSa3，第二比較器的輸出端同時(shí)連接第四上升沿延時(shí)模塊和第 二反向器的輸入端，第二反向器的輸出端連接第三上升沿延時(shí)模塊的輸入端，第四上升沿 延時(shí)模塊輸出主開(kāi)關(guān)Sa2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)vge_Sa2，第三上升沿延時(shí)模塊輸出主開(kāi)關(guān)Sa4的驅(qū)動(dòng)信 號(hào)vge_Sa4;S電平空間矢量不連續(xù)調(diào)制矢量作用時(shí)間及三相比較值計(jì)算模塊輸出的三相比 較值umb與第三比較器的正輸入端和第四比較器的負(fù)輸入端相連，三角載波I連接第三比較 器的負(fù)輸入端，三角載波II連接第四比較器的正輸入端，第三比較器的輸出端同時(shí)連接第 五上升沿延時(shí)模塊和第三反向器的輸入端，第三反向器的輸出端連接第六上升沿延時(shí)模塊 的輸入端，第六上升沿延時(shí)模塊輸出主開(kāi)關(guān)sb3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)vge_sb3，第五上升沿延時(shí)模塊輸出 主開(kāi)關(guān)Sbl的驅(qū)動(dòng)信號(hào)vgeSbl，第四比較器的輸出端同時(shí)連接第八上升沿延時(shí)模塊和第四反 向器的輸入端，第四反向器的輸出端連接第七上升沿延時(shí)模塊的輸入端，第八上升沿延時(shí) 模塊輸出主開(kāi)關(guān)sb2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vge;_sb2，第七上升沿延時(shí)模塊輸出主開(kāi)關(guān)Sb4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vge;_ sb4;三電平空間矢量不連續(xù)調(diào)制矢量作用時(shí)間及三相比較值計(jì)算模塊輸出的三相比較值umc; 與第五比較器的正輸入端和第六比較器的負(fù)輸入端相連，三角載波I連接第五比較器的負(fù) 輸入端，三角載波II連接第六比較器的正輸入端，第五比較器的輸出端同時(shí)連接第九上升 沿延時(shí)模塊和第五反向器的輸入端，第五反向器的輸出端連接第十上升沿延時(shí)模塊的輸入 端，第十上升沿延時(shí)模塊輸出主開(kāi)關(guān)Se3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)vgeSe3，第九上升沿延時(shí)模塊輸出主開(kāi)關(guān) L的驅(qū)動(dòng)信號(hào)vgeSc;1。第六比較器的輸出端同時(shí)連接第十二上升沿延時(shí)模塊和第六反向器 的輸入端，第六反向器的輸出端連接第十一上升沿延時(shí)模塊的輸入端，第十二上升沿延時(shí) 模塊輸出主開(kāi)關(guān)Se2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)vSc;2，第十一上升沿延時(shí)模塊輸出主開(kāi)關(guān)Se4的驅(qū)動(dòng)信號(hào) vgeSe4;三電平空間矢量不連續(xù)調(diào)制矢量作用時(shí)間及三相比較值計(jì)算模塊的三相比較值u"、 umb、ujt出端連接輔助開(kāi)關(guān)及短路開(kāi)關(guān)所需兩相比較值選取模塊的輸入端，輔助開(kāi)關(guān)及短 路開(kāi)關(guān)所需兩相比較值選取模塊輸出的比較值ump2連接輔助開(kāi)關(guān)Sp及短路開(kāi)關(guān)SZp比較值 計(jì)算模塊的輸入端，輔助開(kāi)關(guān)Sp及短路開(kāi)關(guān)Szp比較值計(jì)算模塊輸出的比較值u_與第七比 較器的負(fù)輸入端相連，輔助開(kāi)關(guān)Sp及短路開(kāi)關(guān)SZp比較值計(jì)算模塊輸出的比較值11_2與第八 比較器的正輸入端相連，輔助開(kāi)關(guān)Sp及短路開(kāi)關(guān)SZp比較值計(jì)算模塊輸出的比較值u_3與第 九比較器的負(fù)輸入端相連，鋸齒載波I與第七比較器的正輸入端、第八比較器的負(fù)輸入端 和第九比較器的正輸入端相連。第七比較器的輸出端與第八比較器的輸出端連接第一與非 門(mén)的輸入端，第一與非門(mén)的輸出端連接第十三上升沿延時(shí)模塊的輸入端，第十三上升沿延 時(shí)模塊輸出短路開(kāi)關(guān)SZp的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vge;_SZp，第八比較器的輸出端與第九比較器的輸出端連 接第一與門(mén)的輸入端，第一與門(mén)的輸入端連接第一下降沿延時(shí)模塊的輸入端，第一下降沿 延時(shí)模塊輸出輔助開(kāi)關(guān)Sp的驅(qū)動(dòng)信號(hào)vgeSp;輔助開(kāi)關(guān)及短路開(kāi)關(guān)所需兩相比較值選取模 塊輸出的比較值Umn2連接輔助開(kāi)關(guān)S n及短路開(kāi)關(guān)S zn比較值計(jì)算模塊的輸入端，輔助開(kāi)關(guān) Sn及短路開(kāi)關(guān)S zn比較值計(jì)算模塊輸出的比較值u mnl與第十比較器的負(fù)輸入端相連，輔助開(kāi) 關(guān)Sn及短路開(kāi)關(guān)S zn比較值計(jì)算模塊輸出的比較值u mn2與第十一比較器的正輸入端相連，輔 助開(kāi)關(guān)Sn及短路開(kāi)關(guān)S Zn比較值計(jì)算模塊輸出的比較值u ^與第十二比較器的負(fù)輸入端相 連，鋸齒載波II與第十比較器的正輸入端、第十一比較器的負(fù)輸入端和第十二比較器的正 輸入端相連。第十比較器的輸出端與第十一比較器的輸出端連接第二與非門(mén)的輸入端，第 二與非門(mén)的輸入端連接第十四上升沿延時(shí)模塊的輸入端，第十四上升沿延時(shí)模塊輸出短路 開(kāi)關(guān)S zn的驅(qū)動(dòng)信號(hào)v ge SZn，第十一比較器的輸出端與第十二比較器的輸出端連接第二與門(mén) 的輸入端，第二與門(mén)的輸入端連接第二下降沿延時(shí)模塊的輸入端，第二下降沿延時(shí)模塊輸 出輔助開(kāi)關(guān)sn的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vge_Sn;
[0007] 所述的三電平空間矢量不連續(xù)調(diào)制矢量作用時(shí)間及三相比較值計(jì)算模塊：根據(jù)參 考矢量vMf的相位從0度開(kāi)始至360度結(jié)束作為一個(gè)工頻周期，以每60度相位將一個(gè)工頻 周期分為6個(gè)大扇區(qū)，0度至60度為大扇區(qū)1，60度至120度為大扇區(qū)II，120度至180度 為大扇區(qū)III，180度至240度為大扇區(qū)IV，240度至300度為大扇區(qū)V，300度至360度為 大扇區(qū)VI，每個(gè)大扇區(qū)中根據(jù)合成參考矢量v Mf所需的三個(gè)矢量的不同又可以分為5個(gè)小 扇區(qū)，即小扇區(qū)a，小扇區(qū)b，小扇區(qū)c，小扇區(qū)d，小扇區(qū)e ;大扇區(qū)I的小扇區(qū)a由三個(gè)矢量 poo、oon、ooo的終點(diǎn)圍成，一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)保持B相橋臂輸出為〇電平，小矢量poo作用時(shí) 間為T(mén) ia_a)，小矢量〇〇n作用時(shí)間為T(mén)2M，零矢量〇〇〇作用時(shí)間為T(mén) 3M，A相比較值uma"_a) STm_a)/2，B相比較值為0，C相比較值umc；a_a)為-T 2"_a)/2 ;大扇區(qū)I的小扇區(qū)c由三 個(gè)矢量pnn、pon、onn的終點(diǎn)圍成，一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)保持C相橋臂輸出為n電平，長(zhǎng)矢量pnn 作用時(shí)間為T(mén) ia_d，中矢量pon作用時(shí)間為T(mén)2a_d，小矢量onn作用時(shí)間為T(mén) 3a_d，A相比較值 umaG-〇)為 T B 相比車(chē)父值 Uubd-。)為-T 1(I_c)/2-T3(I_ a)/2, C 相比車(chē)父值 為-T s; 大扇區(qū)I的小扇區(qū)d由三個(gè)矢量onn、oon、pon的終點(diǎn)圍成，且此時(shí)的參考矢量vMf相位小 于30度，一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)保持C相橋臂輸出為n電平，小矢量onn作用時(shí)間為，小矢 量oon作用時(shí)間為T(mén)2(I_ d)，中矢量pon作用時(shí)間為T(mén)3(I_d)，A相比較值umaa_d0 T 3(I_d)/2, B相 比較值umMl_d0 -T ia_d)/2，C相比較值um^為-T s;大扇區(qū)I的小扇區(qū)e由三個(gè)矢量poo、 ppo、pon的終點(diǎn)圍成，且此時(shí)的參考矢量vMf相位大于等于30度，一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)保持A相 橋臂輸出為P電平，小矢量P〇〇作用時(shí)間為T(mén) 1(I_e)，小矢量ppo作用時(shí)間為T(mén)2(I_e)，中矢量pon 作用時(shí)間為T(mén)- 3M，A相比較值為T(mén)s，B相比較值T 2^/2, C相比較值 為-T3a_e)/2 ;大扇區(qū)I的小扇區(qū)b由三個(gè)矢量pon、ppn、ppo的終點(diǎn)圍成，一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)保 持A相橋臂輸出為p電平，中矢量pon作用時(shí)間為T(mén) lC[_w，長(zhǎng)矢量ppn作用時(shí)間為T(mén)2a_w，小矢 量PP0作用時(shí)間為T(mén) 3 a_b)，A相比較值uMa_b)為T(mén) s，B相比較值 Umb(I-b)為 T 2(1-b) /2+T3(i-b)/2? C 相比較值umea_w為-T ia_w/2-T2C[_w/2 ;大扇區(qū)II的小扇區(qū)a由三個(gè)矢量oon、opo、ooo的終 點(diǎn)圍成，一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)保持A相橋臂輸出為0電平，小矢量oon作用時(shí)間為T(mén)mi_a)，小矢量 0P0作用時(shí)間為T(mén) 2to_a)，零矢量000作用時(shí)間為T(mén)3to_a)，A相比較值u ma(II_a)為0, B相比較值 umb(ii-a)為hai-Eo/LUB比較值um eai-a)為-T iai-a)/2 ;大扇區(qū)II的小扇區(qū)c由三個(gè)